Exer7 2014 11

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TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Profa Maria Laura G.S. da Luz
EXERCÍCIOS DA UNIDADE VII Proposto em 05/05/2014
1. Um ciclo de Carnot opera com 0,5 kg de ar, que ocupa inicialmente o volume de 250 litros, sob a pressão de 2 kgf/cm2. Calcular o trabalho realizado, sabendo-se que o volume do ar duplica em contato com a fonte quente e que a temperatura da fonte fria é 27oC. Resposta: W = 422,465 kgfm.
2. O trabalho fornecido a 0,5 kg de ar, durante a compressão adiabática deste fluido no ciclo de Carnot, é de 10.900 kgfm. O rendimento deste ciclo é de 0,50. Calcular as temperaturas das fontes. Respostas: T2 = 594,34 K; T1 = 297,17 K.
3. O trabalho fornecido ao ar durante a compressão isentrópica no ciclo de Carnot é de 21.500 kgfm/kg. A temperatura da fonte quente é de 527oC. Calcular: a) a temperatura da fonte fria; b) a razão de pressões extremas na expansão isentrópica. Respostas: a) T1 = 506,18 K; b) p2/p1 = 4,96.
4. Um ciclo reversível efetuado pelo ar é constituído de uma compressão isentrópica, uma transformação politrópica e uma isobárica. O valor de “n” na politrópica é 1,1. As pressões no início da isentrópica e no início da politrópica valem, respectivamente, 1 kgf/cm2 e 11 kgf/cm2. A temperatura no fim da isobárica é de 27oC. Calcular: a) o calor recebido; b) o calor cedido; c) o rendimento do ciclo e d) representar o ciclo no plano pV. Respostas: a) Q23 = 60,085 kcal/kg; b) Q31 = (42,868 kcal/kg; c) ( = 28,5%.
5. Uma máquina térmica executa um ciclo ABCA, utilizando um gás ideal. Complete os quadrinhos da tabela a seguir. Apresente seus cálculos.
	 p (Pa)
 600 B
 400
 200 A C
 1 2 3 V (m3)
	
	Q (J)
	W (J)
	(U (J)
	A(B
	+1200
	
	
	B(C
	
	
	
	C(A
	
	
	
	ABCA
	
	
	
Respostas: a) Q = (U = 1.200 J; b) WBC = Q = 800 J; c) WCA = (400 J; Q = (1.600 J; (Uciclo = 0.
6. Um ciclo de potência de Carnot opera sobre 1 kg de ar entre 21oC e 260oC. A pressão no início da expansão isotérmica é de 27,6 atm e no fim 12,7 atm. Determinar: a) o volume no fim da expansão isotérmica (VB); b) a variação de entropia durante um processo isotérmico; c) o calor que entra (Qe); d) o trabalho; e) o calor que sai (Qs); f) o rendimento térmico; g) a potência do ciclo em CV; h) a taxa de expansão durante o aquecimento isotérmico (RE); i) a pressão média efetiva; j) representar o ciclo nos planos pV e TS, em escala, com todos os seus respectivos valores que foram determinados ou dados no problema, assim como a p.m.e. Respostas: VB = 0,1228 m3; b) (S = 22,72 kgfm/K; c) Qe = 12.109,76 kgfm; d) W = 5.340,08 kgfm; e) Qs = (6.679,68 kgfm; f) ( = 44,8%; g) Potência = 72,4 CV; h) RE = 2,1735; i) p.m.e. = 11.438,97 kgf/m2.
7. Uma máquina toma 50 kcal de calor a 427oC e cede 34 kcal na temperatura de 127oC. a) Quanto trabalho em J é realizado? b) Se uma máquina de Carnot funcionar entre essas duas fontes de calor, quanto calor ela vai rejeitar? c) Quanto trabalho a máquina do item “b” vai realizar? d) Qual é o CDD para esta máquina de Carnot se ela for usada como uma bomba de calor entre essas mesmas temperaturas? e) Por que os trabalhos dos itens a e c são diferentes? Respostas: a) Wlíq = 6,7 x 104 J; b) Q1 = (28,57 kcal; c) W = 8,9 x 104 J; d) CDD = 2,33; e) máquina de Carnot é ideal, portanto o rendimento é maior que o de qualquer outra máquina, e, sendo o rendimento diretamente proporcional ao W, este também será maior para uma máquina de Carnot.
8. Um ciclo de potência de Carnot opera sobre 2 kg/s de ar entre 25 e 300oC. A pressão no início da expansão isotérmica é de 30 atm e ao fim de 15 atm. Determinar: a) as pressões, os volumes e as temperaturas dos quatro vértices do ciclo; b) o calor que entra; c) o calor que sai; d) o trabalho; e) o rendimento térmico; f) a p.m.e.; g) a potência; h) a variação de entropia em um dos processos isotérmicos; i) a variação de entalpia durante a expansão isotérmica; j) a variação de energia interna durante a compressão isotérmica; l) o trabalho de fluxo durante a expansão isotérmica; m) as taxas de expansão; n) as taxas de compressão; o) a razão de pressões; p) o calor específico do ar durante os processos isotérmicos. Respostas: a) VA = 0,1118 m3/s; VB = 0,2236 m3/s; VC = 1,1461 m3/s; pC = 1,52 atm; VD = 0,5731 m3/s ; pD = 3,04 atm; b) Qe = 54,45 kcal/s; c) Qs = (28,31 kcal/s; d) W = 26,14 kcal/s; e) ( = 48%; f) p.m.e. = 1,08 atm; g) Potência = 148,82 CV; h) (S = + ou – 0,095 kcal/K; i) (H = 0; j) (U = 0; l) Wf = 0; m) RE(AB) = 2; RE(BC) = 5,13; n) RC(CD) = 2; RC(DA) = 5,13; o) Rp = 19,74; p) c = infinito.
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