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Exercícios sugeridos para Segunda Lei da Termodinâmica (5.22 - Van Wylen - 8ed) - Um grande central de potência que utiliza carvão como combustível tem eficiência térmica de 45% e produz potência elétrica de 1500 MW. O carvão libera 25.000 kJ/kg quando queima. Qual o consumo horário de carvão? (7.56 - Van Wylen - 6ed) - A temperatura média alcançada num tipo de coletor solar de energia solar é de 100ºC. A energia coletada deve ser utilizada como fonte térmica num ciclo motor. Qual é o máximo rendimento térmico do motor se a temperatura do meio for igual a 10ºC? O que aconteceria, se o coletor fosse projetado pra concentrar a energia de modo que a temperatura máxima fosse alterada para 300ºC. (7.63 - Van Wylen - 6ed) - Um escoamento de água, com vazão em massa igual a 60 kg/h, deve ser vaporizado a pressão constante. A transferência de calor para a água é fornecida por uma bomba de calor. Essa bomba utiliza um reservatório térmico a 16ºC, como fonte fria. A água entra no condensador da bomba como líquido saturado a 200 kPa e sai do equipamento como vapor saturado. Determine, nestas condições a mínima potência necessária a bomba de calor. 4 - Vapor de água entra numa turbina a 300ºC, pressão de 1 Mpa e com velocidade de 50 m/s. O vapor sai da turbina a pressão de 150 kPa e com uma velocidade de 200 m/s. Determine o trabalho específico realizado pelo vapor que escoa na turbina, admitindo que o processo seja adiabático e reversível. (377,5 kJ/kg) 5 - Considere o escoamento de vapor de água num bocal. O vapor entra no bocal a 1MPa, 300ºC e com velocidade de 30 m/s. A pressão do vapor na saída do bocal é 0,3 MPA. Admitindo que o escoamento eja adiabático e reversível e em regime permanente, determine a velocidade do vapor na seção de saída do bocal. (736,7 m/s) 6 - Ar é comprimido, num compressor centrifugo, da condição atmosférica, 290 K e 100 kPa, até a pressão de 1MPa. Admitindo que o processo é adiabático e reversível e que as variações de energia cinética e potencial são desprezíveis; calcule o trabalho especifico no processo de compressão e a temperatura do ar na seção de descarga do compressor. (-270 kJ/kg; 559,7 K) 7 - Uma turbina é alimentada com vapor de água a pressão de 1MPa e 300ºC. O vapor sai da turbina a pressão de 15 kPa. O trabalho produzido pela turbina foi www.marcelo.modesto.com.br determinado, obtendo o vapor de 600 kJ por kg de vapor que escoa na turbina, determine a eficiência isentrópica da turbina (0,8) 8 - Um turbo compressor automotivo é alimentado com ar a 100 kPa e 300 K. A pressão na seção de descarga do equipamento é 150 kPa. Sabendo que a eficiência isentrópica deste compressor é de 70%, determine o trabalho necessário para comprimir um quilograma de ar deste equipamento. Qual é a temperatura na seção de descarga do turbo compressor? (-52,87 kJ/kg; 352,6 K) 9 - Com velocidade de 70m/s, gás oxigênio entra em um tubo isolado de 12 cm de diâmetro. Na entrada do tubo, o oxigênio está a 240 kPa e 20ºC, saindo a 200 kPa e 18ºC. Calcule a taxa de geração de entropia no tubo. (0,1026 kW/K) 10 - Água líquida a 200 kPa e 20ºC é aquecida em uma câmara pela mistura com uma corrente de vapor superaquecido a 200 kPa e 150ºC. A água líquida entra em uma câmara de mistura com uma vazão de 2,5 kg/s e, estima-se que a câmara perca calor para o ambiente, que se encontra a 25ºC, a uma taxa de 1200 kJ/min. Considerando que a mistura saia da câmara de mistura a 200 kPa e 60ºC, determine a) a vazão mássica de vapor superaquecido necessário; b) a taxa de geração de entropia durante o processo de mistura. (0,17 kg/s; 0,29 kW/K) 11 - Um tanque rígido de 0,18m3 é preenchido com água líquida saturada a 120°C. Uma válvula na parte inferior do tanque é aberta e metade da massa total é retirada do tanque na forma líquida. Calor é transferido para a água por uma fonte a 230°C, e assim a temperatura do tanque permanece constante. Determine a) a quantidade de calor transferido; b) a geração total de entropia desse processo. (222,2 kJ; 0,1236 kJ/K) 12 - Vapor de água entra em um bocal adiabático a 2,5 Mpa e 450ºC com uma velocidade de 55 m/s, saindo a 1MPa e 390 m/s. Considerando que o bocal tem uma entrada de 6 cm2, determine a) a temperatura de saída; b) a taxa de geração de entropia c) a eficiência isentrópica do bocal. (406ºC; 0,0783 kW/K; 0,28) www.marcelo.modesto.com.br
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