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Sem- II/
Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia Mecânica Curso de Licenciatura em Engenharia Mecânica-3º Nível
MÁQUINAS TÉRMICAS E DE FLUÍDOS-SEM II/
Ficha de Exercícios #
Parte I
Responda com clareza as questões colocadas a seguir.
1. Fale do historial das máquinas térmicas e de fluídos. 2. Dê um simples conceito as máquinas térmicas e de fluídos. 3. Faça uma abordagem de cada esquema a seguir. 4. Descreva as leis relevantes da termodinâmica em máquinas térmicas. 5. Defina o que são processos reversíveis e irreversíveis. Dê exemplos de cada caso. 6. Segundo Kelvin – Planck, "É impossível construir uma máquina térmica que, operando em um ciclo, não faça outro efeito que a absorção de energia térmica de um depósito e a realização de uma quantidade igual de trabalho". Porque? 7. O que entende por Refrigeradores e Bombas de calor. a) Qual é a diferença intrínseca existente entre elas. b) Segundo o enunciado do Clausius afirma o seguinte : "É impossível construir uma máquina que opere em um ciclo e que não produza nenhum outro efeito mais que transferir energia térmica continuamente de um objecto a outro de maior temperatura". Porque?
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8. O que são acumuladores? a) Mencione os diferentes tipos de acumuladores de energias. b) Fale do processo de transformação dos vários tipos de acumuladores de energias. 9. Faça um resumo de fontes de energia e transformação de energia a calor ao trabalho; 10. Conceitue os motores endotérmicos e exotérmicos, através de esquema de transformação de energias. 11. Defina cogeração e descreva o seu impacto em termos de rendimento fabril ou de um sistema industrial? 12. Qual é o princípio básico de funcionamento de motores térmicos e diferencie-os segundo a sua aplicação? 13. Os diagramas são uma forma simplificada de entender os processos termodinâmicos decorrente nas máquinas térmicas e de fluídos, analise os digramas P/V e T/S; 14. As máquinas e motores térmicos utilizam ciclos de referência que permitem simplificar o processo, deduza as fórmulas matemáticas que a caracterizam e descreva com os seus respectivos gráficos característicos os seguintes ciclos: a) Carnot b) Otto c) Diesel d) Mixto de Sabathé e) Brayton f) Stirling
Parte II
1. Mostre que a eficiência de uma máquina térmica de carnot pode ser: n=1-Qf/Qq 2. Calcule o calor rejeitado, em joules de ma máquina térmica funcionando segundo o ciclo de carnot entre T1=700K e T2=300K, recebe da fonte quente 1250J de calor. 3. Um motor térmico que funciona segundo o ciclo de carnot, absorve 400cal de uma fonte quente a 267°C e devolve 220cal para uma fonte fria. Calcule a temperatura da fonte fria, em °C. 4. Calcule o máximo trabalho, em kcal, que pode fornecer e o rendimento de uma certa máquina deve operar entre uma fonte quente de 180°C e uma fonte de 40°C, se ela receber por ciclo 1,2 × 10^6 𝑐𝑎𝑙. 5. Em cada ciclo de operação, um motor térmico recebe 440J de calor e realiza trabalho com 28% de eficiência. Para um ciclo, determine: a) O trabalho realizado; b) O calor retirado do motor; c) A variação da energia interna da substância de trabalho.
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15. Uma pessoa, ao terminar de coar o café, coloca-o dentro de uma garrafa térmica, e todo o sistema café e garrafa está em equilíbrio térmico a 70° C. A garrafa térmica está fechada e não está totalmente cheia; portanto, existe um volume de ar no interior da garrafa também a 70° C nesse instante. Considere o ambiente externo a uma temperatura constante e igual a 20° C, e que a garrafa térmica não é ideal, isto é, permite troca de calor entre seu interior e a vizinhança, mas não permite a entrada e nem a saída de ar. Depois de certo tempo, todo o sistema entra em equilíbrio térmico com o ambiente externo na temperatura de 20° C. Considere que a densidade do café não varie com a temperatura, e o volume de ar contido no interior da garrafa como um sistema termodinâmico e como um gás ideal. Assinale o diagrama que representa correctamente a transformação termodinâmica, ocorrida no ar enquanto atingia o equilíbrio térmico com a vizinhança, onde T é temperatura, V é volume e P é a pressão desse sistema. 16. Uma máquina térmica que pode ter uma eficiência extremamente alta é a Máquina de Stirling. Este tipo de máquina é fácil de construir, de modo que alguns modelos simples podem ser feitos até com latas vazias de alimentos. Nessas máquinas, o gás (que pode ser aproximado como um gás ideal) passa por um ciclo P-V. Esse ciclo consiste de dois processos isotérmicos e dois processos isocóricos. a) Dados os processos AB, BC, CD e DA, indique quais são isotérmicos e quais são isocóricos. b) Calcule as pressões em B e em C, como função da pressão atmosférica Patm. c) Calcule a razão entre as temperaturas TA / TC. 15. Um motor térmico recebe 1 200 calorias de uma fonte quente mantida a 227°C e transfere parte dessa energia para o meio ambiente a 24°C. Qual o trabalho máximo, em calorias, que se pode esperar desse motor?
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16. No diagrama P-V abaixo, para dois processos (isocórica e isobárica) estão indicadas o calor cedido. Com base neste diagrama, responda: a) Esse ciclo pode representar uma máquina térmica ou um refrigerador? b) Qual é o rendimento/desempenho térmico? c) Se for um refrigerador, calcule o calor extraído do reservatório frio. Caso seja uma máquina térmica, calcule o calor extraído do reservatório quente. 17. Para responder a questão, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot e a razão T 2 /T 1 das temperaturas em que opera a máquina. O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma máquina térmica que opera de acordo com este ciclo entre duas temperaturas T 1 e T 2 , com T 1 maior do que T 2 obtém o máximo rendimento possível. O rendimento " r " de uma máquina térmica é definido como a razão entre o trabalho líquido que o fluido da máquina executa e o calor que absorve do reservatório à temperatura T 1.
Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão T 2 /T 1 diminui, a) Alcançando 100% quando T 2 vale 0ºC. b) Alcançando 100% quando T 1 é muito maior do que T 2. c) Alcançando 100% quando a diferença entre T 1 e T 2 é muito pequena. d) Mas só alcança 100% porque representa o ciclo ideal. e) Mas nunca alcança 100%.
