RESUMO NP2 LISTA 03 TERMIDINÂMICA BASICA

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3a lista de TB: 
Ø Ciclos motores e refrigeradores 
Ø 1a e 2a Lei para Sistemas. 
Ø Ciclo de Carnot 
Ø Entropia e geração de entropia 
Ø Propriedades de substâncias e uso de Tabelas Termodinâmicas. 
 
1. O trabalho líquido de um ciclo motor é 8.106Btu e a transferência de calor do 
sistema para o reservatório térmico é 12.106Btu. Qual é a eficiência térmica do 
ciclo? (0,67 ou 67%) 
2. Um ciclo recebe energia por transferência de calor da queima de um combustível 
a uma taxa de 300MW. A eficiência térmica do ciclo é 33,3%. 
a) Determine a potencia líquida desenvolvida, em MW. (99,9MW) 
b) Para 8000h de operação anual, determine o trabalho líquido em KW.h/ano. 
(799200000kW.h/ano) 
c) Calculando a saída de trabalho líquido a $0,08 por kW.h, determine o valor do 
trabalho líquido em $/ano. ($63936000/ano) 
3. Um ciclo de refrigeração opera com transferência de calor de saída de 3200Btu e 
trabalho líquido de 1200Btu. Determine o coeficiente de eficácia para o ciclo 
bomba de calor e para o ciclo refrigerador. (2,67 e 1,67) 
4. Um ciclo de refrigeração remove energia de um espaço refrigerado a uma taxa de 
12000Btu/h. Para um coeficiente de desempenho de 2,6, determine a potencia 
líquida necessária, em Btu/h. Converta sua resposta para hp. Dado: 
1kW=3412,14Btu/h e 1hp=0,74kW. (4615,4Btu/h ; 1,828hp) 
5. Um ciclo de bomba de calor cujo coeficiente de eficácia é 2,5 entrega energia por 
transferência de calor para uma residência a uma taxa de 20kW. 
a) determine a potencia líquida necessária para operar a bomba de calor, em kW. 
(8kW) 
b) Calculando o custo da energia em $0,08 por kW.h, determine o custo da 
eletricidade em um mês quando a bomba de calor opera durante 200h. 
($128,00) 
 
6. (7.15) A taxa de transferência de calor dos gases de combustão para um motor a 
gasolina é 35kW. Sabendo que a potência no eixo do motor é 20HP, determine a 
Curso:	
  Engenharia	
  /	
  Santos	
   4º	
  e	
  5º	
  semestres	
  Termodinâmica	
  Básica	
  Prof.	
  Fátima	
  F.	
  Della	
  Rocca	
  
eficiência térmica e a taxa de transferência de calor rejeitada no ambiente. R:	
  0,42;	
  20,2kW. 
7. (7.22) A potência utilizada para acionar um aparelho de ar condicionado de janela 
é 1,5kW e a taxa de transferência de calor rejeitada no ambiente é 5,1kW. 
Determine a taxa de transferência de calor no ambiente refrigerado e o coeficiente 
de desempenho do refrigerador. 
R: 3,6kW; 2,4. 
8. (7.19) Uma central termoelétrica a carvão tem uma eficiência de 35% e produz 
uma potência líquida de 500MW de eletricidade. Sabendo que o carvão libera 
25000kJ/kg na sua queima, qual é o consumo de carvão por hora? 
R: 205,7 toneladas por hora. 
9. Ciclos termodinâmicos de potência possuem o seguinte diagrama esquemático: 
 
Figura adaptada (Moran e Shapiro, LTC 2010) 
Uma central de energia de geração de potencial fornece 100 MW de eletricidade 
para uma comunidade. Além disso, uma parcela de 40 MW de energia térmica 
rejeitada é reaproveitada para um processo de aquecimento secundário de uma 
empresa instalada nas imediações. Sendo a eficiência do processo a relação entre a 
energia térmica admitida no processo e o trabalho elétrico por ele gerado, e 
valendo 50%, determine: 
a) A taxa de energia térmica adicionada em forma de calor, em MW. (200MW) 
b) A taxa de energia rejeitada para o meio ambiente, em MW. (60MW) 
c) o valor de energia gerada em milhões de reais por mês, sabendo que a 
eletricidade vale R$ 0,10/kW.h. (7200000 milhões por mês) 
 
10. As usinas de potência (termoelétricas e nucleares) precisam retornar ao meio 
ambiente uma determinada quantidade de calor para o funcionamento do ciclo. O 
retorno de grande quantidade de água aquecida para um rio ou lago pode afetar a 
capacidade de manter gases dissolvidos, o que inclui o oxigênio necessário para a 
vida aquática local. Se a temperatura for maior que 35°C, o oxigênio dissolvido 
pode ser insuficiente para manter algumas espécies de peixes. Além disso, se a 
diferença de temperatura entre o retorno e a água presente no meio ambiente for 
muito grande, algumas espécies de peixes podem ficar estressadas causando um 
desequilíbrio em diversas atividades, inclusive a reprodutora. Outro problema 
encontrado é que espécies não nativas podem assumir o controle da região por 
serem mais adaptadas a águas quentes e também há o favorecimento para o 
aparecimento e crescimento de algas e bactérias. 
Com base nos seus conhecimentos sobre energia para ciclos, analise as seguintes 
afirmações: 
a) Os ciclos de potência poderiam trabalhar sem a rejeição de energia térmica 
para um corpo frio na forma de calor desde que toda energia térmica que 
entra no ciclo fosse transformada em trabalho. 
b) A eficiência térmica de um ciclo é medida pela relação entre o trabalho do 
ciclo e o calor que nele é adicionado. 
c) Nos ciclos termodinâmicos de potência, a quantidade de energia térmica que 
entra no ciclo é igual a soma da quantidade de energia térmica que sai do 
ciclo mais o trabalho gerado pelo ciclo. 
Das afirmações acima podemos dizer que estão corretas: 
a) Somente a afirmação b; 
b) Somente a afirmação c; 
c) As afirmações a e c; 
d) Todas as afirmações. 
e) As afirmações b e c. 
R: e 
 
11. (Carnot) Em certas localidades é possível utilizar a energia geotérmica da água 
subterrânea. Considere um suprimento de água líquida saturada a 150oC. Qual é o 
máximo rendimento térmico de um motor que usa essa fonte e que opera num 
meio a 20oC? (0,95) 
12. Uma bomba de calor deve ser usada para aquecer uma residência durante o 
inverno, mantendo a temperatura interna em 20oC. Estima-se que quando a 
temperatura do meio externo cai a -10oC, a taxa de transferência de calor da 
residência para o meio seja igual a 25kW. Qual é a mínima potência elétrica 
necessária para acionar esta bomba de calor? (2,85kW) 
13. Uma máquina cíclica utilizada para transferir calor de um reservatório a alta 
temperatura para outro a baixa temperatura. Determine se esta máquina é 
reversível, irreversível ou impossível se as condições de operação são as 
seguintes: TH=1000K; TL=400K; QH=325kJ; W=200kJ; QL=125kJ. 
(motor, irreversível mas impossível) 
 
14. Sódio líquido deixa um reator nuclear a 800oC e deve ser usado como fonte 
térmica numa instalação de potência a vapor d’água. A água de refrigeração do 
condensador é recirculada, usando-se uma torre de refrigeração, e sai da torre a 
15oC. Determine o máximo rendimento desta instalação. É correto usar as 
temperaturas de 800oC e 15oC para este cálculo? (motor de Carnot. Sim. 0,83) 
 
15. Determine a fase da substância e a(s) propriedade(s) que falta(m) dentre Pressão, 
volume específico, Temperatura, energia interna, entalpia, entropia e o título, 
quando aplicável, para os seguintes estados: 
a) Nitrogênio: -53ºC e 600kPa; 
b) Nitrogênio: 100K e 0,008 m3/kg 
c) Nitrogênio: 120K e h=65,0 kJ/kg 
d) Nitrogênio: 120K e 400kPa 
 
16. Explique como a desigualdade de Clusius pode ser usada para definir se um ciclo 
é reversível, irreversível ou impossível. 
17. Descreva os processos de um Ciclo Motor de Carnot e represente este ciclo num 
diagrama P-v. 
 
18. Uma máquina cíclica utilizada para transferir calor de um reservatório à alta 
temperatura para outro a baixa temperatura. Verifique se esta máquina é 
reversível, irreversível ou impossível se as condições de operação são as 
seguintes: (Apresente a justificativa) 
TH=1000K; TL=400K; QH=325kJ; W=200kJ; QL=125kJ. 
R: motor, irreversível, mas impossível. 
 
19. Considerando que em um conjunto cilindro-pistão está contido 1kg de amônia 
líquido saturado a -20ºC. O sistema é então aquecido, pela transferência de calor 
de um gás de combustão a 200º C, de modo que sua temperatura atinge 50º C, 
num processo a pressão constante.a) Encontre o calor transferido no processo, em kJ. 
b) Houve geração de entropia durante o processo de aquecimento da amônia? Se 
sim, qual o valor em kJ/K ? 
R: a) Q=1489,4kJ; b) Sim, 2,6594KJ/K 
 
20. Água, inicialmente no estado líquido saturado a 100ºC, está contida em um 
conjunto cilindro-pistão. A água é submetida a um processo que a leva ao estado 
correspondente de vapor saturado, durante o qual o pistão se move livremente no 
cilindro. Não há transferência de calor para a vizinhança. Se a mudança de estado 
é conseguida pela ação de um impelidor, determine o trabalho líquido por unidade 
de massa, em kJ/kg, e a quantidade de entropia gerada por unidade de massa, em 
kJ/kg.K. 
R: w=-2087,6kJ/kg e σ=6,05kJ/kg.K 
 
21. Uma massa de 2 kg de vapor superaquecido a 400°C e 600 kPa é resfriada a uma 
pressão constante, transmitindo calor de um cilindro até que o vapor seja 
completamente condensado. A vizinhança está a 25°C. Determine a produção 
de entropia em razão desse processo. 
sistema – Estado final à líquido saturado R: 5,9kJ/K 
 	
  
	Lista 3 TERMODINÂMICA BASICA 2014
	RESUMO NP2 LISTA 02 TB