Fundamentos dos Sistemas Térmicos

Fundamentos dos Sistemas Térmicos

2ª lista de exercícios – 2ª lei da Termodinâmica

Expectativa de resolução 50%

1. (Exercício 6.18 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Uma planta de produção de potência recebe calor de uma

fornalha a uma taxa de 280 GJ/h. Perdas de calor do vapor para o ar das vizinhanças ao passar por tubulações e

outros componentes estão estimados a 8 GJ/h. Se o calor a ser rejeitado para a água for de 145 GJ/h,

determine:

a. O trabalho global de saída;

b. A eficiência térmica da planta de produção de potência

Resposta: a) 35,3 MW; b) 45,4%.

[pic 1]

2. (Exercício 6.21 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Um motor automobilístico consome combustível a uma taxa de

28 L/h e fornece 60 kW de potência para as rodas. Se o combustível tem um calor de combustão de 44.000,00

kJ/kg e massa específica de 0,8 g/cm³, determine a eficiência térmica desse motor.

Resposta: 21,9%.

[pic 2]

3. (Exercício 6.23 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Em 2001, os EUA produziram 51% de sua eletricidade da

quantidade de 1,878.1012 kWh de plantas de potência à carvão. Se a eficiência térmica média dessas plantas é

de 34%, determine a quantidade de energia rejeitada para o ambiente naquele ano nos EUA.

Resposta: 3,646.1012 kWh.

[pic 3]

4. (Exercício 6.28 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Uma planta de potência à vapor a partir da combustão carvão

com produção de 300 MW e uma eficiência térmica de 32%. A razão entre massa de ar e massa de combustível

na fornalha é de 12 kg de ar/kg de combustível. O calor de combustão do carvão de 28.000,00 kJ/kg. Determine:

a. A quantidade de carvão consumido em um período de 24h;

b. A taxa de alimentação de ar na fornalha.

Resposta: a) 2,89.106 kg; b) 402 kg/s.

[pic 4]

5. (Exercício 6.41 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Um refrigerador doméstico fica ligado em um quarto de tempo e remove calor do compartimento dos alimentos a uma taxa de 800 kJ/h. Se o COP desse refrigerador é de 2,2, determine a potência do refrigerador quando ele está ligado. Resposta: 0,40 kW.[pic 5]

[pic 6]

6. (Exercício 6.51 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Uma bomba de calor é usada para manter uma casa a uma temperatura constante de 23°C. A casa está perdendo calor para o ambiente externo através das paredes e

das janelas a uma taxa de 60.000,00 kJ/h, enquanto a energia gerada dentro da casa pelas pessoas, lâmpadas e outros aparelhos e de 4000 kJ/kg. Se o COPHP é de 2,5, determine a potência da bomba.

Resposta: 6,22 kW.

[pic 7]

[pic 8]

7. (Exercício 6.55 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) O refrigerante 134a entra na serpentina de um evaporador na

parte de trás de um freezer doméstico a 120 kPa e 20°C com qualidade (título) de 20 %. Se o compressor

consome uma potência de 450 W e o COPR=1,2, determine:

a. A vazão mássica do refrigerante;

b. A taxa de rejeição de energia por meio de calor para o ambiente da cozinha.

Resposta: a) 0,00311 kg/s; b) 990 W.

[pic 9]

8. (Exercício 6.54 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) O refrigerante 134a entra[pic 10]

em um condensador de uma bomba de calor residencial a 800 kPa e 35°C

a uma taxa de 0,018 kg/s e o deixa como líquido saturado. Se o

compressor consome 1,2 kW de potência, determine:

a. O COPHP;

b. A taxa de absorção de calor do ar da vizinhança.

[pic 11]

9. (Exercício 6.71 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Um motor térmico de Carnot opera entre uma fonte a 1000 K e

um sumidouro a 300 K. Se o motor térmico é alimentado com calor a uma taxa de 800 kJ/min, determine:

a. A eficiência térmica;

b. A potência gerada.

Resposta: a) 70%; b) 9,33 kW.

[pic 12]

10. (Exercício 6.77 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Uma maneira inovadora de geração de potência envolve a

utilização da energia geotérmica – energia da água quente que existe naturalmente no subsolo – como uma

fonte de calor. Se uma fonte de água quente a 140°C é descoberta em um local onde a temperatura ambiente é

de 20°C, determine a eficiência térmica máxima de uma planta de potência geotérmica a ser instalada nessa

localidade. Resposta: 29,1%.

[pic 13]

11. (Exercício 6.103 – ÇENGEL e BOLES 6ª ed, 2006) Um aparelho de ar condicionado utiliza o refrigerante R-134a

como fluido de trabalho é utilizado para manter uma sala a 26°C e rejeita calor para o lado externo em que o

ambiente está a 34°C. Calor flui para a sala a uma taxa 250 kJ/min A do ambiente externo enquanto os

aparelhos de computador, TV e lâmpadas geram 900 W de calor. O refrigerante entra no compressor a 500 kPa

como vapor saturado a uma taxa de 100 L/min e o deixa a 1200 kPa e 50°C. Determine: