Exercciostrabalhoenergia 20160305194626 (1)

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Exercícios de Termodinâmica
O gás oxigênio confinado em um conjunto cilindro pistão sofre expansão, indo de V1 = 0,01 m3 a V2 = 0,03 m3 de maneira que a relação p-V obedeça a expressão p = AV-1+B. Sabendo que A = 0,06 bar.m3 e B = 3 bar, determine as pressões inicial e final e o trabalho: Resp.: p1 = 9 bar; p2 = 5 bar; W = 12,6 kJ
Ar em um conjunto cilindro pistão sofre 3 processos em série:
1-2: compressão a pressão constante igual a 1 bar e volume inicial igual a 0,10 m3;
2-3: aquecimento a volume constante até o estágio 3, onde p = 3 bar;
3-1: expansão até o estado inicial em que a relação p-V é pV = constante.
Calcule o volume no estado 2 e o trabalho em cada processo: Resp.: V = 0,03 m3; W12 = -7,0 kJ; W23 = 0; W31 = 35 kJ
O eixo de uma polia de acionamento de 0,3 m gira a uma velocidade de 300 rpm sob ação de uma força conforme descrito na figura abaixo, onde F2 = 3500 N e F1 = 1500 N. Determine o torque aplicado e a potência transmitida no eixo: τ = 300 N.m; W = 9,42 kW
Uma bateria de 10 V gera uma corrente de 0,5 A para uma resistência associada a esta bateria, conforme ilustrado abaixo. Determine o valor da resistência, em ohms, e a quantidade de energia transferida por trabalho, em kJ após 30 minutos de operação: Resp.: R = 20 Ω; W = 5W
Uma parede plana composta consiste em uma camada de isolante de 75 mm de espessura (κi = 0,05 W/m.K) e uma camada de tijolos de 25 mm de espessura (κ = 0,10 W/m.K). A temperatura interna relativa ao isolante é 20 °C. A temperatura externa dos tijolos é -13 °C. Determine, em regime permanente, (a) a temperatura na interface entre as duas camadas, em °C e (b) a taxa de transferência de calor através da parede, em W/m2 de área de superfície. Resp.: T = -8°C; Q/A = 20W/m2
Um motor elétrico consome uma corrente de 10 A com uma voltagem de 110 V. O eixo de saída desenvolve um torque de 10,2 N.m e uma velocidade rotacional de 1000 RPM. Para a operação em regime permanente, determine para o motor, em kW:
A potência elétrica requerida; Resp.: (-1100 W)
A potência desenvolvida pelo eixo de saída; Resp.: (1068 W)
A taxa de transferência de calor. Resp.: (-32W) 
Um quilo de refrigerante 22, inicialmente a p1 = 0,9 MPa e u1 = 232,92 kJ/kg, está contido em um tanque rígido fechado. O tanque está equipado com um agitador que transfere energia para o refrigerante a uma taxa constante de 0,1 kW. A transferência de calor do refrigerante para sua vizinhança ocorre a uma taxa Kt, em kW, em que K é uma constante, em kW por minuto, e t o tempo, em minutos. Depois de 20 minutos sendo agitado, o refrigerante se encontra a p2 = 1,2 MPa e u2 = 276,67 kJ/kg. Não ocorrem variações globais nas energias cinética e potencial. (a) Para o refrigerante, determine o trabalho e a transferência de calor, ambos em kJ; (b) determine o valor da constante K que aparece na relação de transferência de calor conhecida, em KW/minuto. Resp.: a) -76,25 kJ; b) 6,4 x 10-3 kW/min.
Um gás em um conjunto cilindro-pistão percorre um ciclo termodinâmico composto por três processos em série, iniciando no estado 1, em que P1 = 1 bar, V1 = 1,5 m3, como a seguir:
Processo 1-2: compressão com pV = constante, W12 = -104 kJ, U1 = 512 kJ, U2 = 690 kJ.
Processo 2-3: W23 = 0, Q23 = -150 kJ.
Processo 3-1: W31 = 50 kJ
Não há variações na energia cinética ou potencial.
Determine Q12, Q31 e U3, todos em kJ, (b) Esse ciclo pode ser de potência? Explique:
Resp.: Q12 = 74 kJ, Q31 =22 kJ, U3 = 540 kJ
A figura abaixo mostra uma central de cogeração de energia operando em um ciclo termodinâmico em regime permanente. A central fornece eletricidade para uma comunidade a uma taxa de 80 MW. A energia rejeitada pela central por transferência de calor está indicada na figura por Qsai. Desta, 70 MW é fornecida à comunidade para o aquecimento da água e o resto é rejeitado para o ambiente sem ser usado. A eletricidade vale $0,08 por kW.h. Se a eficiência térmica do ciclo for de 40%, determine (a) a taxa de energia adicionada por transferência de calor, em MW, (b) a taxa de energia rejeitada para o ambiente, Qsai em MW, e (c) o valor da eletricidade gerada, em $ por ano: Resp.: Qe = 200 MW; b) Qs = 120 MW, c)$56,1 M/ano
Uma bomba de calor operando em regime permanente recebe energia por transferência de calor da água de um poço a 10 °C e rejeita energia por transferência de calor para uma residência a uma taxa de 1,2 x 105 kJ/h. Em um período de 14 dias um medidor de energia elétrica registra que a bomba de calor recebe 140 kW.h de eletricidade. Essas são as únicas formas de transferência de energia envolvidas. Determine (a) a quantidade de energia que a bomba de calor recebe da água do poço em um período de 14 dias por transferência de calor, em kJ, e (b) o coeficiente de desempenho da bomba de calor. Resp.: Qe = 34,96 x 106 kJ; γ = 7,5