9. Energia, Calor e Trabalho Exercícios

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Energia, Calor e Trabalho - Exercícios
MEC-1507 
Sistemas Térmicos I
Luiz Guilherme Vieira Meira de Souza
Em determinado local, o vento tem a velocidade constante de 10 m/s.
Determine a energia mecânica do ar por unidade de massa e o potencial para geração de potência de uma turbina eólica com pás de 60 m de diâmetro naquele local. 
Admita uma densidade de 1,25 kg/m³ para o ar.
2
Exercício 2-10
Um rio que escoa a uma vazão constante de 240 m³/s é considerado para a geração de energia hidrelétrica.
É decidido que uma barragem pode ser construída para coletar água e liberá-la mediante uma diferença de altura de 50 m para gerar energia.
Determine qual a potência que pode ser gerada com a água desse rio após o preenchimento da barragem.
3
Exercício 2-13
Uma pessoa entra em um elevador no nível do saguão de um hotel carregando uma mala de 30 kg e desce no 10º andar (25 m acima).
Determine a quantidade de energia consumida pelo motor do elevador que agora está armazenada na mala.
4
Exercício 2-14
Determine a energia necessária para acelerar um automóvel de 800 kg do repouso a 100 km/h em uma estrada plana.
5
Exercício 2-26
Determine a energia necessária para acelerar um automóvel de 1300 kg de 10 km/h até 60 km/h em uma estrada em aclive com uma diferença de altura vertical de 40 m.
6
Exercício 2-27
O motor de um automóvel de 1.500 kg tem uma potência nominal de 75 kW.
Determine o tempo necessário para acelerar esse automóvel do repouso até uma velocidade de 100 km/h a plena potência em uma estrada plana.
Sua resposta é realista?
7
Exercício 2-29
Um automóvel quebrado com 1200 kg está sendo guinchado por um caminhão. 
Desprezando o atrito, o arrasto aerodinâmico e a resistência ao rolamento, determine a potência extra necessária para:
a) manter uma velocidade constante em uma estrada plana;
b) obter uma velocidade constante de 50 km/h em uma estrada com 30° de aclive (com a horizontal);
c) acelerar em uma estrada plana do repouso a 90 km/h em 12 s.
8
Exercício 2-32
Água é aquecida em uma panela fechada sobre um fogão, enquanto a água é agitada por uma roda de pás.
Durante o processo, 30 kJ de calor são transferidos para a água e 5 kJ de calor são perdidos para o ambiente.
O trabalho da roda de pás é de 500 J.
Determine a energia final do sistema se sua energia inicial é de 10 kJ.
9
Exercício 2-36
Uma sala de aula para 40 pessoas deve ser climatizada por meio de aparelhos de condicionamento de ar com capacidade de resfriamento de 5 kW.
Admite-se que uma pessoa parada dissipe calor a uma taxa de aproximadamente 360 kJ/h.
Existem 10 lâmpadas incandescentes na sala, cada uma com uma capacidade nominal de 100 W.
10
Exercício 2-37
A taxa de transferência de calor para a sala através das paredes e das janelas é estimada em 15.000 kJ/h.
Para que o ar da sala seja mantido à temperatura de 21°C, determine quantos desses aparelhos de condicionamento de ar são necessários.
11
Exercício 2-37
Um ventilador deve acelerar ar parado até a velocidade de 10 m/s à taxa de 4m³/s.
Determine a potência mínima que deve ser fornecida ao ventilador.
Suponha que a densidade do ar seja de 1,18kg/m³.
12
Exercício 2-42
Uma bomba de água que consome 2 kW de energia elétrica retira água de um lago e a bombeia para um tanque, cuja superfície livre está 30 metros acima da superfície livre do lago a uma taxa de 50 l/s.
Determine se essa afirmação é razoável.
13
Exercício 2-43
Um motor de 75 hp (potência de eixo) que possua uma eficiência de 91% está desgastado e será substituído por um motor de alta eficiência com 75 hp e eficiência de 95,4%.
Determine a redução do ganho de calor da sala devido à maior eficiência sob condições de plena carga.
14
Exercício 2-53
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.
15
Exercício 2-54
Potência elétrica deve ser gerada pela instalação de um turbo-gerador hidráulico em um local 70 m abaixo da superfície livre de um grande reservatório de água capaz de fornecer um fluxo constante de 1.500 kg/s.
Se a potência mecânica produzida pela turbina for de 800 kW e a geração de potência elétrica for de 750 kW, determine a eficiência da turbina e a eficiência combinada do turbo-gerador hidráulico desta instalação. 
Despreze as perdas nos tubos.
16
Exercício 2-59
Uma bomba geotérmica é utilizada para bombear água salgada cuja densidade é de 1.050 kg/m³ à vazão de 0,3 m³/s de uma profundidade de 200 m.
Para uma bomba de eficiência igual a 74%, determine a potência que deve ser fornecida à bomba.
Despreze as perdas por atrito nos tubos e suponha que a água geotérmica a 200 m de profundidade deva ser exposta à atmosfera.
17
Exercício 2-64
Água é bombeada de um reservatório mais baixo para um reservatório mais alto por uma bomba que fornece 20 kW de potência de eixo.
A superfície livre do reservatório superior está 45 m acima daquela do reservatório inferior.
Se a vazão da água é de 0,03 m³/s, determine a potência mecânica convertida em energia térmica durante esse processo devido aos efeitos do atrito.
18
Exercício 2-67
19
Exercício 2-67
Uma turbina hidráulica opera com uma vazão de 0,25 m³/s disponível com uma diferença de altura de 85 m.
A eficiência global do conjunto gerador-turbina é de 91%.
Determine a potência elétrica produzida por essa turbina.
20
Exercício 2-69