Lista 05 Segunda Lei da Termodinâmica

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Centro Universitário de Belo Horizonte 
 
INSTITUTO DE ENGENHARIA E TENOLOGIA – IET 
Curso: 
 Engenharia Mecânica/Engenharia Química 
 
Disciplina: Termodinâmica Clássica 
 
Professor: Rabigdonataro Rodrigues Costa Lista de Exercícios 05 
 
Aluno: Assunto: Segunda lei da Termodinâmica 
 
1) Uma usina de potência a vapor de 600 MW, que 
é resfriada por um rio, tem eficiência térmica de 
40%. Determine a taxa de transferência de calor da 
água para do rio. A taxa real de transferência de 
calor será mais alta ou mais baixa que esse valor? 
Por que? R = 900 MW, baixa 
 
2) Um motor de um automóvel consome 
combustível a uma taxa de 28 L/h e fornece 60 kW 
de potência as rodas. Se o combustível tiver um 
poder calorífico de 44 000 kJ/kg e uma densidade 
de 0,8 g/cm³, determine a eficiência desse motor. 
R = 21,9% 
 
3) Uma usina a vapor que queima carvão produz 
uma potência líquida de 300 MW com uma 
eficiência térmica global de 32%. A relação ar-
combustível gravimétrica real na fornalha é 
calculada como sendo de 12 kg ar por kg de 
combustível. O poder calorífico do carvão é de 
28 000 kJ/kg. Determine: 
a) a quantidade de carvão consumida em 24 horas. 
R = 2,89 x 106 kg 
b) fluxo de massa de ar através do forno. 
R = 402 kg/s 
 
4) A potência utilizada para acionar um aparelho de 
ar condicionado de janela é de 1,5 kW e a taxa de 
transferência de calor rejeitada no ambiente é 
5,1 kW. Determine a taxa de transferência de calor 
no ambiente refrigerado e o coeficiente de 
desempenho do refrigerador. R = 3,6 kW e 2,4 
 
 
 
 
5) Refrigerante R-134a entra no condensador de 
uma bomba residencial a 800 kPa e 35°C a uma 
taxa de 0,018 kg/s e sai a 800 kPa como líquido 
saturado. Se o compressor consome 1,2 kW de 
energia, determine: 
a) o COP da bomba de calor. 
b) a taxa de remoção de calor do ar externo. 
 
6) Refrigerante R-134a entra nas serpentinas do 
evaporador, localizadas na parte traseira do 
congelador de um refrigerador doméstico, a 
120 kPa, com um título de 20% e sai a 120 kPa 
e -20°C. Se o compressor consome 450 W de 
potência e o COP do refrigerador é 1,2 , determine: 
a) o fluxo de massa do refrigerante. 
b) taxa de calor rejeitada do ar para a cozinha. 
 
 
 
7) Uma máquina térmica de Carnot opera entre 
uma fonte a 1000 K e um sumidouro a 300 K. Se a 
máquina térmica receber calor a uma taxa de 
800 kJ/min, determine: 
a) a eficiência térmica. R = 70% 
 
b) a potência fornecida por essa máquina térmica. 
R = 9,33 kW. 
 
8) Uma máquina de Carnot recebe 650 kJ de calor 
de uma fonte desconhecida e rejeita 250 kJ para 
um sumidouro a 24°C. Determine: 
a) a temperatura da fonte. R = 772,2 K 
b) a eficiência térmica da máquina. R = 61,5% 
 
9) Uma máquina térmica opera entre uma fonte a 
550°C e um sumidouro a 25°C. Se for fornecido 
calor a máquina térmica a uma taxa constante de 
120 kJ/min, determine a máxima potência 
produzida por esta máquina térmica. R = 12,8 kW 
 
10) Uma usina geotérmica extraída a 160°C a uma 
taxa de 440 kg/s como a fonte de calor e produz 
22 MW de potência líquida. Se a temperatura 
ambiente for de 25°C, determine: 
a) a eficiência térmica real. R = 8,8% 
b) o máximo de eficiência térmica possível. 
R = 31,2% 
c) a taxa de rejeição de calor desta usina. 
R = 229,1 MW 
 
11) Um refrigerador deve remover calor do espaço 
refrigerado a uma taxa de 300 kJ/min para manter 
a sua temperatura a -8°C. Se o ar circundante do 
refrigerador estiver a 25°C, determine a potência 
mínima necessária para alimentar este 
refrigerador. R = 0,623 kW 
 
 
12) Um sistema de condicionamento de ar que 
opera segundo o ciclo de Carnot de uma casa a 
uma taxa de 750 kJ/min para manter a sua 
temperatura a 24°C. Se a temperatura do ar 
externo for de 35°C, determine a potência 
necessária para operar este sistema. R = 0,463 kW 
 
13) Um refrigerador de Carnot opera em uma sala 
cuja temperatura é de 25°C. O refrigerador 
consome 25 W de potência quando em operação e 
tem um COP de 4,5. Determine: 
a) a taxa de remoção do espaço refrigerado. 
R = 135 kJ/min 
b) a temperatura do espaço refrigerado. 
R = - 29, 2°C 
 
14) Durante um experimento conduzido em uma 
sala a 25°C, um assistente de laboratório conclui 
que um refrigerador que consome 2 kW de energia 
removeu 30 000 kJ de calor do espaço refrigerado, 
que é mantido a – 30°C. O tempo de 
funcionamento do refrigerador durante o 
experimento foi de 20 min. Determine se esta 
alegação é possível através de cálculos. 
R = Não é possível 
 
 
 
 
15) Uma bomba de Carnot deve ser usada para 
aquecer uma sala e mantê-la a 20°C no inverno. Em 
um dia coma temperatura externa média contínua 
cerca de 2°C, calcula-se que a casa perca calor a 
uma taxa de 82 000 kJ/h. Se a bomba de calor 
consome 8 kW de potência quando em 
funcionamento, determine: 
a) quanto tempo a bomba de calor deverá 
funcionar neste dia. R = 4,19 h 
b) o custo total do aquecimento considerando um 
preço médio de R$ 0,085 KWh para a eletricidade. 
R = R$ 2,85 
c) custo de aquecimento se para o mesmo dia se 
for usado o aquecedor á resistência em vez de uma 
bomba de calor. R = R$ 46,47 
 
 
 
16) Um refrigerador comercial com refrigerante 
R-134a como fluido de trabalho é utilizado para 
manter o espaço refrigerado a – 35°C, rejeitando 
calor para a água que entra no condensador a 1,2 
MPa a uma taxa de 0,25 kg/s, e que dele sai a 26°C. 
O refrigerante entra no condensador a 1,2 MPa e 
50°C e sai a mesma pressão com um grau de 
sub-resfriamento a – 5°C. Se o compressor 
consumir 3,3 kW de potência, determine: 
a) o fluxo de massa do refrigerante. 
b) a carga de refrigeração. 
c) o COP do refrigerador. 
d) a potência mínima entregue ao compressor 
para a mesma carga de refrigeração. 
 
 
 
17) Um condicionador de ar com refrigerante 
R-134a como fluido de trabalho é utilizado para 
manter uma sala a uma temperatura de 26°C, 
rejeitando calor para o ar externo à sala, a 34°C. A 
sala ganha calor através das paredes e janelas, a 
uma taxa de 250 kJ/min, enquanto o calor gerado 
por computador, TV, máquina de lavar e lâmpadas 
equivale a 900 W. o refrigerante entra no 
compressor como vapor saturado a 500 kPa e uma 
taxa de 100 L/min e sai a 1,2 MPa e 50°C. 
Determine: 
a) o COP real. 
b) o COP máximo. 
c) a vazão volumétrica mínima de refrigerante na 
entrada do compressor para as mesmas condições 
de entrada e saída do mesmo.