Exercícios de Termodinâmica 2

1 O que propõe o enunciado do teorema de Clausius 2 Construa um diagrama Ts do ciclo de Carnot e identifique nos trechos numerando todos os componentes do ciclo e suas devidas funções inclusive linhas de pressões 3 Uma máquina térmica operando em regime permanente recebe de uma fonte quente 400ºC 350000kcalh e transfere a uma fonte fria 50ºC produzindo uma potência de 180HPPedese a Fazer o esquema do enunciado acima e calcular o calor transferido para a fonte fria Kcalh b Qual o rendimento térmico da máquina c Mostrar se a máquina térmica é de Carnot 4 Uma tubulação é percorrida por vapor a pressão de 20Kgfcm2 No início o vapor é saturado seco e ao longo da saturação ele perde calor através do isolamento e condensa Na outra extremidade da tubulação o título do vapor é de 93 A vazão de vapor que entra na tubulação é de 40000Kgh Calcular a A massa de condensado que acumula na tubulação em 1 hora KcalKgK b A quantidade de calor perdido em 1 hora Kcalh c Qual a variação de entropia de 1kg de vapor entre o início e final da tubulação KcalKgk 5 Uma máquina térmica operando segundo o ciclo de Carnot recebe 500000Kcalh de uma fonte quente cuja temperatura é de 184C A potência consumida na fase de bombeamento 19723HP a temperatura da fonte fria é de 47C a Calcular o rendimento térmico da máquina b determinar o fluxo de calor cedido pela fonte fria Kcalh c Qual a potência produzida pela máquina CV Dados 1 HP 6408Kcalh 1 HP 1014VC 1 CV 63241Kcalh 1 W 08595Kcalh 1 O que propõe o enunciado do teorema de Clausius O enunciado do teorema de Clausius está relacionado à segunda lei da termodinâmica e trata do conceito de irreversibilidade em processos termodinâmicos Ele afirma que Em qualquer processo cíclico a integral do calor trocado dividido pela temperatura absoluta QT ao longo de todo o ciclo é sempre menor ou igual a zero sendo igual a zero apenas para processos reversíveis Matematicamente pode ser expresso assim dQ T 0 Aqui dQ representa o calor infinitesimalmente trocado em uma parte do ciclo e TTT é a temperatura absoluta na fronteira onde ocorre essa troca Esse teorema implica que em processos irreversíveis sempre haverá uma produção de entropia ou seja um aumento da desordem no sistema e a eficiência de um processo real nunca será tão alta quanto a de um processo reversível Este teorema é a base para a definição da entropia e para o enunciado da segunda lei da termodinâmica em termos de entropia 2 Construa um diagrama Ts do ciclo de Carnot e identifique nos trechos numerando todos os componentes do ciclo e suas devidas funções inclusive linhas de pressões O diagrama temperatura vs entropia Ts do Ciclo de Carnot é uma representação gráfica usada para ilustrar o ciclo termodinâmico ideal em que o calor é transformado em trabalho com máxima eficiência teórica No eixo vertical T temos a temperatura e no eixo horizontal s temos a entropia O ciclo se desenrola em quatro processos 1 Expansão isotérmica 12 A temperatura do gás permanece constante enquanto ele se expande e a entropia aumenta 2 Expansão adiabática 23 Não há troca de calor com o ambiente adiabático e o gás continua se expandindo diminuindo sua temperatura e mantendo a entropia constante 3 Compressão isotérmica 34 O gás é comprimido mantendo a temperatura constante e a entropia diminui 4 Compressão adiabática 41 O gás é comprimido sem troca de calor e a temperatura aumenta mas a entropia continua constante Essas quatro etapas formam um ciclo fechado no gráfico Ts com a área dentro do ciclo representando o trabalho realizado pelo sistema Aqui está uma explicação resumida de cada etapa e posso criar o diagrama visual se preferir Exemplo do diagrama 3 Uma máquina térmica operando em regime permanente recebe de uma fonte quente 400ºC 350000kcalh e transfere a uma fonte fria 50ºC produzindo uma potência de 180HPPedese a Fazer o esquema do enunciado acima e calcular o calor transferido para a fonte fria Kcalh b Qual o rendimento térmico da máquina c Mostrar se a máquina térmica é de Carnot Tg 400C 673K Tp 50C 323K Qg 350000 Kcalh W 180 HP 1HP 63243 Kcalh Entao W180 x 63243 Kcalh W 1138388 Kcalh a Calcular Qf Qf W Qe 350000 1138338 Qf Qf 350000 1138338 Qf 2361662 Kcalh b Rendimento térmico da máquina η W Qf η 1138338 350000 03252 η 3252 c Verificar se a máquina é de carne η carne 1 TpTg η carne 1 323673 052 52 Como o rendimento útil da máquina é 3252 e de carne 52 Então é menor máquina não é carné 4 Uma tubulação é percorrida por vapor a pressão de 20Kgfcm2 No início o vapor é saturado seco e ao longo da saturação ele perde calor através do isolamento e condensa Na outra extremidade da tubulação o título do vapor é de 93 A vazão de vapor que entra na tubulação é de 40000Kgh Calcular a A massa de condensado que acumula na tubulação em 1 hora KcalKgK b A quantidade de calor perdido em 1 hora Kcalh c Qual a variação de entropia de 1kg de vapor entre o início e final da tubulação KcalKgk 41 pressão vapor 20 kgfcm² 20bar vapor no início saturado seco Estado vapor x 093 93 vazão mássica vapor ṁ 40000 kgh Para 20 kgfcm² Entalpia vapor saturado hg 6626 Kcalkg Entalpia de liquido saturado hf 2018 kcalkg calor latente de vaporização hg hf 4608 KcalKg a massa de condensado acumulada na tubulação em 1 hora Δx 1 093 007 massa de condensado ṁ x Δx 40000 kgh x 007 2800 kgh b Quantidade de calor perdido em 1h Q massa de condensado x qg 2800 kgh x 4608 kcal kg 1290240 kcalh c Variação de energia de 3 kg de vapor entre o início e final da tubulação x093 S Sf x x Sfg Sf é a entropia do liquido saturado Sfg Sg Sf é a variação da entropia ao passar do liquido pf vapor saturado Tabelada para 20 Kgfcm² Sf 055316 kcalkgK Sg 17117 kcalkgK Sfg Sg Sf 12005kcalkg K a variação da entropia é ΔS Sg Sf 093 x Sfg 17117 055316 093 x 12005 ΔS 17117 055316 111628 17117 16277 0084 kcalkg K 5 Uma máquina térmica operando segundo o ciclo de Carnot recebe 500000Kcalh de uma fonte quente cuja temperatura é de 184C A potência consumida na fase de bombeamento 19723HP a temperatura da fonte fria é de 47C a Calcular o rendimento térmico da máquina b determinar o fluxo de calor cedido pela fonte fria Kcalh c Qual a potência produzida pela máquina CV Dados 1 HP 6408Kcalh 1 HP 1014VC 1 CV 63241Kcalh 1 W 08595Kcalh 5 Qq 500000 Kcalh Potência 59723 HP Tq 384C 457 K Tf 47C 320k 3 HP 6408 Kcalh 3 CV 63243 Kcalh a calcular rendimento térmico máquina η carnot 1 TfTq η carnot 1 320457 3 07007 02993 2993 B W Qq x η carnot 500000 x 02993 149650 Kcalh Qf Qq W Qf 500000 149650 350350 Kcalh c 3 CV 63243 Kcalh Potência CV W 63243 149650 63243 Potência CV 23685 CV