Termodinamica

Universidade Federal do Paraná Lista 6 Entropia Prof Fellipe Sartori Disciplina Termodinâmica 1 Volte no exercício 1 dos slides da aula 9 segunda lei da termodinâmica e classifique um motor térmico em todos os casos operando com tais condições verificando pela desigualdade de Clausius Considere que as temperaturas dos reservatórios térmicos são iguais a 1200 K e 400 K 2 Um motor térmico de Carnot utiliza água como fluido de trabalho A transferência de calor para a água ocorre a 300 oC e nesse processo a água se transforma de líquido saturado para vapor saturado Sabendo que o reservatório a baixa temperatura está a 40 oC a Mostre o ciclo em um diagrama Ts b Determine o título da água no início e no término da transferência de calor para a fonte fria c Determine o rendimento térmico desse ciclo d Calcule o trabalho específico líquido 3 Um conjunto cilindropistão contém 01 kg de água líquida saturada a 100 oC e mantém a pressão no interior do cilindro constante Todo o líquido é transformado em vapor saturado por meio de um processo reversível Determine os termos de trabalho e calor da equação da energia Determine também o termo de calor a partir da equação da entropia Verifique se são iguais 4 Uma bomba de calor de Carnot utiliza R410A como fluido de trabalho Calor é transferido do fluido de trabalho a 40 oC e durante esse processo o R410A muda de vapor saturado para líquido saturado Sabendo que a transferência de calor para o R 410A ocorre a 5 oC a Mostre este ciclo no diagrama Ts b Calcule o título no início e no término do processo isotérmico a 5 oC c Determine o COP do ciclo 5 Inicialmente um conjunto cilindropistão contém R134A a 20 oC e 100 kPa O refrigerante é comprimido num processo adiabático e reversível até 500 kPa Determine a temperatura no estado final e o trabalho específico desse processo 6 Um conjunto cilindropistão contém 2 kg de água Inicialmente a temperatura e a pressão são iguais a 200 oC e 10 MPa O pistão é movido lentamente e a água expande num processo isotérmico até 200 kPa Toda a transferência de calor do processo ocorre com um reservatório térmico que apresenta temperatura igual a 200 oC e todo o processo pode ser considerado reversível Construa o esboço deste processo num diagrama Pv e determine a transferência de calor e o trabalho envolvidos neste processo 7 Um conjunto cilindropistão que opera a pressão constante contém água Inicialmente a temperatura e a pressão são iguais a 20 oC e 2 MPa A água é então aquecida até que a temperatura atinja 100 oC Determine a transferência de calor e a variação de entropia nesse processo utilizando as tabelas de propriedades da água Refaça o problema considerando que os calores específicos da água são constantes e que a água é incompressível 8 Inicialmente um conjunto cilindropistão contém ar a 100 kPa e 400 K O ar então é comprimido até que a pressão atinja 1 MPa Construa as curvas Ts e Pv para os tipos de compressão dados nos itens abaixo determinando também a temperatura nos estados finais e os trabalhos específicos a Processo adiabático e reversível b Processo isotérmico e reversível 9 Considere uma bomba térmica de Carnot constituída por um conjunto cilindropistão O fluido de trabalho é nitrogênio e o conjunto contém 1 kg dessa substância Essa bomba opera entre reservatórios térmicos que apresentam temperaturas iguais a 400 K e 300 K No início do processo de transferência de calor a baixa temperatura a pressão é 1 MPa e durante esse processo o volume é triplicado Analise cada um dos quatro processos do ciclo e determine a pressão o volume e a temperatura em cada ponto bem como o trabalho e o calor transferidos em cada um dos processos 10 O conjunto cilindropistão mostrado na figura contém ar Inicialmente o volume da câmara é 10 cm³ e o ar apresenta temperatura e pressão iguais a 1380 K e 15 MPa A área da seção transversal do pistão é 5 cm² O pistão é então liberado e quando está na iminência de sair do cilindro a pressão do ar na câmara é igual a 200 kPa Admitindo que o conjunto esteja isolado determine o comprimento do cilindro e o trabalho realizado pelo ar no processo 11 Um conjunto cilindropistão apresenta inicialmente volume de câmara igual a 10 L e contém vapor saturado de R410A a 10 oC O R410A é então comprimido num processo politrópico e internamente reversível até que a pressão atinja 2 MPa Nessa condição a temperatura do R410A é 60 oC Determine o expoente politrópico n assim como o trabalho e o calor trocados entre o sistema e as vizinhanças 12 Um tanque rígido e selado contém amônia a 0 oC e título desconhecido A amônia é aquecida até 100 oC em um banho de água fervente e a pressão atinge 12 MPa Determine o título inicial da amônia a transferência de calor e a entropia gerada nesse processo 13 Um quilograma de ar a 300 K é misturado com um quilograma de ar a 400 K num processo adiabático que se desenvolve a pressão constante e igual a 100 kPa Determine a temperatura após o processo de mistura e o aumento de entropia RESPOSTAS 1 a possível b impossível c reversível d possível 2 b 06678 e 03489 c 04536 d 637 kJkg 3 16936 kJ e 2257 kJ 4 b 0293 e 0892 c 696 5 30 oC 3163 kJkg 6 4910 kJ e 12903 kJ 7 3345 kJkg e 1009 kJkg K 8 a 772 K e 2667 kJkg b 264 kJkg 9 T1 T2 300 K e T3 T4 400 K P1 1 MPa P2 0333 MPa P3 09123 MPa e P4 2737 MPa V1 0089 m³ V2 0267 m³ V3 013 m³ e V4 0043 m³ 1W2 9782 kJ 2W3 7448 kJ 3W4 13043 kJ 4W1 7448 kJ 1Q2 9782 kJ 2Q3 0 3Q4 13043 kJ 4Q1 0 10 486 cm 0293 kJ 11 1391 52 kJ e 91 kJ 12 0493 74452 kJkg 0547 kJkg K 13 350 K e 00207 kJK