1389304 Segunda Lista de Exercícios de Termodinâmica 1 2018 3

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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais 
Departamento de Engenharia Mecânica 
Disciplina: Termodinâmica 
Prof. Mara Nilza Estanislau Reis 
Prof. Fernanda Lima Rodrigues 
 
 1 
 
 
Exercícios de TERMODINÂMICA 
 
Valor: ___ PONTOS 
DATA DE ENTREGA: __/__/2018 
 
1
a
 QUESTÃO: 
 
1A) Uma máquina térmica de Carnot recebe calor a 626,85°C e rejeita calor para o ambiente a 26,85°C. Todo o 
trabalho realizado pela máquina térmica é utilizado para acionar um refrigerador de Carnot que remove calor do 
espaço refrigerado a (- 15°C), a uma taxa de 250 kJ/min, e rejeita-o no mesmo ambiente a 26,85°C. 
Determinar: 
1.1.A. A taxa de calor fornecido à máquina térmica em kJ/min. RESPOSTA: 61,1 kJ/min 
1.2.A. A taxa total de rejeição de calor no ambiente em kJ/min. RESPOSTA: 311kJ/min. 
 
 
 
 
1B) Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios a 800°C e 20°C. Metade do trabalho produzido pela 
máquina térmica é utilizada para acionar uma bomba de calor de Carnot, que remove calor de um ambiente frio 
a 2°C e transfere para uma casa mantida a 22°C, considerando que a casa perde calor a uma taxa de 62000 kJ/h, 
determinar: 
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1.1.B. A taxa mínima com a qual o calor deve ser fornecido para a máquina térmica para que a casa seja 
mantida a 22 °C em kJ/h. RESPOSTA: 11560 kJ/h 
 
 
 
 
1C) Um refrigerador utilizado para resfriar alimentos em uma mercearia deve produzir um efeito de 
resfriamento de 25 000 kJ/h. Seu coeficiente de eficácia é de 1,60. Determinar: 
1.1.C. A quantidade de energia necessária para operar esse refrigerador em kW. RESPOSTA: 4,34 kW 
1.2.C. A quantidade de calor liberada na mercearia em kW. RESPOSTA: 11,28 kW 
1.3.C. Se a temperatura interna do refrigerador é -8°C e a mercearia está a 25°C, o valor máximo possível para 
o coeficiente de desempenho. RESPOSTA: 8,03 
 
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 2
a
 QUESTÃO: 
 
2A) Um processo industrial requer 2000 litros/h de água quente à temperatura de 70º C e 1,0 bar. Para esta 
finalidade, utiliza-se de um misturador termicamente isolado que recebe vapor d’água a 0,5 MPa e 250º C e 
água fria a 1,0 bar e 15º C. O vapor e a água fria são misturados, obtendo-se em sua saída a água quente 
desejada. Determinar as vazões, em kg/h, da água fria e do vapor que alimentam o misturador. RESPOSTA: 
1799,87 kg/h; 155,166 kg/h 
 
 
2B) Uma indústria dispõe de um vestiário para seus funcionários, que utiliza água quente para os chuveiros. 
Sabe-se que a vazão de água quente necessária é de 1000 kg/h e sua temperatura deve ser de 80º C a 1,0 bar. 
Para esta finalidade, utiliza-se de um trocador de calor que mistura vapor d’água a 1,0 MPa e 250º C e água fria 
a 1,0 bar e 20º C. O vapor e a água fria são misturados no trocador de calor, obtendo-se em sua saída a água 
quente desejada. Determinar as vazões, em kg/h, da água fria e do vapor que alimentam o trocador de calor. 
RESPOSTA: 912,21kg/h; 87,79 kg/h 
 
 
 
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2C) Vapor entra em uma turbina em regime permanente a 600°C, 5Mpa, velocidade desprezível e vazão 
mássica de 20 kg/s. O vapor se expande para vapor saturado a 500 kPa e 10% do vapor é removido para outra 
utilização. O restante de vapor continua a expandir-se em outra turbina, onde há pressão de 10 kPa e título de 
85%. Se as turbinas são adiabáticas, Determinar: 
2.1.C. A temperatura do fluido em (°C) ao sair da primeira e da segunda turbina. RESPOSTA: 151,9°C, 
45,81°C 
2.2.C. A taxa de trabalho gerado em (kW) em cada uma das turbinas e a taxa de trabalho total do sistema. 
RESPOSTA: 18356 kW; 9412,2 kW; 27768 kW 
 
 
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 3
a
 QUESTÃO: 
 
Uma instalação de potência a vapor simples operando em regime permanente com água circulando nos 
componentes é mostrada esquematicamente na figura abaixo. A vazão mássica da água é de 90000 kg/h. 
 
No ponto 2: V2 = 250 m/s 
Potência de acionamento da bomba = 500 kW 
Diâmetros dos tubos: 
- do gerador de vapor à turbina: 200 mm 
- do condensador ao gerador de vapor: 75 mm 
 
Determinar: 
3.1. As taxas de transferências de calor e potência elétrica de todos os componentes. 
3.2. A vazão mássica da água de resfriamento que passa pelo condensador sabendo que a temperatura dessa 
água aumenta de T5 = 20°C para T6 = 30°C. RESPOSTA: 1224,07 kg/s 
3.3. Preencher o quadro de propriedades. 
3.4. Verificar a Primeira Lei da Termodinâmica para o ciclo mostrado. 
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3.5. A eficiência térmica e compará-la ao do Ciclo de Carnot. Comentar os resultados. RESPOSTA:0,5035; 
0,6782 
3.6. Esboçar o ciclo em coordenadas P-υ. 
 
 
Ponto 1 2 3 4 
P (MPa) 20 0,02 0,018 21 
T (
o
C) 700 40 175 
x(%) 84% 
hl (kJ/kg) 
hv (kJ/kg) 
h (kJ/kg) 
ul (kJ/kg) 
uv (kJ/kg) 
u(kJ/kg) 
υl (m
3
/kg) 
υv (m
3
/kg) 
υ (m
3
/kg) 
CLASSIFICAÇÃO 
 
 
Trecho Q (kW) W(kW) 
1-2 
2-3 
3-4 
4-1 
∑ 
 
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FORMULÁRIO 
 
15,273)()(  CTKT
 
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vaporliquido
vapor
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 
 
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dt
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
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
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V
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22
2.2...  
 
 
 
H
CH
H Q
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H
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T
T
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CH
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QQ
Q
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CH
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TT
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CH
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Q
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CH
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