Segunda Lista de Exercícios de Termodinâmica 2 2018 R01

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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais 
Departamento de Engenharia Mecânica 
Disciplina: Termodinâmica 
Prof. Marco Aurélio M. Justino 
Prof. Mara Nilza Estanislau Reis 
 
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Exercícios de TERMODINÂMICA 
 
Valor: 7 PONTOS 
DATA DE ENTREGA: 21/11/2018 
 
1a QUESTÃO: 
 
 1A) Água líquida saturada é aquecida em uma caldeira a vapor em regime permanente a uma pressão 
constante de 2 MPa e uma taxa de 4 kg/s para uma temperatura de saída de 250°C. O diâmetro da tubulação de 
20 cm. Determinar: 
1.1 A taxa transferência de calor na caldeira em (kW). 
1.2 A vazão volumétrica na entrada em (m3/s). 
1.3 A velocidade de escoamento do fluido na entrada e na saída da caldeira (m/s). 
1.4 O estado final da água. 
 
 
 1B) Um determinado volume de refrigerante R-134a, a 200 kPa e 20°C, entra em regime permanente a 
 uma velocidade de 5 m/s em um tubo com 28 cm de diâmetro. O refrigerante ganha calor à medida 
 que escoa e deixa o tubo a 180 kPa e 40°C. Determinar: 
 1.1 A vazão volumétrica do refrigerante na entrada e na saída do tubo (m3/s). 
1.2 O fluxo de massa de refrigerante em (kg/s). 
1.3 A taxa de transferência de calor para o refrigerante em (kW). 
1.4 O estado final do refrigerante. 
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Disciplina: Termodinâmica 
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Prof. Mara Nilza Estanislau Reis 
 
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 2a QUESTÃO: 
 
 2A) Uma máquina térmica de Carnot está sendo testada no laboratório de mecânica. O laboratório 
precisa ser mantido a 20°C para que o conforto de seus ocupantes seja garantido. Para tal, um aparelho de ar-
condicionado de Carnot com potência igual a 5 kW foi instalado no ambiente. Considere o laboratório em 
regime estacionário, a temperatura da fonte quente da máquina térmica igual a 527°C e uma carga térmica 
equivalente a 50.000kJ/h vinda das paredes e do telhado. Para uma temperatura externa igual a 40°C, 
determinar: 
2.1 A taxa de calor fornecido ao motor em (kW). 
2.2 A taxa de calor rejeitada no ambiente externo em (kW). 
2.3 A potência produzida pelo motor em (kW). 
 
 
 
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 2B) Durante o inverno, uma bomba de calor de Carnot com potência igual a 3 kW é utilizada para 
manter a temperatura constante a 25°C em uma sala. Essa sala recebe ainda calor de uma máquina 
térmica reversível cuja temperatura do reservatório quente é igual a 700°C e perde calor para as paredes a 
 uma taxa de 2.400 kJ/min. Considere o ambiente externo a 0°C. Determinar: 
2.1 A taxa de calor fornecida à máquina térmica em (kW). 
2.2 A taxa com que o calor é fornecido a bomba de calor em (kW). 
2.3 A potência produzida pelo motor em (kW). 
 
 
 
 
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 3a QUESTÃO: 
3A) Um ciclo de refrigeração utilizado em uma câmara frigorífica, operando em regime permanente, utiliza R-
134a como fluido de trabalho e é mostrado esquematicamente na figura abaixo. A vazão em massa de 
refrigerante no ciclo é 0,1 kg/s e a potência consumida no compressor é de 5 kW. Considerar taxa de 
transferência de calor entre o compressor e a vizinhança. 
 
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. 
3.3 Preencher o quadro de propriedades. 
3.4 Verificar a Primeira Lei da Termodinâmica para o ciclo mostrado. 
3.5 A eficiência térmica e compará-la ao do Ciclo de Carnot. Comentar os resultados. 
3.6 Esboçar o ciclo em coordenadas P-υ. 
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Ponto 1 2 3 4 
P (kPa) 100 800 
T (oC) -20 50 30 -24 
x(%) 0 
hl (kJ/kg) 
hv (kJ/kg) 
h (kJ/kg) 
ul (kJ/kg) 
uv (kJ/kg) 
u(kJ/kg) 
υl (m3/kg) 
υv (m3/kg) 
υ (m3/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
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