Lista de Exercicios _2 TERMODINÂMICA - resolução

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Universidade Estácio de Sá – Campus Macaé 
Disciplina: 
TERMODINÂMICA CCE0375 
Turma: 
3001 
Professor (a): 
CARLOS EDUARDO BARATEIRO 
Data do Envio do Relatório: 
15/06/2021 
 
Nome do Aluno (a) Nº da matrícula 
LUCAS YAN SILVA SANTOS 201802287442 
Título da Atividade: LISTA DE EXERCÍCIOS #2 
 
1) Diferencie: 
• Máquina de potência (máquina térmica): é um dispositivo capaz de transformar energia em forma de calor 
em trabalho ou então transformar trabalho em calor. 
• Bomba de calor: é um dispositivo projetado para aquecer a água de forma inteligente, transmitindo o calor 
de uma fonte quente para a água fria. 
• Refrigerador: é uma máquina térmica que opera em ciclos semelhante aos motores de combustão 
interna. O ciclo começa no compressor (a figura mostra um modelo de compressor), que é acionado por 
um motor elétrico. 
 
2) Sobre o Ciclo de Carnot aplicável aos processos de resfriamento e que está 
representado na figura ao lado, responda aos questionamentos: 
O rendimento da máquina de Carnot é o máximo que uma máquina térmica trabalhando 
entre dadas temperaturas da fonte quente e da fonte fria pode ter (Mas o rendimento 
nunca chega a 100%) 
Aplicação: Máquina de refrigeração 
• Expansão isotérmica 1-2 onde o gás retira energia térmica da fonte quente; 
• Expansão adiabática 2-3 onde o gás não troca calor; 
• Compressão isotérmica 3-4 onde o gás rejeita energia térmica para a fonte fria; 
• Compressão adiabática 4-1 onde o gás não troca calor. 
 
3) Sobre o ciclo Rankine de refrigeração que está representado na 
figura ao lado, responda aos questionamentos: 
• Processo 4-1: Primeiro, o fluido de trabalho é bombeado (idealmente numa 
• forma adiabática reversível) de uma pressão baixa para uma pressão alta 
• utilizando-se uma bomba. O bombeamento requer algum tipo de energia 
• para se realizar. 
• Processo 1-2: O fluido pressurizado entra numa caldeira, onde é aquecido 
• a pressão constante até se tornar vapor superaquecido. Fontes comuns de calor incluem carvão, gás 
natural e energia nuclear. 
• Processo 2-3: O vapor superaquecido expande através de uma turbina para gerar trabalho. Idealmente, esta 
é uma refrigeração adiabática reversível. Com esta refrigeração, tanto a pressão quanto a temperatura se 
reduzem. 
• Processo 3-4: O vapor então entra num condensador, onde ele é resfriado, idealmente a pressão constante, 
até a condição de líquido saturado. Este líquido então retorna à bomba e o ciclo se repete. 
 
4) Descreva o processo de refrigeração por absorção. R. Os sistemas de absorção usam energia térmica 
para produzir um efeito de refrigeração. Nestes sistemas, o refrigerante, ou seja, a água, absorve o calor 
a temperatura e pressão baixas durante a evaporação e libera o calor em temperatura e pressão altas 
durante a condensação 
https://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_t%C3%A9rmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba
https://pt.wikipedia.org/wiki/Carv%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural
https://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclear
https://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Condensador
https://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido
 
5) Sobre psicometria responda aos seguintes questionamentos: 
A psicrometria é um ramo da termodinâmica e trata de termos como temperatura de bulbo seco, temperatura de 
bulbo úmido, calor específico e umidade relativa. A compreensão da psicrometria é um pré-requisito para o 
controle preciso da umidade dos ambientes contidos 
 
O ar atmosférico é composto por vários gases. Uma análise nas camadas de ar seco e limpo ao nível do mar 
pode revelar uma composição de 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio, 1% de argônio, e 0,03% de dióxido de 
carbono. 
 
Considera-se o ar seco quando todo vapor d'água e contaminantes são removidos do ar atmosférico. 
 
O ar úmido é uma mistura binária de ar seco com vapor de água. A quantidade de água no ar 
úmido varia de zero (ar seco) até um máximo que depende da temperatura e da pressão 
 
6) 
 
Uma forma simples de medir a umidade é utilizando dois termômetros: um deles com o bulbo seco e o outro 
com o bulbo úmido, isto é, envolto em uma gaze úmida. O valor da temperatura medido com o termômetro úmido 
é menor porque a água evapora esfriando o bulbo. 
 
7) 
• 1-2 – Compressão Adiabática 
• 2-3 – Compressão Isocórica 
• 3-4 - Compressão Adiabática 
• 4-1 – Compressão Isobárica 
• O rendimento real das máquinas Otto é um pouco inferior ao das máquinas Diesel, situando-se entre 
22% a 30% para as primeiras e entre 30% a 38% para as segundas. 
• ciclo de Otto, apesar de ser pouco divulgado, é utilizado para movimentar máquinas agrícolas e também 
indústrias, automóveis, geradores de energia elétrica, entre outros 
 
8) 
Os motores do ciclo otto de quatro tempos admitem mistura de ar e combustível. Os motores do 
ciclo diesel de quatro tempos admitem somente ar. Os motores do ciclo otto de dois tempos admitem 
mistura de ar,combustível e óleo lubrificante. Expansão, admissão no cilindro e descarga 
9) 
• 1-2 Compressão Isentrópica 
• 2-3 Fornecimento de calor a pressão constante (isobárico) 
• 3-4 Expansão isentrópica 
• 4-1 Cedência de calor a volume Constante 
• Os motores que usam o ciclo Diesel apresentam os maiores rendimentos das máquinas térmicas – 
cerca de 30% – enquanto os motores a gasolina, que geralmente utilizam o ciclo Otto, 
têm rendimento de até 20%. 
• Ciclo Diesel é um ciclo utilizado em motores de combustão interna, porém, não utiliza uma centelha 
para iniciar a combustão. Ao invés da centelha, a combustão ocorre quando o combustível entra no 
cilindro pressurizado o que causa a autocombustão devido à alta pressão 
 
 
10) 
Os motores do ciclo otto de quatro tempos admitem mistura de ar e combustível. Os motores do ciclo 
diesel de quatro tempos admitem somente ar. Os motores do ciclo otto de dois tempos admitem mistura de 
ar,combustível e óleo lubrificante. Expansão, admissão no cilindro e descarga 
 
11) 
De 1 a 2, tem-se uma transformação adiabática. Nesse estágio, o gás é comprimido 
De 2 a 3 temos uma transformação isobárica do gás. Nesse estágio, o gás expande com mesma pressão, ao 
mesmo tempo em que recebe calor do meio 
De 3 a 4 temos uma transformação adiabática. Nesse estágio, ocorre uma expansão adiabática. 
De 4 a 1 temos uma transformação isobárica. Nesse estágio, o gás expande com mesma pressão, ao mesmo 
tempo em que perde calor para o meio 
O ciclo de Joule-Brayton é a base para produção de Energia elétrica e Energia mecânica. Nestes casos, o ciclo é 
usado na entalpia dos fluidos para produzir trabalho mecânico para o eixo. 
Um valor para o desempenho real de máquinas estacionárias é de cerca de 35-38% para um ciclo básico, 
embora possa ser superior a 50% durante um ciclo com intercooler. 
 
12) 
• Adição de calor a volume constante (1-2) 
• Expansão adiabática (2-3) 
• Perda de calor a pressão constante (3-1) 
• Teoricamente estes motores poderiam atingir um rendimento algo inferior a 30%, embora na prática se 
obtivessem valores na ordem dos 10% 
• São usados principalmente na indústria rodoviária, nos automóveis, motos e caminhões mas também em 
aviões e navios, 
 
 
13) 
• 1-2 Compressão isentrópica ou compressão reversível e adiabática (isto é, compressão sem transferência 
de calor) 
• 2-3 Aquecimento isocórico (Qp) 
• 3-4 Aquecimento isobárico (Qp') 
• 4-5 Expansão isentrópica 
• 5-6 Resfriamento isocórico (Qo) 
• 6-1 Resfriamento isobárico (Qo') 
14) 
Visualmente, um motor Atkinson é idêntico a um Otto, pois o que muda mesmo é seu funcionamento. 
Basicamente falando, o curso de expansão da combustão é maior do que o da compressão, fato que melhora 
a eficiência da queima do combustível 
15) 
• Processo 4-1: Primeiro, o fluido de trabalho é bombeado (idealmente numa forma adiabática reversível) de 
uma pressão baixa para uma pressão alta utilizando-se uma bomba. O bombeamento requer algumtipo de 
energia para se realizar. 
• Processo 1-2: O fluido pressurizado entra numa caldeira, onde é aquecido a pressão constante até se tornar 
vapor superaquecido. Fontes comuns de calor incluem carvão, gás natural e energia nuclear. 
• Processo 2-3: O vapor superaquecido expande através de uma turbina para gerar trabalho. Idealmente, esta 
é uma refrigeração adiabática reversível. Com esta refrigeração, tanto a pressão quanto a temperatura se 
reduzem. 
• Processo 3-4: O vapor então entra num condensador, onde ele é resfriado, idealmente a pressão constante, 
até a condição de líquido saturado. Este líquido então retorna à bomba e o ciclo se repete. 
O ciclo Rankine regenerativo é assim designado pois o fluido que sai do condensador é reaquecido pelo vapor 
liberado pela turbina de alta pressão. 
A regeneração aumenta a temperatura inicial do calor no ciclo, suprindo a necessidade de se adicionar calor da 
fonte de combustível, já que a água de alimentação regenerativa possui temperatura relativamente mais alta que 
a água de alimentação proveniente desse tipo de fonte. 
O ciclo Rankine com reaquecimento tem como objetivo remover a umidade trazida pelo vapor nos últimos 
estágios da expansão. Ele opera utilizando duas turbinas em série. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_mec%C3%A2nica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isentr%C3%B3pica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Reversibilidade
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_adiab%C3%A1tica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isoc%C3%B3rica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isob%C3%A1rica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isentr%C3%B3pica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isoc%C3%B3rica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isob%C3%A1rica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba
https://pt.wikipedia.org/wiki/Carv%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclear
https://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Condensador
https://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido
O ciclo Rankine mostra o ciclo fechado do processo do fluido nas máquinas térmicas, sendo geralmente utilizado 
nas usinas de geração elétrica a partir da combustão de combustíveis fósseis como o carvão, gás natural, 
e gasolina e também da fissão nuclear de forma a obter calor, uma vez que quanto maior a temperatura, melhor a 
produção de energia. 
 
16) 
 
• 1-2 Expansão Isotérmica 
• 2-3 resfriamento isotrópico 
• 3-4 Compressão Isotérmica 
• 4-1 Aquecimento Isotrópico 
 
Aplicações típicas: Motores AIP, veículos elétricos, resfriamento de chips e células de combustivel 
 
Os motores de Stirling apresentam uma eficiência muito alta se comparados com os motores de combustão 
interna (como aqueles que movem os carros a gasolina), atingindo até 45% de eficiência energética, muito além 
dos 20% a 30% atingidos por outros tipos de motores, como os motores movidos a óleo diesel ou gasolina 
 
17) 
• 1-2 - Compressão isotérmica 
• 2-3 - Adição de calor isobárica 
• 3-4 - Expansão isotérmica 
• 4-1 - Remoção de calor isobárica 
A eficiência térmica do Ciclo Ericsson é a mesma de qualquer ciclo que opere 
adicionando calor a temperatura alta e liberando calor a temperatura baixa, já que se trata de um processo 
reversível e todo o calor é fornecido e retirado em transformações isotérmicas 
Aplicação de dá aos motores a Jato rotativos para aviões 
 
 
 
 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Efici%C3%AAncia_termodin%C3%A2mica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura
https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura
https://pt.wikipedia.org/wiki/Reversibilidade
https://pt.wikipedia.org/wiki/Reversibilidade
https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isot%C3%A9rmica