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Universidade Federal de Sergipe 
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia 
Departamento de Engenharia Mecânica 
 
 
 
Disciplina: ENMEC0147 - Termodinâmica para Engenharia Mecânica 
2ª Lista de Exercícios 
 
 
 
1) Em um determinado local, o vento está soprando constantemente a 10 m/s. 
Determine a energia mecânica do ar por unidade de massa e o potencial de geração de 
energia de uma turbina eólica com diâmetro das pás de 60 m. Considere a densidade 
do ar de 1,25 kg/m3. (Resp.: 1,76 MW) 
 
 
2) Dois locais estão sendo considerados para a geração de energia eólica. No primeiro 
local, o vento sopra constantemente a 7 m/s durante 3000 horas por ano, enquanto 
no segundo o vento sopra a 10 m/s durante 2000 horas por ano. Supondo que a 
velocidade do vento é insignificante em outros momentos, determine qual é o melhor 
local para a geração de energia eólica. Dica: Nota que a taxa de fluxo de massa de ar é 
proporcional à velocidade do vento. (Resp.: O segundo local é melhor para a geração 
de energia eólica) 
 
 
3) Quando a energia que atravessa as fronteiras de um sistema fechado é calor e quando 
ela é trabalho? 
 
 
4) A água é aquecida num recipiente fechado enquanto está sendo agitado por pás. 
Durante o Processo, 30 kJ de calor é transferido para a água, e 5 kJ é perdido na forma 
de calor para o ar circundante. O trabalho das pás equivale a 500 N·m. Determine a 
energia final do sistema se a sua energia inicial é de 10 kJ. (Resp.: 35,5 KJ) 
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5) Uma sala de aula, que normalmente contém 40 pessoas é climatizada com unidades 
de ar condicionado do tipo janela de 5 kW de capacidade de refrigeração. Uma pessoa 
em repouso pode ser considerada como dissipador de calor a uma taxa de cerca de 
360 kJ/h. Há 10 lâmpadas na sala, cada uma com 100 W. A taxa de a transferência de 
calor para a sala de aula através das paredes e janelas é estimada que seja de 15.000 
kJ/h. Se o ar ambiente é para ser mantido a uma temperatura constante de 21 °C, 
determinar o número de unidades de ar condicionado do tipo janela exigidos. (Resp.: 2 
unidades) 
 
 
6) Calcule o consumo de energia elétrica de uma bomba quando ela estiver operando 
para captar água de um lago e bombeá-la para uma piscina cuja superfície livre está 30 
m acima da superfície livre do lago a uma taxa de 50 L/s. Considere a densidade da 
água igual a 1000 kg/m³. (Resp.: 14,7 KW) 
 
 
7) O ventilador de 60 W de um sistema de aquecimento central circula ar através dos 
dutos. A análise de fluxo mostra que o ventilador deve aumentar a pressão de ar de 50 
Pa para manter o fluxo. O ventilador está localizado numa secção horizontal do fluxo 
cujo diâmetro de 30 cm, tanto na entrada e na saída. Determinar a velocidade de 
escoamento média mais alta possível no duto. (Resp.: 17 m/s) 
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8) Grandes turbinas eólicas com pás de envergadura de mais de 100 m estão disponíveis 
para geração de energia elétrica. Considere uma turbina eólica com pás de 
envergadura de 100 m instalada em um local onde os ventos estão com velocidade 
constante de 8 m/s. Se a eficiência global da turbina eólica for de 32 % e a densidade 
do ar for de 1,25 kg/m³, determine a potência elétrica produzida por ela. Além disso, 
assumindo que os ventos constantes de 8 m/s ocorram 24 horas por dia, determine a 
quantidade de energia elétrica e a receita geradas por dia para um preço de 
$0,06/KWh para a eletricidade. (Resp.: 804,2 KW; 19300 kWh; $ 1158/dia) 
 
 
 
9) Um automóvel elétrico de 90 hp (potência de eixo) é movido por um motor elétrico 
montado no compartimento do motor. Se o motor tem uma eficiência média de 91%, 
determine a taxa com a qual calor é transferido do motor ao compartimento em plena 
carga. Considere 1 hp = 746 W (Resp.:6,64 kW) 
 
 
10) Um motor de 75 hp (potência no eixo), que tem uma eficiência de 91,0% está gasto e 
deve ser substituído por um motor de alta eficiência que tem uma eficiência de 95,4%. 
O motor opera 4368 horas por ano a um fator de carga de 0,75. Tomando o custo da 
eletricidade em US$ 0.08/kWh, determinar a quantidade de energia e dinheiro 
guardado como resultado da instalação o motor de alto rendimento, em vez do motor 
padrão. Além disso, determinar o payback simples, se os preços de compra dos 
motores padrão e de alta eficiência são $ 5449 e $ 5520, respectivamente. (Resp.: 
9290 kWh/ano; $743/ano; aproximadamente 1,15 meses ou 34,5 dias) 
 
 
 
11) Energia elétrica está a ser gerada através da instalação hidráulica turbina-gerador em 
um local de 70 m abaixo da superfície livre de um grande reservatório de água que 
pode fornecer água a uma taxa de 1500 kg/s de forma constante. Se a potência 
mecânica da turbina é de 800 kW e de geração de energia elétrica é de 750 kW, 
determinar o rendimento da turbina e a eficiência da combinação de turbina- gerador 
desta planta. Perdas negligenciadas nos tubos. (Resp.: 77,6% para a turbina e 72,7% 
para a combinação) 
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12) A água é bombeada a partir de um lago para um tanque de armazenamento 20 m 
acima a uma taxa de 70 l/s, enquanto consome 20,4 kW de potência elétrica. 
Desconsiderando quaisquer perdas por atrito nas tubulações e quaisquer mudanças na 
energia cinética, determinar (a) a eficiência global da unidade motor-bomba e (b) a 
diferença de pressão entre a entrada e a saída da bomba. (Resp.: a) 67,2% b) 196 KPa) 
 
 
13) Uma bomba de óleo está extraindo 35 kW de energia elétrica enquanto bombeia óleo 
com uma densidade 860 kg/m3 a uma taxa de 0,1 m3/s. Os diâmetros de entrada e de 
saída da tubulação são de 8 cm e 12 cm, respectivamente. Se o aumento de pressão de 
óleo da bomba é medido como 400 kPa e a eficiência do motor é de 90%, determine a 
eficiência mecânica da bomba. (Resp.: 83,6%) 
 
 
14) Suponha que uma empresa de serviços públicos venda energia elétrica por $0,03/KWh 
à noite e esteja disposta a pagar $0,08/KWh pela energia produzida durante o dia. 
Para aproveitar essa oportunidade, um empresário está pensando em construir um 
grande reservatório 40 m acima do nível de um lago, bombeando a água do lago para 
o reservatório à noite utilizando energia barata e deixando a água escoar do 
reservatório para o lago durante o dia, produzindo potência à medida que a 
motobomba opera como um turbo gerador em escoamento reverso. Uma análise 
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preliminar mostra que uma vazão de água de 2 m³/s pode ser usada em qualquer 
direção. Estima-se que as eficiências combinadas da motobomba e do turbo-gerador 
sejam de 75% cada. Desprezando as perdas por atrito na tubulação e supondo que o 
sistema opere por 10 horas em cada um dos modos de bomba e turbina durante um 
dia típico, determine a receita potencial que esse sistema turbina-bomba pode gerar 
por ano. Considere a densidade da água igual a 1000 kg/m³. (Resp.: $ 57400/ano)