TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE CALOR

TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Profa Maria Laura G.S. da Luz
EXERCÍCIOS DA UNIDADE V
Proposto em 09/04/2014
1. Uma máquina compressora de Carnot com coeficiente de desempenho = 2 toma 200 J
da fonte fria. Qual a quantidade de calor que é transferida para a fonte quente e qual o
trabalho necessário para acionar a máquina? Respostas: Q2 = 300 J; W = 100 J
2. Em uma máquina térmica são fornecidos 3kJ de calor pela fonte quente para o início
do ciclo e 780J passam para a fonte fria. Qual o trabalho realizado pela máquina, se
considerarmos que toda a energia que não é transformada em calor passa a realizar
trabalho? Qual o rendimento desta máquina térmica? Resposta: a) W = 2.200J; b)  =
0,74 ou 74%
3. Uma máquina de Carnot absorve calor de um reservatório à temperatura de 38oC,
rejeitando calor para um reservatório a 18oC. Se a máquina absorve 1,05 x 106 J do
reservatório de temperatura mais alta, calcular o calor rejeitado, o rendimento e o trabalho
efetuado. Respostas: Q1 = 8,61 x 105 J;  = 0,18; W = 1,89 x 105 J
4. Suponha que o gráfico a seguir se refere a uma usina nuclear e que ela opere segundo
um ciclo de Carnot. Estime a variação de temperatura do rio, em oC, devido ao calor
removido da usina. Assumir que dQ2/dt = 25 x 108 Watt,  = 30% e a vazão do rio é 9 x
106 kg/min. Dado: cágua = 1 kcal/kg.oC. Resposta: t = 2,786oC
Reator
Q2
Turbina
Caldeira
Gerador
Bomba
Condens.
Q1
rio
5. Sua tarefa é selecionar o melhor projeto entre 4 propostas de máquinas térmicas. Todos
os projetos dizem produzir 1000 W de potência utilizável e todos funcionam entre duas
fontes de temperaturas de 200oC e 0oC. Os projetistas das máquinas térmicas dizem que:
A máquina A precisa de um calor de 900 W; a máquina B precisa de 1500 W de calor; a
máquina C de 2500 W e a máquina D precisa de 3000 W. Através dos conhecimentos de
máquinas térmicas, calcule o rendimento de cada máquina e selecione aquela na qual
você aplicaria dinheiro para construí-la e justifique a sua escolha e a razão de não
escolher as demais. Respostas: a) A = 111% (impossível); b) B = 67% (impossível); c)
C = 40% (possível e mais eficiente); d) D = 33% (possível)
1
6. Um freezer é regulado para manter seu conteúdo a –13oC quando a temperatura
ambiente está a 27oC. Se a perda de calor da vizinhança que passa através do isolante
térmico do freezer é 100 cal/s (Q1), quanta potência, em Watts, é requerida para realizar o
ciclo de refrigeração se ele for considerado um ciclo de Carnot reverso ideal? Resposta:
W = 64 W
7. Uma máquina de fazer gelo fabrica 5g de gelo a cada segundo, usando água na
temperatura de 0oC para tal. O calor é perdido para o ambiente que está a 30oC. Se o ciclo
funciona como um refrigerador ideal de Carnot: a) Qual a quantidade de calor cedida ao
ambiente a cada segundo? b) Qual é a potência do motor elétrico? c) Qual é o CDD? d)
Qual é o significado do CDD deste refrigerador? Dado: calor latente de fusão = 80 cal/g.
Respostas: a)Q2 = 444 cal/s; b) W = 184,2 W; c) CDD = 9,1; d) Para cada joule de
eletricidade consumida pelo refrigerador pode-se extrair no máximo 9,1 joules de calor
do seu interior
8. Um sistema realiza um ciclo de potência de Carnot entre duas fontes de calor, de 2000
K e 400 K, respectivamente. Para cada um dos 4 conjuntos de dados determinar se o ciclo
é reversível, irreversível ou impossível. a) Q2 = 1200 kJ e W = 1020 kJ; b) Q2 = 1200 kJ e
Q1 = 240 kJ; c) W = 1400 kJ e Q1 = 600 kJ; d)  = 40%. Respostas: a) A > Carnot
(impossível); b) B = Carnot (reversível); c) C < Carnot (irreversível); d) D < Carnot
(irreversível)
9. Os dados fornecidos referem-se a uma bomba de calor (ciclo invertido) que mantém a
temperatura dentro de um aviário a 21oC. Determine: a) o custo real diário; b) o custo
mínimo teórico diário de operação e c) compare com o custo diário se for usado
aquecimento com resistências elétricas. Dados: Temperatura do ar ambiente = 0oC; CDD
= 3,8; Q2 = 75.000 kJ/h; custo da eletricidade US$ 0,08 centavos/kW-h. Respostas: a)
$real = US$ 10,53/dia; b) $mín = US$ 2,86/dia; c) $resist = US$ 40,00/dia
Q1
Q2
W
2