Exercícios Segunda Lei da Termodinâmica

5ª Prova de Termodinâmica Aplicada 15 pontos 1ª Questão 6 pts Um condicionador de ar de janela mantem um quarto a 22C em um dia em que a temperatura externa e de 32C removendo energia por meio de transferencia de calor do quarto a Determine em kW por kW de resfriamento a potencia teorica minima requerida pelo ar condicionado b Para alcancar as taxas de transferencia de calor requeridas com unidades de tamanho pratico condicionadores de ar tipicamente recebem energia por transferencia de calor a uma temperatura inferior a do quarto que esta sendo resfriado e descarregam energia por transferencia de calor a uma temperatura superior a das vizinhancas Considere o efeito disso na determinacão da potencia teorica minima em kW por kW de resfria mento requerida quando TC 18C e TH 36C e compare com os valores obtidos na parte a 2ª Questão 9 pts A figura abaixo representa um processo no qual há um ciclo de potência retirando energia por transferência de calor de uma corrente de vapor dágua saturado que é condensando em líquido saturado estando estes a um pressão de 2 bar e uma vazão mássica de 005 kgs Este ciclo descarta a energia por transferência de calor em um lago a 16C Essas são as únicas trocas de calor significantes Os efeitos de energia cinética e de energia potencial podem ser ignorados Calcule a potência máxima desenvolvida pelo ciclo TABELA A3 Propriedades da Água Saturada LíquidoVapor Tabela de Pressão Volume Específico Energia Interna Entalpia Entropia m³kg kjkg kjkg kjkg K Press Temp Líquido Vapor Líquido Vapor Líquido Vapor Líquido Vapor Press bar C Sat υf X 10³ Sat uf ug hf hg sf sg bar 004 2896 10040 34800 12145 24152 12146 24329 25544 04226 84746 004 006 3616 10064 23739 15153 24250 15153 24159 25674 05210 83304 006 008 4151 10084 18103 17387 24322 17388 24031 25770 05926 82287 008 010 4581 10102 14674 19182 243791 19183 23928 25847 06493 81502 010 020 6006 10172 7649 25138 24567 25140 23583 26097 08320 79085 020 030 6910 10223 5229 28920 24684 28923 23361 26253 09439 77686 030 040 7587 10265 3993 31753 24770 31758 23192 26368 10259 76700 040 050 8133 10300 3240 34044 24839 34049 23054 26459 10910 75939 050 060 8594 10331 2732 35979 24896 35986 22936 26535 11453 75320 060 070 8995 10360 2365 37663 24945 37670 22833 26600 11919 74797 070 080 9350 10380 2087 39158 24988 39166 22741 26658 12329 74346 080 090 9671 10410 1869 40506 25026 40515 22657 26709 12695 73949 090 100 9963 10432 1694 41736 25061 41746 22580 26755 13026 73594 100 150 1114 10528 1159 46694 25197 46711 22265 26936 14336 72233 150 200 1202 10605 08857 50449 25295 50470 22019 27067 15301 71271 200 250 1274 10672 07187 53510 25372 53537 21815 27169 16072 70527 250 300 1336 10732 06058 56115 25436 56147 21638 27253 16718 69919 300 350 1389 10786 05243 58305 25469 58433 21481 27324 17275 69405 350 400 1436 10836 04625 60431 25536 60474 21338 27386 17766 68959 400 450 1479 10882 04140 62225 25576 62325 21207 27439 18207 68565 450 500 1519 10926 03749 63968 25612 64023 21085 27487 18607 68212 500 600 1589 11006 03157 66990 25674 67056 20863 27568 19312 67600 600 700 1650 11080 02729 69644 25725 69722 20663 27635 19922 67080 700 Massa e Massa Específica 1 kg 22046 lb 1 gcm³ 10³ kgm³ 1 gcm³ 62428 lbft³ 1 lb 04536 kg 1 lbft³ 0016018 gcm³ 1 lbft³ 16018 kgm³ Comprimento 1 cm 03937 in 1 m 32808 ft 1 in 254 cm 1 ft 03048 m Velocidade 1 kmh 062137 milhah 1 milhah 16093 kmh Volume 1 cm³ 0061024 in³ 1 m³ 35315 ft³ 1 L 10³ m³ 1 L 00353 ft³ 1 in³ 16387 cm³ 1 ft³ 0028317 m³ 1 gal 013368 ft³ 1 gal 37854 10³ m³ Força 1 N 1 kg ms² 1 N 022481 lbf 1 lbf 32174 lb fts² 1 lbf 44482 N Pressão 1 Pa 1 Nm² 14504 10⁴ lbfin² 1 bar 10⁵ Nm² 1 atm 101325 bar 1 lbfin² 68948 Pa 1 lbfin² 144 lbfft² 1 atm 14696 lbfin² Energia e Energia Específica 1 J 1 N m 073756 ft lbf 1 kJ 73756 ft lbf 1 kJ 09478 Btu 1 kJkg 042992 Btulb 1 ft lbf 135582 J 1 Btu 77817 ft lbf 1 Btu 10551 kJ 1 Btulb 2326 kJkg 1 kcal 41868 kJ Taxa de Transferência de Energia 1 W 1 Js 3413 Btuh 1 kW 1341 hp 1 Btuh 0293 W 1 HP 2545 Btuh 1 HP 550 ft lbfs 1 HP 07457 kW Calor Específico 1 kJkg K 0238846 Btulb R 1 kcalkg K 1 Btulb R 1 Btuh R 41868 kJkg K Outros 1 TR 200 Btumin 211 kJmin 1 volt 1 watt por ampère Constante Universal dos Gases Pressão Atmosférica Padrão R 8314 kJkmol K 1545 ft lbflbmol R 1986 Btulbmol R 1 atm 101325 bar 14696 lbfin² 760 mm Hg 2992 in Hg Aceleração Padrão da Gravidade Relações entre Temperaturas g 980665 ms² 32174 fts² 7R 18 7K 7C 7K 27315 7F 7R 45967 Resolução Prova Termodinâmica Aplicada 1 a Tc 22C 29515 K TH 32C 30515 K É potência teórica mínima ocorrerá quando o coeficiente de performance máximo ou seja quando o condicionador de ar funciona como uma máquina de Carnot tal que o seu COPmax será de COPmax 1 Tc Th 1 1 30515 29515 1 COPmax 29515 Da definição de COP temse que COPmax QL Wmin Wmin QL 1 COPmax 1 29515 Wmin QL 00339 KW potência KW refrigeração b Agora temse que Tc 18C 29115 K TH 36C 30915 K Consequentemente considerando que o condicionador de ar novamente se comportar como uma máquina de Carnot COPmax 1 Tc Th 1 1 30915 29115 1 COPmax 16175 Com isso a potência mínima em relação ao resfriamento será dada por COPmax2 QL Wmin Wmin QL 1 COPmax2 1 16175 Wmin QL 00618 KW potência KW resfriamento Como podese notar a potência mínima em relação ao resfriamento no caso da b é maior que a da a isso se deve a uma maior diferença de temperatura entre a fonte quente e o sumidouro ② Do enunciado temse que m 005 Kgs Tc 16ºC P 2bar Da Tabela A3 e uma pressão de 2 bar temse que TH Tsat Pstat 2 bar 1202ºC ① VC ② Líquido saturado à 2 bar vapor saturado ΔQH Estado ① P1 2 bar Da Tabela A3 X1 1 h1 hf2 bar 5047 KJKg Estado ② P2 2 bar Da Tabela A3 X2 0 h2 hg2 bar 27067 KJKg Analisando o volume de controle desenhado ou seja o tubo por meio da 1ª Lei da Termodinâmica temse que dEdt QH Ws m1 h1 V1²2 gz1 m2 h2 V2²2 gz2 0 regime permanente m1 m2 m 0 QH mh1 h2 V1² V2²2 gz1 z2 o calor está sendo perdido Lo só há uma corrente 0 0 QH mh1 h2 005 27067 5047 QH 1101 KW A potência máxima do ciclo de potência ocorrerá quando o mesmo funcionar como uma máquina térmica de Carnot sendo a sua eficiência máxima de ηmax 1 TcTH 1 16 27315 1202 27315 ηmax 0265 Assim da definição de eficiência térmica para uma máquina térmica temse que ηmax Wmax QH Wmax ηmax QH 0265 110 Wmax 29166 KW