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Petrobras > Termodinamica > Flashcards

Termodinamica Flashcards

1
Q

Verdadeiro ou falso:

A eficiência térmica aumenta com o aumento da temperatura média com a qual o calor é fornecido ao sistema, ou com a diminuição da temperatura média do calor rejeitado pelo sistema.

A

Verdadeiro. Em ambos os casos a área do gráfico T x s aumenta, sendo assim numericamente igual ao trabalho líquido.

Sendo a eficiência o trabalho líquido sob o calor que entra, a eficiência consequentemente aumenta.

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2
Q

Qual o parâmetro que aumenta quanto mais alta é a temperatura do fluido de trabalho?

A

A qualidade da energia.

Quando mais alta a temperatura, maior a qualidade da energia.

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3
Q

As máquinas térmicas foram desenvolvidas com qual propósito?

Como o seu desempenho é medido?

A

As máquinas térmicas foram desenvolvidas com a a finalidade de converter energia térmica em trabalho, e seu desempenho é expresso pela eficiência térmica.

Lembrando que cada ciclo está relacionado a um dispositivo específico.

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4
Q

Qual a diferença entre os ciclo ideais e o ciclo de Carnot?

Qual a consequência dessas diferença?

A

Os ciclos ideais são internamente reversíveis, mas, ao contrário do ciclo de Carnot, eles não são necessariamente externamente reversíveis.

Consequentemente, a eficiência térmica de um ciclo ideal é geralmente menor que ao ciclo de Carnot( totalmente Reversível) que opera entre os mesmo limites de temperatura.

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5
Q

Sabendo que um ciclo de potência ideal não envolve nenhuma irreversibilidade interna, qual o único efeito capaz de variar a entropia do fluido de trabalho?

A

I único efeito capaz de alterar a entropia do fluido de trabalho durante um processo é a transferência de calor.

Calor fornecido = aumento de entropia

Calor rejeitado = diminuição da entropia.

Processo internamente reversível e adiabático = isentrópico ( s = cte)

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6
Q

Qual o comportamento do fluido de trabalho, em um ciclo de potência a gás?

A

O fluido de trabalho permanece como um gás em todo o processo.

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7
Q

Quais as hipóteses do padrão a ar?

Quais as hipóteses do padrão a ar frio?

A

1- O fluido de trabalho é o ar, se comportando como um gás ideal.

2- os processos são internamente reversíveis

3- A combustão é substituída por fornecimento de calor

4- A exaustão é substituída por rejeitado de calor

Para a hipótese padrão a ar frio é adicionado a hipótese de que o calor específico é constante.

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8
Q

Sobre Ciclo Otto:

Quais dispositivos utilizam esse ciclo termodinâmico?

Quais são os processos?

A

É o Ciclo ideal dos motores de combustão interna de ignição por centelha.

1-2 Compressão isentrópica
2-3 Adição de calor a volume constante (isocórica)
3-4 Expansão isentrópica
4-1 Rejeição de calor a volume constante (isocórica)

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9
Q

A eficiência térmica de um Ciclo Otto Ideal depende de dois parâmetros, quais?

A

A razão de compressão do motor e da razão de compressão dos calores específicos.

nt, Otto = 1 - (1/r ^(k-1))

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10
Q

Utilizar altas razões de compressão em um motor de combustão interna por ignição por centelha pode trazer sérios problemas.

A

Utilizar altas razões de compressão pode elevar a temperatura do fluido acima da temperatura de auto-ignição. O combustível entra em combustão sem a centelha.

A ignição prematura do combustível, produz um ruído audível chamado batida do motor. Não pode ser tolerada, pois prejudica o desempenho e a integridade do motor.

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11
Q

A eficiência de motores reais por ignição por centelha varia de quanto a quanto?

A

25% a 30%

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12
Q

Qual dispositivo utiliza o ciclo ideal Diesel?

Quais são os processos desse ciclo?

A

Motores de combustão interna de ignição por compressão.

1-2 Compressão isentrópica
2-3 Adição de calor a pressão constante (isobárica)
3-4 Expansão isentrópica
4-1 Rejeição de calor a volume constante.

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13
Q

Qual peça é substituída em motores ciclo Otto e Diesel?

Nos motores a ciclo diesel é possível ter auto-ignição?

A

A Vela de ignição é substituída por um injetor de combustível.

Não é possível, pois no estágio de compressão apenas o ar é comprimido, eliminando assim a possibilidade de auto-ignição.

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14
Q

Quando motores a combustão por ciclo Otto e Diesel operam na mesma razão de compressão qual tem a maior eficiência?

A

O ciclo Otto tem uma eficiência maior nessa condição.

Visto que a fórmula da eficiência térmica do Diesel é igual a Otto adicionado um fator sempre maior que zero na parte negativa, fazendo assim ser sempre menor.

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15
Q

Em condições normais a eficiência de motores a Diesel são maiores que a gasolina (Otto), quais os motivos?

A

Os motores a diesel operam com razões de compressão maiores, e portanto são mais eficientes do que motores a gasolina.

Os motores a diesel queimam o combustível mais completamente, trabalham em uma rotação por minuto menor e a razão mássica de ar/ combustível também é muito mais alta.

A eficiência de motores a diesel variam de 35% a 40%

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16
Q

Os ciclos Otto é Diesel ideais são compostos inteiramente por processos internamente reversíveis e, portanto, são ciclo internamente reversíveis.

Quais são os processos irreversíveis? E por que eles são irreversíveis?

A

Esses ciclos não são totalmente reversíveis, uma vez que envolvem transferência de calor com diferença de temperaturas finitas durante os processos não isotérmicos de fornecimento e rejeição de calor (os quais são irreversíveis)

As retas que representam os processos de adição e rejeição de calor são inclinadas no gráfico T-s.
Indicativo que em um sentido o processo ocorre (temperatura mais alta para a mas baixa), mas o contrário não ocorre, visto que não pode contrariar a segunda lei da termodinâmica.

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17
Q

Quais são os processos no Ciclo Stirling?

A

1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a volume constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a volume constante;

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18
Q

Qual o ciclo que compreende os processos abaixo:

1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a volume constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a volume constante;

A

Stirling

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19
Q

O Ciclo Ericsson é composto por quais processos termodinâmicos?

A

1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a pressão constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a pressão constante;

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20
Q

Os processos termodinâmicos abaixo são de qual ciclo termodinâmico?

1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a pressão constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a pressão constante;

A

Ericsson

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21
Q

De que forma os ciclos Stirling e Ericsson se diferem do ciclo de Carnot?

A

Os dois processos isentrópicos do ciclo de Carnot são substituídos por dois processos regenerativos.

No Stirling a volume constante;
No Ericsson a pressão constante;

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22
Q

A regeneração é um processo o qual o calor…?

A

É transferido para um dispositivo que armazena energia térmica durante uma parte do ciclo, e transfere de volta para o fluido de trabalho durante outra parte.

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23
Q

Quais os ciclos que tem a mesma eficiência do ciclo de Carnot?

Qual é a fórmula da eficiência térmica para esses ciclos ?

A

Ciclo Stirling e Ericsson.

N = 1 - TL/TH

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24
Q

Qual a aplicabilidade os ciclo Stirling e Ericsson?

A

São referentes a motores de combustão externos. O combustível é queimado fora do cilindro.

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25
Q

O Ciclo Brayton é o ciclo ideal de que dispositivo?

A

Turbinas a gás.

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26
Q

Quais são os componentes que formam o ciclo Brayton fechado ideal?

A

Compressor, trocador de calor, Turbina e trocador de calor.

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27
Q

Quais são os processos termodinâmicos do ciclo Brayton?

A

1-2 Compressão Isentropica;
2-3 Adição de calor a pressão constante
3-4 expansão isentropica;
4-1 rejeição de calor a pressão constante;

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28
Q

Qual o ciclo correspondente aos processos abaixo?

1-2 Compressão Isentropica;
2-3 Adição de calor a pressão constante
3-4 expansão isentropica;
4-1 rejeição de calor a pressão constante;

A

Brayton

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29
Q

Sob as hipóteses do padrão a ar, a eficiência do ciclo Brayton ideal depende…?

A

Da razão de pressão na turbina e razão dos calores específicos.

n = 1 - (1 / rp ^ ((k-1)/k))

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30
Q

Verdadeiro ou falso: em geral 30% do trabalho produzido na turbina é usada no compressor de um ciclo Brayton?

A

Errado. Aproximadamente 50%
O máximo é 80%

31
Q

Quais são os 3 esforços realizados para melhorar a eficiência do ciclo Brayton?

A

1- Aumento da temperatura de entrada na turbina.

2) Aumentar a eficiência dos componentes

3) Acrescentar modificações ao sistema ( resfriamento intermediário, regeneração; reaquecimento)

32
Q

Para um ciclo Brayton com regeneração. A eficiência aumenta com o uso da regeneração, uma vez que a energia dos gases de exaustão são utilizados para preaquecer o ar de entrada ao invés de ser rejeitado para a vizinhança.

Qual a relação entre as temperaturas de saída da turbina e saída do compressor?

A

A temperatura de saída da turbina tem que ser maior que a temperatura de saída do compressor, pois senão ao invés de aquecer o ar irá resfriar.

33
Q

Qual o ciclo ideal para os ciclos de potência a vapor?

Quais são os componentes que constituem esse ciclo?

A

Ciclo Rankine é o ciclo ideal das usinas de potência a vapor.

Os equipamentos que constituem o ciclo são:

1-2 Bomba
2-3 Caldeira
3-4 Turbina
4-1 Condensador

34
Q

Quais são os processos termodinâmicos que constituem o ciclo rankine?

A

1-2 compressão isentropica na bomba.

2-3 Adição de calor a pressão constante na caldeira.

3-4 Expansão isentropica em uma turbina.

4-1 Rejeição de calor a pressão constante em um condensador.

35
Q

Os processos abaixo constituem qual ciclo termodinâmico?

1-2 compressão isentropica na bomba.

2-3 Adição de calor a pressão constante na caldeira.

3-4 Expansão isentropica em uma turbina.

4-1 Rejeição de calor a pressão constante em um condensador.

A

Ciclo Rankine ideal

36
Q

Como é calculada a eficiência térmica do ciclo ideal de potência a vapor?

A

A eficiência do ciclo Rankine é descrita pela equação abaixo:

n = w liq / q ent = 1 - (q sai /q ent)

37
Q

Qual a ideia básica por trás de todas as modificações propostas para aumentar a eficiência térmica de um ciclo de potência (Rankine) ?

A

Aumentar a temperatura média na qual o calor é transferido para o fluido de trabalho na caldeira ou diminuir a temperatura média na qual o calor é rejeitado do fluido de trabalho no condensador.

38
Q

Sobre ciclo de potência a vapor. Sabemos que uma das formas de aumentar a eficiência térmica do ciclo é reduzir a pressão no condensador, nesse sentido qual a desvantagem existente nesse processo?

A

Primeiro ponto, existe um limite inferior para a pressão dentro do condensador, não pode ser menor que a temperatura de saturação correspondente.

Segundo, e principal, aumento da umidade do vapor nos estágios finais da turbina. O que pode comprometer o equipamento.

39
Q

Ciclo de potência a vapor. Na tentativa de aumentar a eficiência energética do ciclo existem 3 abordagens clássicas, quais?

A

1 - Redução da pressão no condensador

2 - Superaquecer o vapor a temperatura mais altas

3 - Aumentar a pressão na caldeira

40
Q

Superaquecer o vapor a temperaturas mais altas é um processo para aumentar a eficiência do ciclo de potência a vapor. Qual a relação com a pressão da caldeira, qual o ponto positivo e negativo?

A

A temperatura média do vapor pode aumentar sem aumentar a pressão da caldeira pelo superaquecimento do vapor a altas temperaturas.

Ponto positivo: reduz a umidade nos estágios finais da turbina.

Limitação: por questões metalúrgicas.

41
Q

O aumento da pressão na caldeira é uma possibilidade de aumentar a eficiência térmica do ciclo de potência a vapor. Qual a relação com o ponto de ebulição? Efeito indesejável? E possível solução?

A

O aumento da pressão eleva também a temperatura de ebulição.

O efeito indesejado é o aumento da umidade e pode ser corrigido pelo reaquecimento do vapor.

42
Q

Foi observado que o aumento da pressão de operação da caldeira aumenta a eficiência térmica do ciclo Rankine, mas também aumenta o conteúdo de umidade do vapor a níveis inaceitáveis.

Como aumentar a eficiência pelo aumento da pressão na caldeira sem ser afetado pelo aumento da umidade na turbina?

Existem duas aí ter ativas: uma variável outra nem tanto.

A

1) superaquecer mais o vapor: não é uma solução viável, visto que exige o aumento da temperatura do vapor até níveis que não são metalurgicamente seguros.

2) Expandir o vapor da turbina em dois estágios e reaquecê-lo entre eles

43
Q

No que se difere o ciclo Rankine ideal com reaquecimento do ciclo ideal simples?

A

No ciclo com reaquecimento o processo de expansão ocorre em dois estágios.

44
Q

Qual a única finalidade do ciclo Rankine com reaquecimento?

A

Reduzir o conteúdo de umidade do vapor nos estágios finais de expansão.

45
Q

O ciclo Rankine Regenerativo ideal consiste em aumentar a temperatura do fluido que sai da bomba, água de alimentação da caldeira. Como ocorre esse alimento de temperatura?

A

Uma possibilidade é transferir calor do vapor que está expandindo na turbina ( extração) para o aquecimento da água de alimentação.

46
Q

Qual o nome do dispositivo no qual a água de alimentação é aquecida por regeneração? Quais são os seus tipos?

A

Regenerador ou aquecedor de água de alimentação (AAA). Pode ser aberto ou fechado. Com mistura ou não dos vapor com a água de alimentação.

47
Q

Sobre o ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor.

Muitas dificuldades associadas ao ciclo de Carnot reverso podem ser eliminadas pela vaporização completa do refrigerante antes de sua compressão e pela substituição da turbina por um dispositivo de extra filamento, válvula de expansão ou tubo capilar, fazendo com que o ciclo de Carnot reverso não seja o ideal para ciclo de refrigeração.

Nesse sentido quais são os processos do ciclo de refrigeração por compressão de vapor?

A

1-2 Compressão Isentropica em um compressor
2-3 Rejeição de calor a pressão constante no condensador;
3-4 estrangulamento em um dispositivo de expansão;
4-1 absorção de calor a pressão constante no evaporador.

48
Q

Qual o ciclo ideal que compreende os processos abaixo:

1-2 Compressão Isentropica em um compressor
2-3 Rejeição de calor a pressão constante no condensador;
3-4 estrangulamento em um dispositivo de expansão;
4-1 absorção de calor a pressão constante no evaporador.

A

Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor

49
Q

No ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor a entropia do sistema é influenciada de que forma?

A

Ela é influenciada pelo calor, nos processos de absorção e rejeição de calor. Como também, no processo de estrangulamento

50
Q

Ao contrário do ciclos ideais, o ciclo ideal de refrigeração..?

A

O ciclo de refrigeração por compressão de vapor não é um ciclo internamente reversível, uma vez que envolve um processo irreversível (Estrangulamento).

51
Q

Os ciclos ideias são internamente reversíveis, mas, ao contrário de Carnot, eles não são necessariamente externamente reversíveis. Ou seja, eles podem envolver irreversibilidades externas ao sistema como:

A

Transferência de calor com uma diferença de temperatura finita.

Assim, a eficiência térmica de um ciclo ideal geralmente menor que aquela de um ciclo totalmente reversível que opera entre os mesmo limites de temperatura.

52
Q

Sabemos que um compressor mais eficiente gera a mesma pressão em uma temperatura menor. Como isso influencia na válvula de expansão e na eficiência do ciclo?

A

É ideal que o refrigerante ao passar na válvula de expansão esteja na fase líquida, fluido incompressível, no qual a válvula de expansão pode atuar levando de líquido em alta pressão para líquido de baixa pressão e, consequentemente, reduzindo a temperatura.

Uma temperatura menor de saída do compressor, requer uma quantidade de calor retirado pelo condensador para se transformar em líquido.

53
Q

Quais são os componentes presentes no ciclo de refrigeração?

A

Compressor
Condensador
Válvula de expansão
Evaporador

54
Q

Mantendo uma temperatura fixa de evaporação, o que acontece com o COP a medida que a temperatura de condensação aumenta?

A

O COP é reduzido.

Quando maior a diferença o entre as temperaturas de evaporação e condensação menor é o COP. COP menor menos eficiência.

55
Q

COPr é dado pela fórmula? Qual a relação de entalpia?

A

COPr = qL / w liq, ent = h1 - h4 / (h2 - h1)

56
Q

Verdadeiro ou falso:
O COP melhora para cada grau celsius de elevação da temperatura de condensação ou para cada graus celsius de diminuição da temperatura de evaporação.

A

Falso. Para a sentença estar correta é necessário trocar de lugar as palavras condensação e evaporação.

57
Q

No que consiste o efeito Venturi( válvula de expansão)?

A

Em um sistema fechado, a alteração da seção transversal, maior para menor, ocorre o aumento da velocidade do fluido, e consequentemente, a diminuição da pressão.

A equação de Bernoulli pode ser usada para comprovar esse efeito:

P + 1/2 rho V^2 + rho g h

58
Q

A pressão de estagnação pode ser obtida pela equação de Bernoulli, dado dois pontos 1 e 2 de análise. Explique o exemplo da corrente contra uma parede e tudo de pitot.

A

Imagine dois pontos:

1 - velocidade e pressão;

2- velocidade igual a 0, encontro com uma parede.

Usando a equação de Bernoulli é possível encontrar a pressão de estagnação: P2.

Princípio para o tubo de pitot.

59
Q

Ó comportamento da temperatura de um fluido durante o processo de estrangulamento é descrito por qual coeficiente?

A

Joule-Thompson.
mi:
- menor que zero a temperatura aumenta;
- igual a zero a temperatura é constante;
- maior que zero a temperatura diminui.

60
Q

Sistema de refrigeração:

O que é a Carga térmica?

A

Carga térmica é o calor removido do ambiente.

Q_dot = m_dot * delta h

61
Q

Referente a propriedade intensiva e extensiva, qual delas varia com a massa?

A

Propriedade intensiva - é independente da massa! (T,P, densidade)

Propriedade extensiva - varia diretamente com a massa (massa, volume)

62
Q

Verdadeiro ou falso:

I - a temperatura e o volume específico são propriedades independentes, e a pressão pode ser obtida em função dessas duas.

II - a entalpia é obtida pela soma da energia interna e do produto da pressão pelo volume.

III - um estado crítico é aquele no qual os limites de fase desaparecem.

A

I - verdade P(T,v)

II - verdade

III - verdade

63
Q

Os motores Stirling trabalham em alta ou baixa rotação?

A

Em baixa rotação. E possuem processos reversíveis, sendo assim possuem a mesma eficiência de Carnot.

64
Q

Com relação a TURBINAS A GÁS:

Como funciona uma turbina a gás com regeneração?

Como funciona uma turbina a gás com reaquecimento?

É benéfico combinar regeneração e reaquecimento em turbinas a gás?

A

1- regeneração: os gases de exaustão na saída da turbina são injetados na entrada da câmara de combustão, diminuindo a necessidade de combustível, aumentando assim a eficiência termina da turbina, mas não aumentando o trabalho líquido por unidade de massa.

2 - reaquecimento: para evitar problemas associados a metalurgia proveniente de altas temperaturas na turbina é injetado ar em excesso, o ar em excesso não é totalmente queimado, assim é feita uma nova combustão. O processo não aumenta a eficiência térmica da turbina, mas aumenta o trabalho líquido por unidade de massa.

3 a combinação dos dois pode resultar em um grande aumento de eficiência da turbina a gás.

65
Q

Verdadeiro ou falso:

O processo de estrangulamento é um processo isentropico no qual a entropia é constante. Durante o estrangulamento não há realização de trabalho (W=0) e não há transgêneros de de calor (Q=0)

A

Falsa.

O processo de estrangulamento é ISENTÁLPICO (entalpia constante - h). O resto está correto.

66
Q

É possível manter inalterada a a temperatura de um fluido de trabalho por meio de interações simultâneas com a vizinhança de transferência de energia na forma de calor e trabalho?

A

Verdadeiro. Trata-se de uma transformação isotérmica.

67
Q

Na fórmula P V = m R T

Qual a pressão que deve ser utilizada manometrica ou absoluta?

A

Deve ser usada a absoluta!!!

68
Q

Verdadeiro ou falso:

Em um ciclo-padrão a ar Brayton, o fluido de trabalho apresenta duas mudanças de fase nos trocadores de calor.

A

Falso! O fluido de trabalho em um ciclo Brayton não apresentada mudança de fase, sempre estando na fase de Vapor.

69
Q

A eficiência isentropica expressa quantitativamente o quão…?

A

Eficiente um dispositivo real (irreversível) se aproxima de um dispositivo ideal (reversível). Utilizada para turbinas, compressores e bocais.

70
Q

Explique a relação em sistema fechado e isolado.

A

Em um sistema fechado não há troca de massa com a vizinhança, mas pode haver passagem de calor e trabalho por sua fronteira.

Dentre os sistemas fechados há o sistema isolado, o qual não interage com a vizinhança.

71
Q

No ciclo de refrigeração por compressão de vapor de Carnot o COP aumentará quando a diferença de temperatura?

A

Diminuir.

72
Q

No ciclo de refrigeração por compressão de vapor de Carnot, na sucção do compressor contém apenas vapor saturado.

A

Falso: pode conter só vapor saturado ou uma mistura de vapor e líquido saturado.

73
Q

Sempre que falar em COP o que devo lembrar?

A

B = Tc / (Th - Tc)

74
Q

Em um ciclo de refrigeração por compressão de vapor de Carnot podemos obter os valores da quantidade de calor que entre e sai do sistema por qual fórmula?

A

Qent = Th * delta S

Q sai = Tc * delta S

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