UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAU

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

EM/CT UFPI

Termodinmica II CEM 0021

1a Lista de Exerccios Exergia

1) Um sistema consiste de 5 kg de gua a 10C e 1 bar. Determine sua exergia, em kJ, se o sistema se encontra em repouso e a uma altura zero, relativa ao ambiente de referncia para exergia, para o qual To= 20C, e Po =1 bar.

2) Determine a exergia, em kJ, para 0,7 bar, 90C para 1 kg: a) gua, b) Refrigerante 134a, c) Ar como gs ideal e Cp constante. Em cada caso a massa encontra-se em repouso e a uma altura zero relativa ao ambiente de referncia para exergia, onde To= 20C, e Po =1 bar.

3) Um balo preenchido com hlio a 20C, 1 bar e um volume de 0,5 m, move-se com uma velocidade de 15 m/s a uma altitude de 0,5 km relativa ao ambiente de referncia para exergia, para o qual To= 20C, e Po = 1 bar. Usando o modelo de gs ideal, determine a exergia do hlio em kJ.

4) Conforme mostrado na figura, dois quilos de gua sofrem um processo de a partir de um estado inicial em que a gua se encontra como vapor saturado a 120C a velocidade de 30 m/s a uma altura de 6 m at um estado final de lquido saturado a 10C, velocidade de 25 m/s e a uma altura de 3m. Determine, em kJ: a) a exergia do estado inicial, b) a exergia o estado final, c) Variao de exergia Tome To= 20C, Po =1 bar e g = 9,8m/s.

5) Um quilograma de Refrigerante 134a inicialmente a 6 bar e 80C resfriado a uma presso constante, sem irreversibilidades internas, at um estado final em que o refrigerante lquido saturado. Considerando o refrigerante como o sistema, determine o trabalho, a transferncia de calor e os valores das transferncias de calor, todos em kJ. Considere To= 20C, e Po =1 bar.

6) Uma barra de metal, conforme mostra a figura, 0,3 kg inicialmente a 1200 K removida de um forno e resfriada por imerso em um tanque fechado contendo 9 kg de gua inicialmente a 300 K. Cada substncia pode ser modelada como incompressvel. Um valor adequado para o calor especfico da gua cw= 4,2 kJ/kg.K e para o metal cw= 0,42 kJ/kg.K. A transferncia de calor para o exterior do tanque pode ser desprezada. Determine a destruio de exergia em kJ. Considere To = 300 K.

7) Uma mquina trmica recebe calor de uma fonte a 1500 K taxa de 700 kJ/s e rejeita calor para um meio a 320 K. A potncia produzida pela mquina trmica medida em 320 kW e a temperatura ambiente de 25C. Determine: a) A potncia reversvel; b) A taxa de irreversibilidade e; c) A eficincia de exergtica ou de Segunda Lei dessa mquina.

8) Um arranjo cilindro-pisto contm inicialmente dois litros de ar a 100 kPa e 25C. O ar ento comprimido at o estado final de 600 kPa e 150C. O consumo de trabalho til de 1,2 kJ. Considerando que a vizinhana esteja a 100 kPa e 25C, determine: a) A exergia do ar nos estados inicial e final; b) O trabalho mnimo que deve ser fornecido para realizar este processo de compresso e; c) A eficincia exergtica desse processo.

9) Uma casa que perde calor taxa de 8000 kJ/h quando a temperatura externa 15C deve ser aquecida por aquecedores resistncia eltrica. Se a casa deve ser mantida sempre a 22C, determine o consumo de trabalho reversvel desse processo e a irreversibilidade.

10) O radiador de um sistema de aquecimento a vapor tem um volume dgua tem um volume de 20 L e contm vapor dgua superaquecido a 200 kPa e 200C. Nesse instante, as vlvulas de entrada e sada do radiador so fechadas. Aps algum tempo observa-se que a temperatura do vapor cai para 80C devido temperatura de calor para o ar da sala, que est a 21C. Considerando que a vizinhana esteja a 0C, determine: a) A quantidade de transferncia de calor para a sala; b) A quantidade mxima de calor que pode ser fornecida para a sala se o calor calculado em (a) for fornecida para uma mquina trmica que est acionando uma bomba de calor. Considere que a mquina trmica opera entre e a vizinhana.

11) Um tanque rgido divido em duas partes iguais por uma partio. Uma parte do tanque contm 0,5 kg de gua lquida comprimida a 300 kPa e 60C, enquanto a outra parte est evacuada. A partio ento removida e a gua se expande preenchendo todo tanque. Se a presso final do tanque de 15 kPa, determine a exergia destruda durante esse processo. Considere a vizinhana a 25C e 100 kPa.

12) Ar comprimido em regime permanente por um com 8 kW de 100 kPa e 17C at 600 kPa e 167C, vazo de 2,1 kg/min. Desprezando as variaes das energias cintica e potencial, determine: a) O aumento da exergia do ar; b) a taxa de exergia destruda durante esse processo. Considere o ambiente a To= 17C.

13) Vapor dgua entra em uma turbina adiabtica a 6 Mpa, 600C e 80 m/s e sai a 50 kPa, 100C e 140 m/s. Se a potncia produzida pela turbina for de 5 MW determine: a) A potncia reversvel; b) A eficincia exergtica da turbina. Considere que a vizinhana esteja a 25C.

14) Um trocador de calor mostrado na figura alimentado com gua lquida saturada a 200 kPa. O escoamento de gua no trocador no apresenta queda de presso e a transferncia de calor para a gua realizada por meio de uma bomba de calor reversvel que opera num ambiente em que a temperatura igual a 17C. A vazo de gua 2 kg/min e todo processo reversvel, ou seja, no h variao lquida na entropia global. Sabendo que a potncia de acionamento da bomba de calor 40 kW, determine a temperatura na seo de sada do trocador e o aumento da disponibilidade da gua.