Disciplina Termodinâmica II – 2015/2

Prof. Gustavo Rodrigues de Souza

Lista de Exercícios – Entrega no dia da Prova 1

1- Considere um reservatório de energia térmica a 1500 K que pode fornecer calor a uma

taxa de 150.000 kJ/h. Determine a exergia dessa energia fornecida, considerando uma

temperatura ambiente de 25 oC. Respostas: 33,4 kW

2- Uma máquina térmica recebe calor de uma fonte a 1500 K à taxa de 700 kJ/s e rejeita calor

para um meio a 320 K. A potência produzida pela máquina térmica é 320 kW e a

temperatura ambiente é de 25 oC. Determine (a) a potência reversível, (b) a taxa de

irreversibilidade e (c) a eficiência de Segunda Lei dessa máquina térmica. Respostas: (a)

550,7 kW, (b) 230,7 kW e (c) 58.1%

3- Uma casa que perde calor à taxa de 80.000 kJ/h quando a temperatura externa é de 15 oC

deve ser aquecida por aquecedor por resistência elétrica. Se a casa deve ser mantida

sempre a 22 oC, determine o consumo de trabalho reversível desse processo e a

irreversibilidade. Respostas: 0,53 W, 21,69 kW

4- Um arranjo pistão-cilindro isolado contém 2 litros de água líquida saturada à pressão

constante de 150 kPa. Um aquecedor à resistência elétrica dentro do cilindro é ligado, e

um trabalho elétrico de 2200 kJ é realizado na água. Supondo que a vizinhança esteja a 25 oC e 100 kPa, determine: (a) o trabalho mínimo com o qual esse processo possa ser

realizado e (b) a exergia destruída durante esse processo. Respostas: (a) 437,7 kJ, e (b)

1705 kJ

5- Um tanque rígido e isolado contem 3 kg de nitrogênio (N2) inicialmente a 47 °C e 2 bar. O

nitrogênio é misturado por um agitador até que sua pressão dobre. Empregando o modelo

de gás ideal com calor específico constante avaliado a 300 K, determine o trabalho e a

destruição de exergia do nitrogênio, ambos em kJ. Ignore efeitos de movimento e

gravidade e admita T0 = 300 K, p0 = 1 bar. Respostas: -713,3 kJ, e 463,5 kJ

6- Um ciclo padrão a ar com calores específicos variáveis, executado em um sistema fechado

é formado por quatro processos:

1-2: compressão isoentrópica de 100 kPa e 27 oC até 800 kPa

2-3: fornecimento de calor a volume constante até 1800 K

3-4: expansão isoentrópica até 100 kPa

4-1: rejeição de calor a pressão constante de volta ao estado inicial

a- Mostre o ciclo nos diagramas P-v e T-s

b- Calcule o trabalho líquido produzido por unidade de massa

c- Determine a eficiência térmica.

Respostas: (b) 570,1 kJ/kg e (c) 51,9%

7- Um ciclo padrão a ar executado em um sistema fechado é formado por quatro processos:

1-2: compressão isoentrópica de 100 kPa e 27 oC até 1 MPa

2-3: fornecimento de 2800 kJ/kg de calor a pressão constante

3-4: rejeição de calor a volume constante até 100 kPa

4-1: rejeição de calor a pressão constante de volta ao estado inicial

a- Mostre o ciclo nos diagramas P-v e T-s

b- Calcule a temperatura máxima do ciclo

c- Determine a eficiência térmica.

Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente.

Respostas: (b) 3360 K e (c) 21%

8- Um ciclo padrão a ar com calores específicos variáveis, executado em um sistema fechado

com 0,003 kg de ar é formado por três processos:

1-2: fornecimento de calor a volume constante de 95 kPa e 17 oC até 380 kPa

2-3: expansão isoentrópica até 95 kPa

3-1: rejeição de calor a pressão constante de volta ao estado inicial

a- Mostre o ciclo nos diagramas P-v e T-s

b- Calcule o trabalho líquido do ciclo, em kJ

c- Determine a eficiência térmica.

Respostas: (b) 0,422 kJ e (c) 20,4%

9- A razão de compressão de um ciclo Otto padrão a ar é 9,5. Antes do processo isoentrópico

de compressão, o ar está a 100 kPa, 35 oC e 600 cm3. A temperatura no final do processo

de expansão isoentrópico é de 800 K. Usando calores específicos a temperatura ambiente,

determine: (a) a temperatura e a pressão mais altas do ciclo, (b) a quantidade de calor

transferido, em kJ, (c) a eficiência térmica, e (d) a pressão média efetiva. Respostas: (a)

1969 K, 6072 kPa, (b) 0,59 kJ, (c) 59,4% e (d) 652 kPa