Lista 3 1. Um ciclo de potência opera entre um reservatório à temperatura T e um reservatório de temperatura

mais baixa, a 280 K. Em regime permanente, o ciclo desenvolve 40 kW de potência enquanto rejeita 1000 kJ/min de energia por transferência de calor para o reservatório frio. Determine o valor mínimo teórico para T em K. (R: TH = 396,69 K)

2. Considere uma pistola de ar comprimido cuja câmara tem volume igual a 1 cm3e que contem ar a 250 kPa e 27ºC. A bala se comporta como um pistão, e, inicialmente está imobilizada por um gatilho. O gatilho, então é acionado e o ar expande num processo adiabático reversível. Admitindo que a pressão no ar é 100 kPa quando a bala deixa o cano da pistola, determine o volume deste cano e o trabalho realizado pelo ar. (R: VCANO = 0,924 m3 e W = 0,144 J)

3. Uma turbina é alimentada com ar a 800 kPa e 1200 K. O ar expande segundo um processo adiabático e reversível, até a pressão de 100 kPa. Calcule a temperatura de saída e o trabalho realizado por kg de ar, utilizando: a) a tabela A7 de gás perfeito. b) Calor específico constante a 300 K (tab. A5).(a) T ~706 K e w = 557,9 kJ/kg b) T = 663,4 K e w = 538,47 kJ/kg)

4. Instalações de potência baseadas na conversão da diferença de temperatura dos oceanos em energia (OTEC) geram potência através da utilização do decréscimo natural da temperatura com a profundidade da água dos oceanos. Próximo à Flórida, a temperatura da superfície do oceano é de 27°C enquanto a uma profundidade de 700 m é de 7°C. (a) determine a eficiência térmica máxima para qualquer ciclo de potência operando entre estas temperaturas. (6,7%) (b) A eficiência térmica de instalações OTEC operando existentes é de aproximadamente 2%. Compare com o resultado de (a) e comente.

5. Dois quilogramas de água são submetidos a um processo de um estado inicial onde a pressão é 2,5 MPa e a temperatura é 400°C até um estado final de 2,5 MPa e 100°C. Determine a variação de entropia da água. (R: 3,8052 kJ/K)

6. Dois tanques isolados são conectados por uma válvula. Um tanque contém inicialmente 0,5 kg de ar a 80ºC, 1 bar e o outro contem 1,0 kg de ar a 50°C, 2 bar. A válvula é aberta e as duas quantidades de ar se misturam até que o equilíbrio seja atingido. Empregando-se o modelo de gás ideal com cv = 0,72 kJ/kg . Determine a temperatura final do sistema, a pressão final em bar e a quantidade de entropia gerada. (R: Tf = 60°C, P = 147,78 kPa, ∆S = 0,036 kJ/K)

7. Ar é comprimido em um compressor de escoamento axial operando em regime permanente a 27ºC, 1 bar até uma pressão de 2,1 bar. O trabalho necessário na entrada é de 94,6 kJ por kg de ar escoando através do compressor. A transferência de calor do compressor ocorre a uma taxa de 14 kJ/kg de ar escoando em um local onde a temperatura é de 40ºC As variações de energia cinética e potencial são desprezíveis. Determine a temperatura do ar na saída e a taxa na qual a entropia é gerada no compressor por unidade de massa de ar que circula. (T2 = 380,32 K e sgerado = 0,069848 kJ/kg.K)

8. Uma bomba de calor operando em estado estacionário é acionada por um motor elétrico de 1 kW e fornece aquecimento para um prédio cujo interior deve ser mantido a 20°C. em um dia em que a temperatura externa é de 0°C e a perda líquida de energia pelas paredes e pelo teto ocorresse a uma taxa de 60000 kJ/h, a bomba de calor seria suficiente? (Não)

9. Uma turbina com rendimento isentrópico de 88% é alimentada com vapor dágua a 700ºC e 2 MPa. Sabendo que a pressão na exaustão da turbina é 10 kPa, determine o trabalho específico e a geração de entropia na turbina. (R: wt = 1229,9 kJ/kg e sger= 0,4992 kJ/kg.K)

10. Um compresso centrífugo que apresenta eficiência isentrópica de 80%, aspira ar ambiente (100 kPa e 15ºC) e o descarrega a 450 kPa. Estime a temperatura na saída do compressor.(R: T2 = 2481,26 K)