Exercícios Resolvidos Ciclo Diesel e Ciclos Termodinâmicos Rankine e Brayton

PR TERMODINÂMICA II 01 Um ciclo Diesel possui o fator de compressão igual a 18 e absorve 1800 kjkg de energia Sabendo que a pressão inicial P é de 01 Mpa e a temperatura inicial T1 é de 25º C dados R 028705 kjkkg 83145 Jkmol pv RT T2T1 V1V2 K1 P2P1 K1 K K 14 cp 10035 kjkgk cv 07165 kjkgk use 27315 para converter de graus Celsius para Kelvin Eficiência N 1 1k 1rvk1 T4 T1 T3 T2 Obs Considere as respostas dadas valores aproximados I O ciclo Diesel é o ciclo base para estudarmos o motor a Diesel Nesse motor para que ocorra a combustão a pressão imprimida ao combustível é o suficiente para que ocorra a queima do mesmo Então para fins de comparação a absorção de calor na fonte quente combustão ocorre a pressão constante E para fechar o ciclo a exaustão de calor ocorre a volume constante II Utilizando os dados fornecido no problema podemos encontrar a temperatura máxima T3 que possui um valor de 274114 K e o valor da temperatura T2 vale 94742 K III O volume aproximado de v1 vale 08275 m3kg e o de v2 vale 004755 m3kg 2 Como é sabido os ciclos ideais estudado costuma utilizar fluidos constantes como a água ou o ar dentre outros Então um estudante pegando os conceitos de ciclo de Rankine e o de Brayton que são um dos ciclos que envolvem aspectos de ordem prática e analisou algumas afirmativas em questões aleatórias a respeito dos ciclos e julgou as em verdadeiro V ou falso F I As usinas de energia elétrica que utiliza o conceito do ciclo Rankine como ciclo ideal possui os quatro processos sendo que o fluido na saída da turbina tem que possuir um título baixo com o intuito de minimizar o desgaste e minimizar a cavitação das pás II O ciclo de Brayton um ciclo a ar trabalha com o fluido a pressão constante na fonte quente e fria Com isso o rendimento do ciclo está relacionado com a razão entre as pressões isto é para variar o rendimento do ciclo é necessário variarmos a pressão do sistema III Em um estudo de caso ambos os ciclos estão trabalhando na mesma taxa de pressão Então ao compararmos o trabalho gasto no processo de compressão o que irá gastar mais será o ciclo de Brayton Utilizando as respostas das afirmativas acima está correta o item que afirma que a Apenas um item está verdadeiro b Os itens I e II estão corretos c Os itens I e III estão corretos d Os itens II e III estão corretos e Todos estão verdadeiros 03 O ciclo de Brayton proposto por George Brayton em 1870 é o ciclo idel a ar que explica o funcionamento básico de uma turbina a gás No entanto há uma diferença entre esses dois ciclos O primeiro é um ciclo fechado e ideal já o segundo é um ciclo aberto e real Então utilizando o seu conhecimento de ciclo a ar julgue as afirmativas abaixo em verdadeiro V ou falso F I O ciclo de Brayton é um ciclo a ar ideal utilizado como base para o estudo da turbina real No ciclo o aumento do rendimento é possível ao aumentarmos a razão de pressão do ciclo II O ciclo de Brayton é um ciclo idela logo é reversível Isto é possível porque todos os ciclos ideais são ciclo adiabático isoentrópicos e isotérmicos III Todos os ciclos térmicos seja reversível ou irreversível respeitan as leis da termodinâmica Isto é possuem duas fontes térmicas onde ocorre a de a de troca térmica um de absorção e outra de liberação de calor e dois de trabalho um de compressão e outro de expansão IV A equação do rendimento do ciclo de Brayton pode ser dado pela equação Rendimento 1 1rpk 1 k sendo que rp é a razão da menor pressão do sistema pela maior pressão e o k é uma constante do fluido Utilizando as respostas das afirmativas acima está correto o item que afirma que a Apenas um item está verdadeiro b Apenas dois itens estão verdadeiros c Apenas três itens estão verdadeiros d Todos os itens estão verdadeiros e Todos os itens estão falsos 04 De acordo com o seu conhecimento em ciclos térmicos analise as afirmações abaixo e julgue em verdadeiro V ou falso F I O Ciclo de Carnot é o ciclo de maior rendimento dentre os ciclos térmicos No entanto existem ciclos térmicos que assemelham ao seu rendimento Esses ciclos são Erickson e o Stirling Sendo que o primeiro ocorre de forma isotérmica e isobárica e o segundo isotérmica e isovolumétrica II Dentre os ciclos térmicos Otto Diesel e Stirlingo que possui o maior rendimento é o de Stirling Sendo assim é um ótimo ciclo para gerar trabalho em um sistema qualquer III Para aumentarmos o rendimento em um ciclo térmico basta entendermos o seu funcionamento Por exemplo o ciclo de Brayton basta aumentarmos a razão de pressão Já o de Carnot basta aumentarmos a entropia do sistema que iremos aumentar o rendimento dele pois teremos um aumento na razão de temperatura V O ciclo Otto é um ciclo que aumenta o rendimento ao aumentarmos o fator de compressão rv Esse fator está diretamente relacionado com o volume do recipiente Já no caso do ciclo Diesel o rendimento aumenta ao aumentarmos a pressão pois esta é um ciclo que está relacionado com a pressão Quando mais variarmos a pressão maior é o rendimento Marque a alternativa certa a Apenas um item está verdadeiro b Dois itens estão verdadeiros c Três itens estão verdadeiros d Todos os itens estão verdadeiros e Todos os itens estão falsos 05 De acordo com a termodinâmica existem ciclos térmicos que são importantes para entendermos os estudos térmicos Esses ciclos podem ser de aquecimento e de resfriamento Os ciclos podem ser Ciclo Otto Diesel Brayton Regenerativo Stirng Erickson frigorifico bomba de calor Então usando o seu conhecimento marque o item certo a Ciclo frigorifico é semelhante ao ciclo de Rankine diferindo apenas no sentido do ciclo O frigorífico possui um coeficiente nomeado de COP o qual é dado pela razão entre o calor rejeitado calor quente pelo trabalho líquido b O ciclo de Brayton é considerado um ciclo a ar onde o aumento da razão de pressão aumenta o rendimento do ciclo diferente do ciclo Otto que o aumento é dado pelo aumento do fator de pressão c O ciclo Diesel diferente do ciclo Otto é um ciclo que depende de duas grandezas uma é a pressão onde ocorre a exaustão de calor do sistema e outra o volume onde ocorre a absorção Sendo assim o cálculo de rendimento é dado pela razão entre o coeficiente a pressão constante cp pelo coeficiente a volume constante cv d Todos os ciclos apresentados na questão possuem uma ou duas grandezas constantes seja a pressão a temperatura ou o volume Por exemplo o cilco Otto diferente da turbina que ocorre a volume constante a absorção e a exuastão ocorrem respectivamente na caldeira e na turbina de forma isoentalpica Devido a isso o ciclo Otto assemelha ao ciclo por centelha e Dentre os ciclos o que mais assemelha ao ciclo de Carnot é o de Stirling e o Erickson Ambos os ciclos ocorrem de forma isotérmica o que apresenta ser um ciclo que não varia a temperatura durante a absorção de calor e a rejeição Essa propriedade possibilita que o aumento da eficiência seja dado pelo aumento da temperatura da fonte quente ou a diminuição da temperatura da fonte fria 06 Uma central de potência a vapor opera semelhantes a um ciclo de Rankine e produz vapor superaquecido a 300 ºC a uma pressão de 20 Mpa na saída da caldeira Uma indústria pretende aumentar o rendimento térmico deste ciclo sem que haja diminuição no título do fluido que é de 93 na saída da turbina para que não ocorra a cavitação das palhetas Então utilizando o conhecimento de ciclo de Rankine concluise que para aumentar o rendimento ou apenas uma melhora no s processo s do ciclo sem que haja uma grande mudança nas operações unitárias processos é necessário que a empresa faça que mudança Descreva na máxima 15 linhas sobre o Rankine de reaquecimento e suas vantagens e desvantagens sem que ocorra mudança na pressão máxima e mínima do ciclo térmico R