Termodinâmica Lista

IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica Lista de exercícios LE2 1 Certa massa de argônio inicialmente com pressão igual a 790 kPa e volume de 023 m³ sofre uma expansão adiabática até a pressão de 607 kPa Em seguida passa por uma expansão isotérmica até a pressão de 290 kPa Por último é comprimida à pressão constante até retornar ao seu volume inicial Determine Dados k 1667 R 02081 kJkg K a O diagrama pV da sequência b O trabalho total realizado Resposta b 5056 kJ 2 Um projetista deseja desenvolver um refrigerador de Carnot que seja acionado por um motor reversível As duas máquinas serão instaladas numa temperatura ambiente média de 32 ºC Um reservatório térmico com temperatura de 134 ºC fornece calor ao motor com uma taxa de transferência de 2800 W Sabendose que a temperatura no refrigerador pode chegar a 40 ºC determine a taxa de remoção de calor para que essa temperatura seja atingida nas condições dadas Resposta Q2 2274 kW 3 Um conjunto cilindropistão contém ar a 100 kPa e 20 ºC A câmara apresenta volume inicial de 03 m³ O ar é comprimido num processo politrópico n12 até a pressão de 800 kPa Em seguida o ar sofre uma expansão adiabática k14 até atingir a pressão de 100 kPa Determine a Os diagramas pV e TS b A temperatura final do gás c O trabalho total realizado Respostas b T3 22879 K c Wt 145 kJ 4 Um motor reversível que opera segundo Carnot recebe calor de uma fonte a 424 ºC e rejeita calor noutra fonte a 93 ºC Sabendose que o fornecimento de calor ocorre entre pressões de 5066 e 1520 kPa determine Dados k 14 R 02870 kJkg K a A variáveis de estado nos pontos do ciclo b A variação de entropia específica durante o fornecimento de calor c O rendimento térmico Respostas v1 0039 m³kg v2 0132 m³kg v3 0659 m³kg v4 0198 m³kg p3 15948 kPa p4 53154 kPa b 1ΔS2 0350 kJkg K c η 4748 IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica 5 Observe o esquema de três máquinas cíclicas que operam entre as mesmas fontes de calor Compare as máquinas A B e C com a máquina de Carnot e assinale a resposta com a classificação correta Justifique a resposta a A impossível B reversível C irreversível b A irreversível B impossível C reversível c A irreversível B reversível C impossível d A reversível B irreversível C impossível e A impossível B irreversível C reversível 6 Uma massa de 3 kg de propano com pressão de 300 kPa e volume de 035 m³ passa por uma sequência de três transformações 1ª transformação expansão adiabática até o volume de 059 m³ 2ª transformação expansão isobárica até o volume de 076 m³ 3ª transformação expansão isotérmica até o volume de 115 m³ Determine Dados k 1126 R 018855 kJkg K a O diagrama pV b A pressão e temperatura final c O trabalho total realizado pelas transformações Respostas b p4 11012 kPa T4 22388 K c Wt 13386 kJ 7 Considere um ciclo Carnot sendo executado em um sistema fechado com 06 kg de ar As temperaturas limites do ciclo são 300 e 1100 K e as pressões mínima e máxima que ocorrem durante o ciclo são 20 e 3000 kPa Determine Dados k 14 R 0287 kJkg K a As variáveis de estado nos pontos do ciclo b O calor fornecido ao ar c O trabalho líquido por ciclo d O rendimento térmico do ciclo Respostas a p2 188790 kPa p4 3178 kPa v1 0063 m³ v2 0100 m³ v3 2583 m³ v4 1626 m³ b Q1 8752 kJ c WL 6361 kJ d η 7272 TFQ 600 K TFF 300 K 00 K A C B Q1 370 kJ Q2 190 kJ W 180 kJ Q1 410 kJ Q2 160 kJ W 250 kJ Q1 440 kJ Q2 220 kJ W 220 kJ Question 01 a diagram b W12 p2v2 p1v11k W12 607 02694 790 023 1 1667 W12 2702 KJ v2 v1 p1p21k v2 023 29060711667 v2 02694 m3 W23 p2v2 lnv3v2 W23 607 02694 ln0563902694 v3 v2 p2p3 v3 02694 607290 V3 05639 m3 W23 12039 KJ W31 p3 v1 v3 W31 290 023 05639 W31 9685 KJ WT W12 W23 W31 WT 2702 12039 9685 WT 5056 KJ Question 02 n 1 Tc Th n 1 233 407 n 0428 n Qh Qc Qh Qc Qh 1 n Qc 28 1 0428 Qc 1603 KW Tc 40 233 Tc 233 Th 134 273 Th 407 Question 03 a diagrams b p1v1n p2v2n v2 v1 p1p21n v2 03 100800112 v2 0053 m3 p1v1T1 p2v2T2 10003293 800 0053 T2 T2 41432 K pzv2k p3v3k v3 v2 p2p31k T2v2k1 T3v3k1 T3 T2 v2v3k1 v3 0053 800100114 T3 41432 0053 023414 1 V3 0234 m3 T3 22879 K c W1 p1V1 p2V2 1 k W2 p3V3 p4V2 1 k W1 800 0053 10003 112 W2 1000234 8000053 114 W1c 62 kJ W2 475 kJ WT W1 W2 WT 62 475 WT 145 kJ Questão 04 a V1 RT1 P1 n2 RT1 P2 V1 0287 x 697 5066 V2 0287 697 1520 V1 0039 m3kg V2 0132 m3kg p3V3k p2v2k P3 RT2 V3 p3 V3k V3 P2V2k V3 1k RT2 P2V2k o mesmo se aplica para V4 1k V3 1k RT2 p2v2k V4 1k RT2 p1V1k p1v1k p4V4k e p4 RT2 V4 p1v1k RT2 V4k V4 V4 1k RT2 P1V1k V3 114 02820 x 366 1520 013214 V4 114 0287 366 5066 003914 V3 0659 m3kg V4 0198 m3kg P3 RT2 V3 P4 RT2 V4 P3 0287 x 366 0659 P4 0287 x 366 0198 P3 15948 kPa P4 53154 kPa b Δs R ln v2v1 Δs 0287 ln 0132 0039 Δs 0350 kJkgK c η 1 T2T1 η 1 366 697 η 04748 ou 4748 Questão 05 Eficiência Máxima Carnot ηcarnot 1 T1 T2 η 1 300 600 η 05 ou 50 Eficiência Máquinas η W Q1 A η 180 370 0486 ou 486 B η 250 410 061 ou 61 C η 220 440 050 ou 50 A Irreversível pois Eficiência menor que Carnot η ηcarnot o que é possível mas é irreversível B Impossível pois ηb ηcarnot c Reversível pois ηc ηcarnot o que é possível para uma máquina reversível Portanto Alternativa B Questão 06 a b p1v1 mRT1 T1 p1v1 mR T1 300 035 3 018855 T1 18563 K T2 v1v2k1 T2 035 05911261 T2 17281 K p1 v1k p2v2k p2 p1 v1 v2k p2 300a 035 0591126 p2 16663 kPa T3T2 v3 v2 T3 076059 T3 22382 K Como a terceira transformação é isotermica T3 T4 logo T4 22388 K p4v4 mRT4 p4 mRT4 v4 p4 30118855 22388 115 P4 11012 kPa c W1 P1v1 p2v2 1k W1 300035 16663059 11126 W1 5307 kJ WT W1 W2 W3 WT 5307 2833 5245 WT 13386 kJ W2 p v3 v2 W2 16663 076 059 W2 2833 kJ W3 mRT ln v4 v3 W3 3011885522388 ln 115 076 W3 5245 kJ Questão 07 a pv1 mRT1 V1 06 0287 1100 3000 V1 0063 m³ V3 V2 P2 P3 1k V3 0100 18879 20 114 V3 2583 m³ T2 P2 P3 K1 K P2 P3 T2 T3 K K1 P2 20 1100 300 14 04 P2 128790 Kpa P2 V2 mRT2 V2 06 0287 1100 188750 V2 0100 m³ b ΔS R ln P2 P1 ΔS 0287 ln 18879 3000 ΔS 01326 KJkgK Q m T1 ΔS Q 06 1100 01326 Q 8752 KJ c W η Q W 07272 8752 W 6361 KJ d ηc 1 T2 T1 ηc 1 300 1100 ηc 07272 ou 7272