Exercícios de Ciclo de Carnot - Lista de Exercícios Resolvida

Uma brilhante aluna de termodinâmica, ao refletir sobre o ciclo de Carnot, teve o seguinte questionamento ao ver o funcionamento do condensador e evaporador: “A troca de calor acontece quando há diferença de temperaturas, então como é possível existir um processo de troca de calor a temperatura constante?”

Após algum tempo a aluna chegou na conclusão correta, qual foi sua conclusão?

A seguir, estão representadas duas máquinas térmicas (I e II).

a) Qual é o rendimento de cada uma das máquinas?

b) Uma delas corresponde a uma máquina de Carnot. Qual?

Uma bomba de calor opera segundo o ciclo de Carnot segundo o diagrama a seguir.

Calcule o trabalho necessário para a operação dessa bomba de calor.

Propõe-se aquecer uma residência durante o inverno usando uma bomba de calor. A temperatura da residência deve ser mantida igual a 20°C. Estima-se que, quando a temperatura do meio externo cai a -10°C, a taxa de transferência de calor da residência para o meio externo seja de 25kW. Qual a mínima potência elétrica necessária para acionar essa bomba de calor?

Quais os processos envolvidos num ciclo de Carnot?

Propõe-se construir uma central termoelétrica com potência de 1000 MW e utilizando vapor e água como fluido de trabalho. Os condensadores devem ser resfriados com água de um rio ver (figura abaixo). A temperatura máxima do vapor será de 550 °C e a pressão nos condensadores será de 10 kPa. Como consultor de engenharia, você é solicitado a estimar o aumento da temperatura na água do rio (entre montante e jusante da usina). Qual é a sua estimativa? Calcule o trabalho necessário para a operação dessa bomba de calor. Considere que a central opere num ciclo de Carnot. Dados:

Uma máquina térmica utiliza o calor fornecido por uma fonte para realizar trabalho. Nos motores de automóvel a mistura gasolina-ar atua como substância de trabalho. A temperatura máxima atingida pela explosão do combustível no interior de um cilindro pode variar em função de diferentes fatores. Podemos considerar que em um determinado motor a mistura gasolina-ar atinja TQ = 1200 K após a combustão e que a temperatura do meio ao redor dos cilindros desse motor seja TF = 400 K. Qual seria o rendimento máximo para uma máquina que opera entre essas temperaturas?

Uma máquina de Carnot funciona segundo o diagrama a seguir.

Calcule o trabalho fornecido por esta máquina e a quantidade de calor transmitido ao reservatório frio.

Um cientista afirma ter inventado uma máquina que opera segundo um ciclo termodinâmico entre as temperaturas de 27°C e 127°C e que possui eficiência de 55%. Isso é possível?

Um refrigerador utiliza o ciclo de Carnot para manter uma câmara frigorífica a temperatura de -10°C. Sabendo que esse refrigerador descarrega calor para um ambiente a temperatura de 20°C, qual é a eficiência desse refrigerador, sabendo que utiliza um trabalho de 2kJ por ciclo?