Prova de Termodinâmica_ALT_V3

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Termodinâmica - Prova Alternativa – 10/07/2015 – valor: 30 pontos. 
Prof. Dr. Franco de Castro Bubani 
UNA – Instituto Politécnico 
 
Nome:_______________________________________________________________________ 
 
RA:_____________________ 
 
1) (5 pontos) Considere uma máquina térmica que opera segundo o ciclo de Carnot. A 
temperatura da fonte quente se mantém constante a 2000 ºC e a temperatura da fonte fria a 
45 ºC. Observou-se que, durante 1 hora, o calor total que a fonte quente transferiu para a 
máquina foi igual a 500 kJ. 
1.1) Qual é a potência mecânica em [W]? 
 
 
 
 
 
 
1.2) Qual é a potência térmica em [W] transferida para a fonte fria? 
 
 
 
 
 
 
2) (5 pontos) Considere agora um refrigerador que opera segundo o ciclo de Carnot, 
retirando calor do ambiente a 45 ºC a uma taxa de 200 J.s-1 e rejeitando calor para o 
ambiente a 2000 ºC. 
2.1) Qual é a potência mecânica em [W] necessária para a operação do refrigerador? 
 
 
 
 
 
2.2) Qual é o calor rejeitado pelo refrigerador para o ambiente a 45 ºC? 
 
 
 
 
3) (10 pontos) Considere uma máquina térmica de Carnot que gera 100 W de trabalho 
mecânico, operando com uma fonte quente a 2000 ºC e uma fonte fria a 45 ºC. Um inventor 
apresenta um sistema que utiliza uma bomba de calor, que também opera segundo o ciclo de 
Carnot, para devolver à fonte quente todo o calor transferido pela máquina térmica para a 
fonte fria. Segundo o inventor, utilizando apenas o trabalho gerado pela máquina térmica, a 
bomba de calor bombearia todo o calor transferido à fonte fria de volta para a fonte quente. 
 
3.1) A alegação do inventor viola a segunda lei da termodinâmica? Demonstre por meio de 
cálculos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2) O inventor agora afirma que o acionamento da bomba de calor não precisa de todo o trabalho 
proveniente da máquina térmica. Assim, além de devolver todo o calor para a fonte quente, o 
seu sistema gera trabalho mecânico útil. O sistema proposto viola alguma lei da 
termodinâmica? Explique com base nos seus conhecimentos de termodinâmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. (10 pontos) A usina de Angra 1 é uma central termonuclear localizada no litoral do Estado do 
Rio de Janeiro, refrigerada pela água do mar. A potência elétrica na saída do gerador é 640 
MW. Considere que a eficiência térmica da usina é 34,2 % e que a água do mar entra na 
usina a 27 ºC e sai a 38 ºC. O CP da água é igual a 4,010 kJ.kg-1.K-1 e a densidade ρ igual 
a 0,997 g/cm3. Qual é o fluxo mássico de água em [kg/m3]? 
 
 
 
 
Fórmulas: 
 
Calor específico: � = �� . �. ∆	 �
 = �� . �
 . ∆	 
 
Rendimento: ��� = 
�� ��
������������ ����
�� 
 
� = ��í�� ���������� !��� ��"���á!#� 
 
Entropia: �$ = %&' 
 
Ciclo de Carnot (máquina térmica): � = 1 − '*'+ 
 
Ciclo de Carnot (refrigeração): ��� = ,
-'+ '*. /0,