10. Exergia Exerccios

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Exergia - Exercícios
MEC-1507 
Sistemas Térmicos I
Luiz Guilherme Vieira Meira de Souza
As necessidades de energia elétrica de uma comunidade devem ser atendidas por turbinas eólicas com rotores de 10 m de diâmetro.
As turbinas estão localizadas em um local onde o vento sopra de forma constante à velocidade média de 8 m/s.
Determine o número máximo de turbinas que precisam ser instaladas se a potência necessária for de 600 kW.
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Exercício 8-15
Uma forma de atender à demanda extra de energia elétrica nos períodos de pico é bombear água de uma grande corpo d’água para um reservatório mais elevado quando a demanda é baixa e gerar eletricidade quando a demanda é alta deixando que essa água escoe e acione uma turbina.
Para uma capacidade de armazenamento de energia de 1,8x1010 kW, determine a quantidade mínima de água que precisa ser armazenada a uma elevação média de 75 m.
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Exercício 8-16
Considere um reservatório de energia térmica a 1500 K que pode fornecer calor a uma taxa de 150.000 kJ/h.
Determine a exergia dessa energia fornecida, considerando uma temperatura ambiente de 25°C.
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Exercício 8-17
Uma máquina térmica que recebe calor de uma fornalha a 1200 °C e rejeita calor em um rio a 20°C tem eficiência térmica de 40%. 
Determine a eficiência de Segunda Lei dessa usina de geração de potência.
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Exercício 8-21
Uma casa que perde calor à taxa de 80.000 kJ/h quando a temperatura externa é 15°C deve ser aquecida por aquecedores à resistência elétrica.
Se a casa deve ser mantida sempre a 22°C, determine o consumo de trabalho reversível desse processo e a irreversibilidade.
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Exercício 8-22
Um arranjo pistão-cilindro contém 5 kg de refrigerante R-134a a 0,7 MPa e 60°C.
O refrigerante é então resfriado à pressão constante até que exista como um líquido a 24°C.
Se a vizinhança está a 100 kPa e 24°C, determine (a) a exergia do refrigerante nos estados inicial e final e (b) a exergia destruída durante esse processo.
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Exercício 8-28
Um arranjo pistão-cilindro isolado contém 2 litros de água líquida saturada à pressão constante de 150 kPa.
Um aquecedor à resistência elétrica dentro do cilindro é ligado, e um trabalho elétrico de 2200 kJ é realizado na água.
Supondo que a vizinhança esteja a 25°C e 100 kPa, determine (a) o trabalho mínimo com o qual esse processo pode ser realizado e (b) a exergia destruída durante esse processo.
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Exercício 8-33
Um arranjo pistão-cilindro isolado contém inicialmente 30 litros de ar a 120 kPa e 27°C.
O ar é aquecido por 5 minutos por um aquecedor à resistência de 50 W colocado dentro do cilindro.
A pressão do ar é mantida constante durante esse processo, e a vizinhança está a 27°C e 100 kPa.
Determine a exergia destruída durante esse processo.
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Exercício 8-37
Esferas de rolamento de aço inoxidável (ρ=8085,0 kg/m³ e cp=0,48 kJ/kg.°C) com diâmetro de 1,2 cm devem ser mergulhadas em água a uma taxa de 1400 unidades por minuto.
As esferas deixam o forno a uma temperatura uniforme de 900°C e são expostas ao ar a 30°C por algum tempo antes de serem jogadas na água.
Se a temperatura das esferas cair para 850°C antes do resfriamento, determine (a) a taxa de transferência de calor dos rolamentos para o ar e (b) a taxa de destruição de exergia devida à perda de calor dos rolamentos para o ar.
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Exercício 8-44
Vapor de água a 8 MPa e 450°C é estrangulado para uma pressão de 6 MPa. 
Determine o potencial de trabalho desperdiçado durante esse processo.
Considere que a vizinhança está a 25°C.
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Exercício 8-48
Ar inicialmente a 100 kPa e 17°C é comprimido em regime permanente por um compressor de 8 kW até 600 kPa e 167°C, a uma taxa de 2,1 kg/min. 
Desprezando as variações das energias cinética e potencial, determine (a) o aumento da exergia do ar e (b) a taxa de exergia destruída durante esse processo. 
Considere que a vizinhança está a 17 °C.
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Exercício 8-49
Ar entra em um bocal em regime permanente a 100 kPa e 87°C com uma velocidade de 50 m/s e sai a 95 kPa e 300 m/s.
As perdas de calor do bocal para a vizinhança a 17°C são estimadas em 4 kJ/kg.
Determine (a) a temperatura de saída e (b) a exergia destruída durante esse processo.
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Exercício 8-53
Vapor d’água entra em um difusor a 10 kPa e 50°C com velocidade de 300 m/s e sai como vapor saturado a 50°C e 70 m/s.
A área de saída do difusor é de 3 m².
Determine (a) o fluxo de massa de vapor d’água e (b) o potencial de trabalho perdido durante esse processo.
Admita que a vizinhança esteja a 25°C.
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Exercício 8-55
Vapor d’água entra em uma turbina adiabática a 6 MPa, 600°C e 80 m/s e sai a 50 kPa, 100 °C e 140 m/s.
Se a potência produzida pela turbina for de 5 MW determine (a) a potência reversível e (b) a eficiência de Segunda Lei da turbina.
Admita que a vizinhança esteja a 25°C.
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Exercício 8-56
Água líquida a 200 kPa e 20°C é aquecida em uma câmara pela mistura com uma corrente de vapor superaquecido a 200 kPa e 300°C.
A água líquida entra na câmara de mistura à taxa de 2,5 kg/s e estima-se que a câmara perca calor para o ambiente a 25°C a uma taxa de 600 kJ/min.
Se a mistura sair da câmara de mistura a 200 kPa e 60°C, determine (a) o fluxo de massa do vapor superaquecido e (b) o potencial de trabalho perdido durante esse processo de mistura.
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Exercício 8-67
Água fria (cp=4,18 kJ/kg.°C) destinada a um chuveiro entra a 15°C com vazão de 0,25 kg/s em um trocador de calor duplo tubo bem isolado de parede fina com escoamento em contracorrente e é aquecida a 45°C por água quente (cp=4,19 kJ/kg.°C) que entra a 100°C à vazão de 3 kg/s.
Determine (a) a taxa de transferência de calor e (b) a taxa de destruição de exergia do trocador de calor.
Considere T0=25°C.
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Exercício 8-77