Atividade de Termodinâmica

Questões 1 Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão igual a 10 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a volume constante Considerando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média eficaz do ciclo e desenhe o diagrama P x v deste ciclo 15 pontos 2 Um motor Diesel ideal tem uma razão de compressão de 18 e usa ar como fluido de trabalho O estado do ar no início do processo de compressão é de 95 kPa a 20 C Considerando que a temperatura máxima do ciclo não pode exceder 2200 K determine a a eficiência térmica do motor b a pressão média efetiva Considere calores específicos constantes para o ar à temperatura ambiente 1 ponto 3 Um ciclo de Rankine simples ideal que utiliza água como fluido de trabalho opera a 42 C no condensador e a 305 C na caldeira Calcule o trabalho produzido pela turbina o calor fornecido no interior da caldeira e a eficiência térmica do ciclo quando o vapor entra na turbina sem qualquer superaquecimento Desenhe um esquema diagrama unifilar deste ciclo 15 pontos 4 Uma usina de potência com turbina a gás funciona segundo o ciclo Brayton simples entre os limites de pressão de 100 kPa e 2000 kPa O fluido de trabalho é o ar que entra no compressor a 40 C a uma vazão de 700 m3min e deixa a turbina a 650 C Considerando calores específicos variáveis para o ar uma eficiência isentrópica do compressor igual a 85 e uma eficiência isentrópica da turbina de 88 determine a a produção líquida de potência b a razão de consumo de trabalho e c a eficiência térmica 15 pontos 5 1120 Um refrigerador comercial com refrigerante134a como fluido de trabalho é usado para manter o espaço refrigerado a 30 C rejeitando o calor dissipado para a água de resfriamento que entra no condensador a 18 C a uma taxa de 025 kgs saindo a 26 C O refrigerante entra no condensador a 12 MPa e 65 C saindo a 42 C O estado de entrada do compressor é 60 kPa e 34 C e o compressor deve ganhar um calor líquido de 450 W da vizinhança Determine a o título do refrigerante na entrada do evaporador b a carga de refrigeração c o COP do refrigerador e d a carga máxima teórica de refrigeração para a mesma entrada de potência no compressor 15 pontos 6 O refrigerante134a entra no compressor de um refrige rador a 100 kPa e 20 C a uma taxa de 05 m3min saindo a 08 MPa A eficiência isentrópica do compressor é 78 O refrigerante entra na válvula de expansão a 075 MPa e 26 C saindo do evapo rador como vapor saturado a 26 C Mostre o ciclo em um dia grama Ts com as linhas de saturação e determine a a entrada de potência no compressor b a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado e c a queda de pressão e taxa de ganho de calor na linha entre o evaporador e o compressor 1ponto 7 Defina Psicrometria e diagrama psicrométrico Quais são as sua possíveis aplicações 1ponto 8 Defina umidade absoluta e umidade relativa do ar através de suas respectivas equações 1ponto 5 Psicrometria é a área que se dedica a analisar as propriedades físicas e termodinâmicas das misturas entre gases e vapores Diagramas psicométricos são representações gráficas da variação dos parâmetros físicos em função da quantidade de vapores presentes no gás em questão Uma importante aplicação é no estudo do ar atmosférico entendendo as relações entre o ar seco e sua mistura com vapor dágua 6 Umidade absoluta do ar é o total de vapor de água em suspensão na atmosfera medido usualmente em gcm³ Umidade relativa do ar é a razão entre a umidade absoluta e a umidade necessária para que a mistura arágua tornese saturada Ou ainda a razão entre o pressão parcial do vapor dágua na mistura gasosa e a pressão de vapor de saturação da água É um valor adimensional xcomp 18 k 14 P1 95 kPa P1v1 RT1 T1 293 k vt1 287 293 08852 m³kg 9310³ v1v2xcomp v2 08852 18 00492 m³kg T2T1 v2v1¹ᵏ T2293 0049208852¹¹⁴ T2 93089 k v2v1¹ᵏ p2p1ᵏ¹ᵏ 0049208852¹¹⁴ p295¹⁴¹⁴ p2 543038 kPa p3 p2 543038 kPa p3v3 RT3 T3 2200 k v3 287 2200 54303810 ³ 01163 m³kg vt4 vt1 08852 m³kg v4v3¹ᵏ p4p3ᵏ¹ᵏ 0885201163¹¹⁴ p4543078¹⁴¹⁴ p4 31680 kPa v4v3¹ᵏ T4T3 0885201163¹¹⁴ T42200 T4 94687 k Cv 0718 kJkgK cp 1005 kJkgK q23 CpT3T2 1005 220093089 127546 kJkg q41 CvT1T4 0718 29397687 49102 kJkg wliq 78444 kJkg w12 CvT2T1 0718 93089293 45801 kJkg w23 p v3v2 543038 0116300492 36438 kJkg w34 Cv T4T3 0718 976872200 87621 kJkg wliq 78258 η wliqq23 78258127546 0614 ou 614 V2V1 10 p1 100 kPa T1 17C 23 Q 800 kJkg w1 2071719 kJkg h 2903948 kJkg vt 08323 m³kg 12 p2 p1 x comp kar 14 p2 10010¹⁴ p2 2511859 kPa T2 T1 x comp k1 T2 29010⁰⁴ T2 72845 k h2 7453252 kJkg v2 00839 m³kg u2 5349450 kJkg 23 q2 3 Qm u3 u2 CV T3 T2 800 18 T3 72845 u3 1341945 kJkg T3 117289 ku a P3P2 T3T2 P3 117289251185972845 P3 404444 kPa a 34 T3 T4 x comp k1 117289 T4 10⁰⁴ T4 46694 k P3 P4 x comp k 404444 P4 10¹⁴ P4 16101 kPa W12 CV T2T1 18 72845 290 78921 kJkg W34 CV T4 T3 18 46694 117289 127071 kJkg Wliq W12 W34 4815 kJkg b η 1 xcomp¹ᵏ 1 10¹¹⁴ 0602 ou 602 c T2T1 v2v1¹¹⁴ 72845290 v208323¹¹⁴ v2 00832 m³kg T1 305C VS p1 92018 kPa h1 273872 kJkg s1 s2 56642 kJkg K T2 42C MLV T3 T2 42C LS 56642 82200 x3 1 x3 05989 x2 06647 h2 06647 259763 1 06647 17589 h2 177246 kJkg Wtm h2 h1 177246 273872 96626 kJkg h3 17589 kJkg 23 mh2 h3 Qcond 0 Qcondm h3 h2 17589 177246 Qcondm 159657 kJkg P4 P1 92018 kPa LC ds d4 05988 kJkgK Wb h4 h3 v3 P4 P3 00010058 92018 82068 Wb 927 kJkg h4 18516 kJkg 41 mh4 h1 Qcald 0 Qcaldm h1 h4 273872 18516 255356 kJkg Qkq 95699 kJkg Wliq 95699 kJkg η WliqQcald 95699255356 0375 ou 375 π140C T4650C k14 p1100 kPa p22000 kPa p2p1k1k T2T1 200010014114 T2317 T273666 k WCi Cp T2 T1 1005 73666 317 42578 kJkg ηC WicWrC WrC 42578085 50092 kJkg rC p2p1 2000100 20 p3p4 20 p3p4k1k T3T4 2014114 T3923 T3 217232 kC WiT Cp T3 T4 1005 217232923 125557 kJkg ηT WrTWiT WrT 088 125557 110490 kJkg Wliq WrT Wrc 110490 50092 60398 kJkg q73 Cp T3 T2 1005 217232 73666 144284 kJkg q41 Cp T1 T4 1005 100 923 82712 kJkg ηT 1 q41q73 1 82712144284 0427 ou 427 T2 65C VSA p2 1200 kPa h2 46870 kJkg Q23 025 kg 418 JD 2619 k kg k Q23 836 W 23 mh2h3 Q23 0 025 4687 h3 836 103 0 h3 46867 kJkg 12 mh1h2 Wc 0 025 37815 46867 Wc 0 Wc 2263 kJkg h3 h4 46867 kJkg λ3 d4 12002 41 m h4 h1 Qe 0 Qe 2263 kJkg b Qev m fev 025 2263 566 kW c Wliq 2263 COP QevWliq 22632263 1W p1 100 kPa T1 20C h1 38722 kSkg v1 01946 m³kg m 05 m³min 01986 m³kg 252 kgmin s1 17665 kS kg K h2º 44665 kSkg p2 08 MPa mh1 h2 wc 0 wc 25638722 h2 ηc h2º h1 h2 h1 078 h2º 38722 h2 38722 h2 46341 kSkg p2 800 kPa T2 7811C VSA wc 19505 kSmin au p3 075 MPa 730 kPa LC T3 26C h3 23603 kSkg h3 h4 23603 kSkg 23 mh2 h3 Qc 0 Qc 23646341 23603 58209 kSmin bu Saída do evaporador 4l1 T4 26C p4 1013 kPa ΔP 13 kPa cu T C 7811 26 20 26 s kSkgK 17665