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Termodinâmica I
Ano Lectivo 2011/12
1º Ciclo-2ºAno/2º semestre (LEAmb LEAN MEAer MEMec)
2º Teste , 23 / Maio/ 2012
Nome:
Nº
Sala
Problema 1 (10v)
1. Um inventor reclama que constrói um motor de turbina de gás a ar (=Cp/Cv=1.4) com uma potência
especifica de 200 kJ/kg a funcionar com uma razão de pressão rp=10 e uma temperatura máxima Tmax=
1400K. Se a temperatura na admissão do compressor for de 27ºC, isto
é possivel só se o motor funcionar segundo um ciclo de Brayton;
é possivel só se o trabalho no compressor e na turbina forem reversiveis
é impossivel
Resposta: a potência é máxima se o motor funcionar segundo um ciclo de Brayton. Neste caso será
Como o inventor reclama uma potência superior, o processo é impossivel.
2. Numa central solar para produção de eletricidade, a energia solar térmica acumulada num reservatório de
água (denominado lago solar) está a 350 K quando a temperatura ambiente é de 27ºC. Alguém afirmou que,
nestas condições, a central solar é capaz de produzir 1,5 MW de electricidade com uma recolha de energia
solar térmica de 7,5 MW. Esta afirmação
viola a segunda lei da termodinâmica
viola a primeira e a segunda leis da termodinâmica
viola a primeira lei da termodinâmica
3. Num processo termodinâmico de um gás perfeito a variação de entropia é dada por
s2  s1  CP ln T2 T1   R ln  p2 p1  se:
o processo for adiabático e reversivel
o processo ocorrer num sistema fechado
considerarmos Cp constante
4. A expressão
- onde h é a entalpia, v o volume especifico e p a pressão - é muitas
vezes utilizada para calcular a variação de entalpia num processo termodinâmico de 1 para 2 mas a
aproximação só é válida
para processos adiabáticos e reversiveis
para processos adiabáticos e reversiveis quando a substância está no estado liquido
considerarmos Cp constante
5. A segunda lei da termodinâmica exige que a variação de entropia de qualquer processo seja:
positiva ou nula
nula
nenhuma exigência
6. Dois gases perfeitos estão à mesma temperatura e pressão contidos dentro de um recipiente de paredes
rigidas, separados por uma membrana. Os gases misturam-se quando a membrana é subitamente retirada e
evoluem para um novo estado de equilibrio. Se o recipiente estiver térmicamente isolado:
a entropia do sistema constituído pelos dois gases não varia
a temperatura aumenta
Termodinâmica I
Ano Lectivo 2011/12
1º Ciclo-2ºAno/2º semestre (LEAmb LEAN MEAer MEMec)
2º Teste , 23 / Maio/ 2012
Nome:
Nº
Sala
a temperatura permanece constante
7. Um sistema termodinâmico sofre uma evolução entre dois estados de equilibrio por um de dois processos
distintos, um reversivel e outro irreversivel. Qual das seguintes condições, onde S se refere ao sistema, é
verdadeira?
Sirr =Srev
Sirr >Srev
Sirr <Srev
8. Um ciclo de Brayton a ar (=Cp/Cv=1.4) funciona entre uma temperatura de 300 K na admissão do
compressor e uma temperatura máxima Tmax = 1500 K, na admissão da turbina. A potência máxima deste
ciclo obtem-se:
com uma razão de pressões rp = 5 e um rendimento térmico t=36,9%
com uma razão de pressões rp = 16,7 e um rendimento de t=55,3%
com uma razão de pressões rp = 4,09 e um rendimento de t=33,1%
9. Um gás perfeito expande numa válvula de laminagem. Neste processo:
A temperatura do gás aumenta
A temperatura do gás diminui
A temperatura do gás mantém-se constante
10. Um compressor de ar com uma potência mecânica de 10 MW é arrefecido a uma taxa de 400 kW. A
entropia do ar:
aumenta da admissão para a descarga do compressor
diminui da admissão para a descarga do compressor
tanto pode diminuir como aumentar da admissão para a descarga do compressor
11.Um ciclo de refrigeração a funcionar entre dois reservatórios de calor, recebe energia QC de um
reservatório a Tc=250K e rejeita energia QH para um reservatório a TH=300 K. Se QC=1400 kJ e Wciclo= 140 kJ,
o ciclo é:
Reversivel
Irreversivel
Impossivel
Resposta: max=Tc/(Th-Tc)=5 e =Qc/Wciclo=10. Como >max, o ciclo é impossivel
12. Num processo termodinâmico de um sistema isolado:
A energia e a entropia permanecem constantes
A energia permanece constante mas a entropia aumenta
A energia e a entropia não permanecem constantes
Termodinâmica I
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Ano Lectivo 2011/12
1º Ciclo-2ºAno/2º semestre (LEAmb LEAN MEAer MEMec)
2º Teste , 23 / Maio/ 2012
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Problema 2 (10v)
Pretende-se aquecer uma casa com uma bomba de calor, sendo as perdas térmicas da casa iguais a
10kW (perdas através das paredes, tectos, janelas, etc.). A bomba de calor funciona com
refrigerante 134a e é constituída por um evaporador, um compressor, um condensador e uma válvula
de laminagem. A pressão no evaporador é constante e igual a p1  p2  2bar , sendo a pressão no
condensador p3  p4  7bar . No evaporador o título do vapor à entrada é igual a x1  0.2253
sendo a temperatura do fluido refrigerante à saída igual a T2  5º C . O rendimento isentrópico do
compressor é igual a   0.9 .
Hipóteses: regime estacionário, despreze a contribuição da energia cinética e potencial nos
balanços de energia, o compressor e a válvula de laminagem são adiabáticos, não há perdas de
carga na tubagem.
 ( kgs 1 ) de fluido
a) Represente o ciclo num diagrama T-s e determine o caudal mássico m
refrigerante;
b) Determine a potência eléctrica (em kW ) que se poupa com a solução bomba de calor
comparando este sistema com um aquecimento com radiadores eléctricos;
c) Determine a taxa de produção de entropia devido a irreversibilidades internas  ( kJs 1 K 1 )
na válvula de laminagem.