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SATC - Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina Curso de Engenharia Mecânica Disciplina: 70504 – Termodinâmica Professor: Fabyo Luiz Pereira Lista de Exercícios 2: Segunda Lei da Termodinâmica: 1- Dois motores térmicos operam entre dois mesmos reservatórios térmicos e ambos recebem a mesma quantidade de calor QH. Um motor é reversível e o outro não. Qual é a relação entreos valores de QH dos dois motores? 2- Compare dois motores térmicos recebendo o mesmo calor Q, um deles de uma fonte a 1200 K e o outro de uma fonte a 1800 K, ambos rejeitando para um reservatório térmico a 500 K. Qual deles é melhor? 3- A temperatura máxima encontrada nos ciclos de potência das centrais elétricas que consomem carvão é próxima de 600°C, enquanto a temperatura máxima encontradanas turbinas a gás é próxima de 1150°C. Devemos substituir todas as centrais a carvão por turbinas a gás? 4- A taxa de transferência de calor dos gases de combustão para um motor a gasolina é 35 kW. Sabendo que a potência no eixo do motor é de 20 hp, determine a eficiência térmica e a taxa de transferência de calor rejeitada no ambiente. 5- Uma central termelétrica a carvão tem uma eficiência de 35%e produz uma potência líquida de 500 MW de eletricidade. Sabendo que o carvão libera 25000 kJ/kg na sua queima, qual é o consumo de carvão por hora? 6- A potência elétrica consumida num aquecedor de resistência elétrica utilizado no controle de temperatura do ar de uma sala é 1500 W. Determine a potência elétrica que pode ser economizada se o aquecimento do ar for promovido por uma bomba de calorcom coeficiente de desempenho igual a 2,0.

7- A potência utilizada para acionar um aparelho de ar condicionado de janela é de 1,5 kW e a taxa de transferência de calor rejeitada no ambiente é 5,1 kW. Determine a taxa de transferência de calor no ambiente refrigerado e o coeficiente de desempenho do refrigerador. 8- A taxa de transferência de calor na caldeira de uma central de potência é de 1MW. A taxa de transferência de calor no condensador é de 0,58 MW e a potência consumida no acionamento da bomba é de 0,02 MW. Calcule, nessas condições, a eficiência térmica do ciclo. Se todos os processos pudessem ser invertidos, determine o coeficiente de desempenho do refrigerador obtido na transformação. 9- Considere uma máquina cíclica que troca 6 kW de calor com um reservatório térmico a250°C e apresenta as seguintes condições operacionais: ˙ ˙ a) Q L = 0 kW e W = 6 kW ˙ ˙ b) Q L = 6 kW e W = 0 kW ˙ O Q L é trocado com o ambiente externo que apresenta temperatura igual a 30°C. Considere que a máquina cíclica é um motor térmico. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, é possível operar esse motor nas condições (a) e (b)? E se a máquina cíclica for uma bomba de calor? 10- Afigura abaixo mostra um motor térmico acoplado a uma bomba de calor. Admita que TH1 = TH2 > Tamb. Considere cada uma das condições operacionais indicadas na tabela abaixo (as taxas de transferência de calor e as potências estão expressas em kW) e determine se o arranjo satisfaz a primeira e a segunda leis da termodinâmica.

11- Considere um motor de automóvel que opera segundo um ciclo de Carnot,e que a temperatura do reservatório quente (que é a temperatura média do interior dos cilindros) é de 280°C. Calcule o rendimento térmico desse motor para as seguintes situações: a) A temperatura do reservatório frio (temperatura ambiente) é de 35°C, ou seja, é uma condição de dia de verão. b) A temperatura do reservatório frio (temperatura ambiente) é de 5°C, ou seja, é uma condição de dia deinverno. 12- Um motor térmico, que opera segundo um ciclo de Carnot, recebe 6 kW de calor de um reservatório térmico a 250°C e rejeita calor num reservatório térmico a 30°C. Determine a potência do motor e a taxa de transferência de calor para o reservatório térmico que apresenta temperatura igual a 30°C. 13- Uma bomba de calor de grande porte receberá uma taxa de calor de 5 MW de um reservatório a...
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