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Disciplina: Termodinâmica I
Docente: Prof. Maísa Matos Paraguassú
						
LISTA DE EXERCÍCIOS - 04
Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios a 800°C e 20°C. Metade do trabalho produzido pela máquina térmica é utilizada para acionar a bomba de calor de Carnot, que remove calor de um ambiente frio a 2°C e o transfere para uma casa mantida a 22°C. Considerando que a casa perde calor a uma taxa de 62.000 kJ/h, determine a taxa mínima com a qual o calor deve ser fornecido para a máquina térmica para que a casa seja mantida a 22°C. (Resp: 11.565,3 kJ/h)
A figura abaixo fornece um desenho esquemático de uma usina a vapor na qual água circula em regime permanente ao longo de quatro componentes ilustrados. A agua escoa ao longo da caldeira e do condensador a pressão constante e através da turbina e da bomba de forma adiabática. As variações de energia cinética e de energia potencial são desprezíveis. Os dados do processo são apresentados a seguir:
 Processo 4-1: passagem de líquido saturado a vapor à pressão constante de 1 MPa.
Processo 2-3: passagem de x2 = 88% e x3 = 18% à pressão de 20 kPa.
Esboce o ciclo em coordenadas P-v;
Determine a eficiência térmica usando dados da tabela de vapor. (Resp: 18,1%)
Compare o resultado da eficiência térmica usando dados da tabela de vapor com a eficiência de Carnot. (Resp: =18,1%; =26,5%)
Determine se o ciclo é internamente reversível, irreversível ou impossível através da Desigualdade de Clausius. (Resp: Irreversível)
Refrigerante 134a entra no condensador de uma bomba de calor residencial a 800 kPa e 35°C a uma taxa de 0,018 kg/s e sai a 800 kPa como liquido saturado. Considerando que o compressor consome 1,2 kW de energia, determine o COP da bomba de calor e a taxa de remoção de calor do ar externo. (Resp: COP=2,64, Qf=1,97 kW)
Uma máquina térmica de Carnot recebe calor de um reservatório a 900°C, a uma taxa de 800 kJ/min, e rejeita calor para o ar ambiente a 27°C. Todo o trabalho produzido pela máquina térmica é utilizado para acionar um refrigerador que remove calor do espaço refrigerado a -5°C, transferindo-o para o mesmo ar ambiente a 27°C. Determine:
(a) A taxa máxima com a qual o calor é removido do espaço refrigerado. (Resp: 4.986,4 kJ/min)
(b) A taxa total com a qual o calor é rejeitado para o ar ambiente. (Resp: 5.786,4 kJ/min)
Uma máquina térmica está operando em um ciclo de Carnot e tem uma eficiência térmica de 75%. O calor proveniente dessa máquina é rejeitado em um lago próximo a 15°C a uma taxa de 14 kW. Determine a potência da máquina, em kW, e a temperatura da fonte, em °C. (R: W=42 kW, T= 879°C) 
Um condicionador de ar produz um efeito de resfriamento de 2kW enquanto rejeita 2,5 kW de calor. Qual o seu COP? (Resp: COP = 4)
Bananas devem ser resfriadas a uma taxa de 132 kJ/min por um determinado sistema de refrigeração. Determine o COP do refrigerador, sabendo-se que o consumo de potência no refrigerador é de 1,4 kW. (Resp: COP = 1,57)
Uma bomba de calor é usada para manter uma casa a uma temperatura constante de 23°C. A casa está perdendo calor para o ar externo, a uma taxa de 60.000 kJ/h, enquanto a energia gerada dentro da casa pelas pessoas, luzes e aparelhos chega a 4.000 kJ/h. Considerando um COP de 2,5, determine a potência que deve ser entregue à bomba de calor, em kW. (R: W = 6,22 kW) 
Uma máquina cíclica recebe 325 kJ de um reservatório de energia a 1000 K. Ele rejeita 125 kJ para um reservatório térmico a 400 K e o ciclo reduz 200 kJ de trabalho. Utilize o conceito da Desigualdade de Clausius para determinar se esse ciclo é reversível, irreversível ou impossível? (R: Impossível)
Tquente = 1000 K
Qquente = 325kJ
Wliquido = 200kJ
Qfrio = 125kJ
	Tfrio = 400 K
Um inventor desenvolveu uma unidade de refrigeração que mantém seu espaço interno refrigerado a – 10°C, enquanto opera em um ambiente a 25°C. um coeficiente de performance de 8,5 é requerido. Como você avalia isso? (R: Impossível).
Um contêiner deve ser mantido a – 125°C embora ele ganhe 100 W devido à transferência de calor. Qual a menor potência requerida para um refrigerador criogênico absorvendo calor do contêiner e rejeitando calor para o ambiente a 20°C. (R: W = 97,8 kW).
As máquinas térmicas a seguir produzem potência de 95.000 kW. Em cada caso, determine as taxas nas quais o calor é absorvido de um reservatório quente e descarregado para um reservatório frio.
Uma máquina de Carnot operando entre reservatórios de calor a 750k e 300k. (R: QH= 1,58 x 105 kW, W= 63 x 103 kW).
Uma máquina real operando entre os mesmos reservatórios de calor com uma eficiência térmica n= 0,35. (R: QH= 271.428,3 kW, W= 1,76 x 105 kW).
Um refrigerador opera em regime permanente com coeficiente de desempenho =5 em uma cozinha a 23°C. O refrigerado rejeita 4,8 kW por transferência de calor para a vizinhança a partir de serpentinas metálicas localizadas em seu exterior. Determine a potência de entrada, em kW, e a temperatura teórica mínima no interior do refrigerador, em K. (R: QC=4kW, T = 246,7 K)
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