Lista de Exercícios Termodinâmica - Entropia e Balanço de Entropia

Lista de Exercícios Capítulo 6 Utilizando a Entropia Utilizando Dados de Entropia 619 Utilizando as tabelas para água determine a entropia específica nos estados indicados em kJkgK Em cada caso localize o estado em um esboço feito a mão do diagrama Ts a p 50 Mpa T 400C b p 50 Mpa T 100C c p 50 Mpa u 18725 kJkg d p 50 Mpa vapor saturado 621 Utilizado a tabela apropriada determine a variação de entropia específica entre os estados especificados em kJkgK a água p1 10 MPa T1 400C p2 10 Mpa T2 100C b Refrigerante 134a h1 11144 kJkg T1 40C vapor saturado a p25bar c ar como um gás ideal T1 7 C p1 2 bar T2 327C p2 1 bar d hidrogênio como um gás ideal T1 727C p1 1 bar T225C p2 3 bar 623 Um quilograma de amônia é submetido a um processo a partir de 4 bar 100C a um estado em que a pressão é 1 bar Durante o processo ocorre uma variação de entropia específica s2 s1 31378 kJ kgK Determine a temperatura no estado final em C e a entalpia específica final em kJkg Resposta 336 C 713295 kJkg 635 Dois quilogramas de água inicialmente a 160C e x 065 são submetidos a uma compressão isotérmica e internamente reversível até 1MPa Determine a a quantidade de calor transferida em kJ b o trabalho em kJ 647 A figura fornece um esboço de uma planta de potência a vapor na qual a água continuamente circula através dos quatro componentes como mostrado A água escoa através da caldeira e do condensador a pressão constante através da turbina e da bomba adiabaticamente a Esboce o ciclo em coordenadas Ts b Determine a eficiência térmica e compare com a eficiência térmica de um ciclo de Carnot operando entre temperaturas máxima e mínima Resposta 265 Balanço de Entropia Sistemas Fechados 661 Uma quantidade de água igual a 01 kg inicialmente a 3 bar 200C é submetida a um processo até 15 bar 210C enquanto é rapidamente comprimida em um conjunto cilindropistão Ocorre transferência de calor para a vizinhança que se encontra a 22C através de uma parede fina O trabalho líquido é medido como igual a 175 kJ Efeitos de energia cinética e potencial podem ser ignorados Determine se é possível o trabalho medido estar correto Resposta impossível sigma dá negativo 665 Um aquecedor elétrico com 200 litros de capacidade utiliza uma resistência elétrica para aquecer água de 23C a 60C A superfície externa do resistor permanece a uma temperatura média de 80C A transferência de calor a partir do exterior do aquecedor de água é desprezível e os estados do resistor e do tanque contendo água não se alteram significativamente Assumindo a água como incompressível determine a quantidade de entropia gerada em kJK para a a água como o sistema b todo o aquecedor de água incluindo o resistor Resposta 995 8513 676 Dois tanques isolados são conectados por uma válvula Um dos tanques contém inicialmente 05 kg de ar a 80C 1 bar e outro contém 10 kg de ar a 50C 2 bar A válvula é aberta permitindo que as duas quantidades de ar se misturem até que o equilíbrio seja atingido Utilizando o modelo de gás ideal com Cv 072 kJkgK determine a a temperatura final em C b a pressão final em atm c a quantidade de entropia gerada em kJK Resposta 60C 148 kPa 003432 kJK Balanço de Entropia Volumes de Controle 693 Um inventor afirma ter desenvolvido um dispositivo que não requer o fornecimento de trabalho ou transferência de calor mas que ainda assim é capaz de produzir em regime permanente correntes de ar quente e fria como mostra a figura Utilizando o modelo de gás ideal para o ar e ignorando efeitos de energia cinética e potencial avalie esta afirmação Resposta é possível 6124 Ar considerado como um gás ideal escoa através de um compressor e um trocador de calor mostrados na figura Separada do ar água também escoa através do trocador Os dados fornecidos são para operação em regime permanente Troca de calor com a vizinhança assim como variações de energia cinética e potencial pode ser desprezada Determine a a potência do compressor em kW e a vazão mássica da torre de resfriamento em kgs b as taxas de geração de entropia em kWK para o compressor e o trocador de calor Resposta 50395 kW 0416 kgs 001789 kWK ProcessosEficiências Isentrópicas 6131 Um conjunto cilindropistão inicialmente contém 01 m³ de dióxido de carbono gasoso a 03 bar e 400 K O gás é comprimido isentropicamente até um estado em que a temperatura é de 560 K Usando o modelo de gás ideal e desprezando efeitos de energia cinética e potencial determine a pressão final em bar e o trabalho em kJ utilizando a dados da Tabela A23 b uma razão de calores específicos constante obtida da Tabela A20 a uma temperatura média 480 K c uma razão de calores específicos constante obtida da Tabela A20 a 300K Resposta 1764 bar 1296 kJkg 6132 Ar é admitido em uma turbina operando em regime permanente a 6 bar e 1100 K e se expande isentropicamente para um estado em que a temperatura é de 700 K Utilizando o modelo de gás ideal e ignorando variações de energia cinética e potencial determine a pressão na saída em bar e o trabalho e kJ por kg de ar escoando utilizando a dados da Tabela A22 b IT c uma razão de calores específicos constante obtida da Tabela A20 a uma temperatura média 900 K d uma razão de calores específicos constante obtida da tabela A20 a 300 K Resposta 1034 bar 6138 Um tanque rígido se encontra inicialmente com 50 kg de ar a uma pressão de 05 Mpa e uma temperatura de 500 K O ar é descarregado por uma turbina para uma atmosfera produzindo trabalho enquanto a pressão no tanque cai ao nível atmosférico de 01 MPa Utilizando o modelo de gás ideal para o ar determine a quantidade teórica máxima de trabalho que pode ser produzida em kJ Ignore a troca de calor com a atmosfera e as variações de energia cinética e potencial Resposta 35483 kJ 6140 Ar é admitido em uma turbina de 3600 kW oprando em regime permanente a uma vazão mássica de 18 kgs a 800C 3 bar e a uma velocidade de 100 ms O ar se expande adiabaticamente através da turbina sendo descarregado a uma velocidade de 150 ms O ar então entra em um difusor onde é desacelerado isentropicamente até uma velocidade de 10 ms e uma pressão de 1 bar Utilizando o modelo de gás ideal determine a a pressão e a temperatura do ar na saída da turbina em bar e C respectivamente b a taxa de geração de entropia em kWK c Mostre o processo em um diagrama Ts Resposta 891 K 6144 Ar a 45 bar 550 K entra em uma turbina isolada operando em regime permanente e sai a 15 bar 426 K Efeitos de energia cinética e potencial podem ser desprezados Determine a o trabalho produzido em kJ por kg de escoamento b a eficiência isentrópica da turbina 6152 Refrigerante 134a é admitido em um compressor operando em regime permanente como vapor saturado a 4C e é descarregado a uma pressão de 8 bar Não ocorre transferência de calor significativa com a vizinhança e efeitos de energia cinética e potencial podem ser desprezadas a Determine o trabalho teórico mínimo necessário em kJ por kg de refrigerante escoando através do compressor e a temperatura de saída correspondente em C b Se o refrigerante é descarregado a uma temperatura de 40C determine a eficiência isentrópica do compressor 6156 Ar entra em um compressor isolado operando em regime permanente a 1 bar 350 K a uma vazão mássica de 1 kgs e sai a 4 bar A eficiência isentrópica do compressor é 82 Determine a potência produzida em kW e a taxa de geração de entropia em kWK utilizando o modelo de gás ideal com a dados da Tabela A22 b uma razão de calores específicos constante k 139 Resposta 207 0069