Termodinamica

Disciplina: ENMEC0147 - Termodinâmica para Engenharia Mecânica

2ª Lista de Exercícios

1. Em um determinado local, o vento está soprando constantemente a 10 m/s. Determine a energia mecânica do ar por unidade de massa e o potencial de geração de energia de uma turbina eólica com diâmetro das pás de 60 m. Considere a densidade do ar de 1,25 kg/m3.
2. Dois locais estão sendo considerados para a geração de energia eólica. No primeiro local, o vento sopra constantemente a 7 m/s durante 3000 horas por ano, enquanto no segundo o vento sopra a 10 m/s durante 2000 horas por ano. Supondo que a velocidade do vento é insignificante em outros momentos, determine qual é o melhor local para a geração de energia eólica. Dica: Nota que a taxa de fluxo de massa de ar é proporcional à velocidade do vento.
3. Uma sala de isolada é aquecida por velas acesas. Essa é uma interação de calor ou trabalho? Considere o quarto inteiro, incluindo as velas, como o sistema.
4. A água é aquecida num recipiente fechado enquanto está sendo agitado por pás. Durante o Processo, 30 kJ de calor é transferido para a água, e 5 kJ é perdido na forma de calor para o ar circundante. O trabalho das pás equivale a 500 N·m. Determine a energia final do sistema se a sua energia inicial é de 10 kJ.

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1. Uma sala de aula, que normalmente contém 40 pessoas é climatizada com unidades de ar condicionado do tipo janela de 5 kW de capacidade de refrigeração. Uma pessoa em repouso pode ser considerada como dissipador de calor a uma taxa de cerca de 360 kJ/h. Há 10 lâmpadas na sala, cada uma com 100 W. A taxa de a transferência de calor para a sala de aula através das paredes e janelas é estimada que seja de 15.000 kJ/h. Se o ar ambiente é para ser mantido a uma temperatura constante de 21 °C, determinar o número de unidades de ar condicionado do tipo janela exigidos.
2. Uma bomba de água consome 2 kW de energia elétrica quando estiver operando para captar água de um lago e bombeá-la para uma piscina cuja superfície livre está 30 m acima do livre superfície do lago a uma taxa de 50 L/s. Determinar se essa afirmação é razoável.
3. O ventilador de 60 W de um sistema de aquecimento central circula ar através dos dutos. A análise de fluxo mostra que o ventilador deve aumentar a pressão de ar de 50 Pa para manter o fluxo. O ventilador está localizado numa secção horizontal do fluxo cujo diâmetro de 30 cm, tanto na entrada e na saída. Determinar a velocidade de escoamento média mais alta possível no duto.
4. Defina a eficiência da turbina, a eficiência do gerador, e a eficiência combinado da turbina-gerador.
5. Um motor de 75 hp (Potência no eixo), que tem uma eficiência de 91,0% está gasto e é substituído por um motor de alta eficiência de 75 hp que tem uma eficiência de 95,4%. Determinar a redução no ganho de calor do ambiente devido a uma maior eficiência em condições de carga total.
6. Um motor de 75 hp (potência no eixo), que tem uma eficiência de 91,0% está gasto e deve ser substituído por um motor de alta eficiência que tem uma eficiência de 95,4%. O motor opera 4368 horas por ano a um fator de carga de 0,75. Tomando o custo da eletricidade em US$ 0.08/kWh, determinar a quantidade de energia e dinheiro guardado como resultado da instalação o motor de alto rendimento, em vez do motor padrão. Além disso, determinar o payback simples, se os preços de compra dos motores padrão e de alta eficiência são $ 5449 e $ 5520, respectivamente.
7. Energia elétrica está a ser gerada através da instalação hidráulica turbina-gerador em um local de 70 m abaixo da superfície livre de um grande reservatório de água que pode fornecer água a uma taxa de 1500 kg/s de forma constante. Se a potência mecânica da turbina é de 800 kW e de geração de energia elétrica é de 750 kW, determinar o rendimento da turbina e a eficiência da combinação de turbina- gerador desta planta. Perdas negligenciadas nos tubos.
8. A água é bombeada a partir de um lago para um tanque de armazenamento 20 m acima a uma taxa de 70 l/s, enquanto consome 20,4 kW de potência elétrica. Desconsiderando quaisquer perdas por atrito nas tubulações e quaisquer mudanças na energia cinética, determinar (a) a eficiência global da unidade motor-bomba e (b) a diferença de pressão entre a entrada e a saída da bomba.

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1. Uma bomba de óleo está extraindo 35 kW de energia elétrica enquanto bombeia óleo com uma densidade 860 kg/m3 a uma taxa de 0,1 m3/s. Os diâmetros de entrada e de saída da tubulação são de 8 cm e 12 cm, respectivamente. Se o aumento de pressão de óleo da bomba é medido como 400 kPa e a eficiência do motor é de 90%, determine a eficiência mecânica da bomba.

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1. As superfícies internas e externas de uma parede de tijolos de 5m v 6m de espessura 30 cm e condutividade térmica de 0,69 W / m.°C são mantidas uma temperatura de 20°C e 5°C, respectivamente. Determinar a taxa de transferência de calor através da parede, em W.

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1. Uma panela de alumínio, cuja condutibilidade térmica é 237 W/ m·°C tem um fundo plano, cujo diâmetro é de 20 cm e espessura de 0,4 centímetros. O calor é transferido de forma constante para ferver água no recipiente através da sua parte inferior a uma taxa de 500W. Caso a superfície interna da parte inferior da panela esteja a 105 °C determine a temperatura da superfície exterior do fundo de a panela.
2. Uma bola esférica de 5 cm de diâmetro, cuja superfície está mantido a uma temperatura de 70 °C é suspensa no meio de uma sala a 20 °C. Se o coeficiente de transferência de calor por convecção é de 15 W/m2·C e a emissividade da superfície é de 0,8, determinar a taxa total de transferência de calor a partir da bola.
3. Um recipiente de ferro esférico oco, cujo diâmetro externo é de 20 cm e espessura de 0,4 cm é enchido com água gelada a 0 ° C. Se a temperatura da superfície exterior é de 5 °C, determinar o taxa aproximada de perda de calor a partir da esfera, e a taxa em qual o gelo derrete no recipiente.

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1. Um motor a diesel com um volume de motor de 4,0 L e uma velocidade do motor de 2500 rpm opera em uma relação ar-combustível de 18 kg ar/kg combustível. O motor usa óleo diesel que contém 750 ppm (partes por milhão) de enxofre por massa. Todo este enxofre é expelido para o ambiente onde o enxofre é convertido para o ácido sulfuroso (H2SO3). Se a taxa de ar que entra no motor é de 336 kg/h, determinar a taxa de fluxo de massa de enxofre nos gases de escape. Além disso, determine taxa de fluxo de massa de ácido sulfuroso adicionado ao meio ambiente se para cada kmol de enxofre nos gases de escape, um kmol de ácido sulfuroso será adicionada para o meio ambiente. A massa molar do enxofre é de 32 kg kmol.

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