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Departamento de Engenharia Mecânica - PUC–Rio
Fenômenos de Transporte
EXERCÍCIOS DE TERMODINÂMICA
ENTROPIA
Prof. Washington Braga
1. Uma máquina térmica recebe 600 kJ de calor de uma fonte de alta temperatura que está
a 1000 K. Ela converte 150 kJ deste calor em trabalho, rejeitando 450 kJ para um
reservatório de baixa temperatura que está a 300 K. Determine se esta máquina térmica
viola a 2ª. Lei da Termodinâminca com base na (a) desigualdade de Clausius e (b) no
princípio de Carnot
2. Um equipamento cilindro-pistão contem uma mistura de água saturada a 100 C.
Durante o processo isobárico de aquecimento, 600 kJ de calor são transferidos para o ar
externo que está a 25 C. Como resultado, parte do vapor dágua contido no cilindro se
condensa. Determine (a) a variação de entropia da água, (b) a variação de entropia do
ar externo e (c) se o processo é reversível, irreversível ou impossível.
3. Uma fonte térmica a 800 K perde cerca de 2000 kJ de calor para uma fonte que está (a)
a 500 K e (b) a 750 K. Determine qual das duas transferências é mais irreversível.
4. Um tanque rígido contem 5 kg de R-12 inicialmente a 20 C e 140 kPa. O refrigerante é
resfriado e agitado ao mesmo tempo, até que a pressão caia para 100 kPa. Determine a
variação de entropia do refrigerante durante o processo.
5. Uma bomba de calor fornece calor a uma casa mantida a 21 C à taxa de 75 mil kJ/h,
consumindo 8 kW de potência. Se o ar externo estiver a -2 C, determine se esta bomba
de calor viola a 2ª. Lei da Termodinâmica com base na desigualdade de Clausius.
6. Um radiador de um sistema de aquecimento por vapor tem um volume igual a 15 litros
e está cheio de vapor superaquecido a 200 kPa e 200 C. Neste momento, as válvulas de
entrada e de saída são fechadas por acidente. Após algum tempo, a temperatura do
vapor caiu para 80 C, como resultado da troca de calor para o ar externo. Determine a
variação de entropia para o vapor durante o processo.
7. Um tanque rígido é dividido em 2 partes. Uma parte contem 0,5 kg de água líquida
comprimida a 500 kPa e 60 C, enquanto que a outra parte está no vácuo. A partição é
retirada e a água se expande de forma a ocupar todo o volume. Determine a variação
de entropia da água, sabendo-se que a pressão final é de 15 kPa. Resp. – 0,0378 kJ/K
8. Um equipamento cilindro-pistão contem 2 litros de água líquida saturada a 150 kPa.
Uma resistência elétrica é ligada e cerca de 2200 kJ de calor são transferidos à água.
Determine a variação de entropia da água.
9. Um equipamento cilindro-pistão é pesadamente isolado. Ele contém 0,05 m3 de vapor a
300 kPa e 150 C. Vapor é então comprimido de uma maneira reversível até a pressão de
1 MPa. Determine o trabalho realizado neste processo.
10. Um bloco de 20 kg de alumínio está inicialmente a 200 C. Ele é colocado em contato
térmico com outro bloco de ferro, também de 20 kg, que está a 100 C. Os dois blocos
estão colocados dentro de um ambiente totalmente isolado. Determine a temperatura
final de equilíbrio e a variação total de entropia para o processo. Resp. 168,4 C, 0,169
kJ/K
11. Oxigênio é comprimido em um equipamento cilindro-pistão desde o estado inicial 0,8
m3/kg e 25 C até o estado final de 0,1 m3/kg e 287 C. Determine a variação de entropia,
considerando calores específicos constantes.
12. Um equipamento cilindro-pistão contem 0,5 m3/kg de gás hélio a 150 kPa e 20 C.
Hélio é comprimido em um processo politrópico até 400 kPa e 140 C. Determine (a)
variação de entropia do hélio, (b) a variação de entropia do ambiente que está a 20 C e
(c) se o processo é reversível, irreversível ou impossível.
13. Ar é comprimido em um pistão desde a pressão de 100 kPa e 27 C até 250 kPa, em um
processo isotérmico reversível. Determine (a) a variação de entropia do ar e (b) o
trabalho trocado.
14. Ar é comprimido desde a pressão de 100 kPa e 17 C até 800 kPa, em um processo
adiabático reversível. Determine a temperatura final e o trabalho realizado no processo,
considerando calores específicos constantes. R: 525,3 K, 171,1 kJ/kg.