TA – Termodinâmica Aplicada
Exercícios 2ª Lei da Termodinâmica/Entropia: Sistema Fechado e Volume de Controle o
Problema 1: Água, inicialmente como líquido saturado a 100 C, 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 livremente se move ao longo do cilindro. Se a mudança de estado acontece por transferência de calor da água à medida que esta percorre um processo internamente reversível a pressão e temperatura constantes, determine o trabalho e a quantidade de calor transferida por unidade de massa, kJ/kg. Resp.: w = 170 kJ/kg ; q = 2257kJ/kg o Problema 2: Água inicialmente como líquido saturado a 100 C, 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 ao longo do cilindro. Não ocorre transferência de calor para a vizinhança. Se a mudança de estado acontece pela ação do impelidor, determine o trabalho líquido por unidade de massa, em kJ/kg, e a quantidade de entropia produzida por unidade de massa, em kJ/kgK. Resp.: w = -2087,56 kJ/kg ; S ger /m = 6.048kJ/kgK 6.048kJ/kgK Problema 3: Durante operação em regime permanente, uma caixa de redução recebe 60kW
através do eixo de entrada e fornece potência através do eixo de saída. Para a caixa de redução donsiderada como sistema, a taxa de transferência de energia por convecção é, Q
hA(T b
T f )
Onde h = 0,171kW/m 2K é o coeficiente de transferência de calor, A = 1m2 é a área da superfície exterior da caixa de redução, Tb = 300K é a temperatura da superfície externa e T f = 293 é a temperatura da vizinhança afastada das imediações da caixa de engrenagens. Para a caixa de engrenagens, calcule a taxa de transferência de calor e a potência fornecida através do eixo de saída, ambas em kW. Resp.: Q = -1,2kW ; W 2 = 58,8kW
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TA – Termodinâmica Aplicada
Exercícios Problema 4: Com referência ao problema 3, avalie a taxa de geração de entropia, em kW/K,
para (a) a caixa de marchas como o sistema e (b) um sistema que consiste na caixa de marchas e em uma parcela suficiente de sua vizinhança, de forma que a transferência de calor ocorra à temperatura da vizinhança que se encontra afastada da caixa de marchas, T f = 293K. Comente os resultados. -3
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Resp.: Sger = 4x10 kW/K ; Sger = 4,1x10 kW/K Problema 5: Uma turbina a vapor opera em regime permanente com condições de entrada de
p1 = 5bar, T1 = 320oC. Vapor deixa a turbina a uma pressão de 1bar. Não ocorre transferência de calor significativa entre a turbina e a vizinhança, e variações de energia cinética e potêncial entre a admissão e a descarga poder ser desprezadas. Se a eficiência isoentrópica da turbina é de 75%, determine o trabalho produzido por unidade de massa de vapor escoando na turbina, kJ/kg. Resp.: w = 271,95kJ/kg Problema 6: No esboço a seguir são mostrados os componentes de uma bomba de calor para
fornecimento de ar aquecido para uma residência. Em regime permanente, R-22 é admitido no compressor a -5 oC e 3,5bar e é comprimido adiabaticamente até 75 oC e 14bar. Do compressor, o refrigerante passa através do condensador onde é condensado a líquido a 28 oC e 14bar. O refrigerante então é expandido através de uma válvula de expansão até 3,5bar, a uma vazão volumétrica de 0,42m3/s e é descarregado a 50 oC com uma perda de carga desprezível. Utilizando o modelo de gás ideal para o ar e desprezando efeitos de energia cinética e potencial, (a) determine as taxas de geração de entropia, em kW/K, para volumes de controle envolvendo o condensador, o compressor e a válvula de expansão, respectivamente e (b) Esboce o diagrama TxS -4
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Resp.: Scondensador = 7,95x10 kW/K ; Scompressor = 17, 5x10 kW/K ; Sválvula = 9,94x10 kW/K ; Problema 7: Para o compressor da bomba de calor do Problema 9 , determine a potência, em
kW, e a eficiência isoentrópica. Esboce o diagrama TxS. Resp.: W compressor = -3,11kW ; compressor = 81%
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