Prova Termodinâmica

22999988949 IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica Lista de exercícios LE3 1 Uma unidade de geração opera conforme um ciclo Rankine básico utilizando vapor saturado As temperaturas de geração do vapor e de condensação são respectivamente 230 ºC e 40 ºC Calcule para este ciclo a O trabalho na bomba Wb 281 kJkg b O calor fornecido na caldeira Q1 263360 kJkg c O trabalho da turbina e o título de saída Wt 86988 kJkg e x 0734 d O calor rejeitado no condensador Q2 176653 kJkg e O rendimento térmico η 3292 2 Uma termoelétrica utiliza o vapor superaquecido na sua geração O vapor deixa a caldeira com uma pressão igual a 5000 kPa e temperatura de 350 ºC A condensação do vapor ocorre numa pressão igual a 75 kPa Determine a O trabalho na bomba Wb 511 kJkg b O calor fornecido na caldeira Q1 267892 kJkg c O trabalho da turbina e o título de saída Wt 77229 kJkg e x 0839 d O calor rejeitado no condensador Q2 191174 kJkg e O rendimento térmico η 2864 3 Admitindo que seja possível inserir o reaquecimento do vapor na instalação do exercício anterior e considerando que o reaquecimento ocorrerá numa pressão de 1000 kPa e temperatura de 350 ºC Determine a O calor total fornecido na caldeira Q1 312096 kJkg b O trabalho total na turbina Wt 90444 kJkg c Os títulos de saída do vapor x3 0969 e x5 0975 d O calor rejeitado no condensador Q2 222163 kJkg e O rendimento térmico η 2882 4 Faça a análise dos resultados obtidos nos exercícios 2 e 3 e justifique o uso do reaquecimento explicitando as vantagens e desvantagens nos dois casos 5 Uma turbina estacionária funcionando conforme um ciclo Brayton simples apresenta na entrada do compressor uma pressão igual a 100 kPa e temperatura de 300 K O compressor apresenta uma relação de compressão igual a 10 e a temperatura na saída da câmara de combustão é de 1400 K Determinar Dados k 14 cp 10035 kJkg K a As temperaturas do ciclo T2 57921 K e T4 72513 K b O trabalho do compressor Wc 28019 kJkg c O calor fornecido ao fluido de trabalho Q1 82366 kJkg d O trabalho realizado na turbina Wt 67723 kJkg e O rendimento térmico η 4821 IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica 6 Admitindose que no exercício anterior a eficiência informada para o compressor é igual 89 e para a turbina é de 88 calcule admitindo as irreversibilidades os valores reais para a As temperaturas do ciclo T2r 61372 K e T4r 80611 K b O trabalho no compressor Wcr 31482 kJkg c O calor na câmara de combustão Q1r 78903 kJkg d O trabalho na turbina Wtr 59597 kJkg e O rendimento térmico η 3563 7 Considerando ainda a turbina estacionária do ciclo Brayton ideal do exercício 5 admita a possibilidade de instalação de um regenerador Determine o rendimento térmico para os dois casos a seguir a Um regenerador ideal η 5863 b Um regenerador de eficiência igual a 78 η 5597 IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica Lista de exercícios LE4 1 Uma máquina opera conforme o ciclo Diesel sob uma taxa de compressão igual a 14 A pressão no início da expansão isentrópica é igual a 532 atm e a respectiva temperatura é de 2501 ºC Neste ciclo o recebimento de calor pelo fluido de trabalho é da ordem de 474 kcalkg Determine Dados R 2926 kgmkg k 14 cp 0240 kcalkg 1 atm 10330 kgfm² a As variáveis nos pontos do ciclo v1 0597 m³kg v2 0043 m³kg v3 0148 m³kg p1 132 atm p4 755 atm T1 27803 K T2 79900 K T4 159023 K b A eficiência térmica 5254 c O trabalho realizado W 24904 kcalkg 2 Um motor de combustão operando conforme o ciclo Otto trabalha com uma razão de compressão igual a 11 No início da compressão a pressão é igual 10 bar e a temperatura de 25 ºC Sabendose que a queima da mistura fornece 2130 kJkg ao fluido de trabalho determine Dados R 0287 kJkg K k 14 cv 07165 kJkg K 1 bar 100 kPa a As variáveis de estado nos pontos característicos v1 0855 m³kg v2 0078 m³kg p2 287045 kPa p3 1384381 kPa p4 48229 kPa T2 77763 K T3 375041 K T4 143721 K b A eficiência térmica do motor 6168 c A pressão média efetiva Pme 169081 kPa 3 Um motor a combustão opera conforme o ciclo Diesel A pressão e a temperatura mínimas do ciclo são iguais a 97 kPa e 10ºC Sabendose que a pressão e a temperatura máximas do ciclo são iguais a 58 MPa e 2000ºC calcule Dados R 02870 kJkg K k 14 cp 10035 kJkg K a A variáveis de estado nos pontos do ciclo v1 0837 m³kg v2 0045 m³kg v3 0112 m³kg p4 34715 kPa T2 91076 K T4 101671 K b O rendimento térmico 6153 c O trabalho líquido W 84112 kJkg d A pressão média efetiva Pme 106202 kPa 4 Num ciclo básico de refrigeração por compressão de vapor as pressões de mudança de fase são iguais a 11 Mpa e 01 Mpa Sabendo que o evaporador tem uma capacidade de refrigeração CR igual a 16 e que o fluido de trabalho é o refrigerante R134a calcule Dados 1 TR 3517 kW IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica a O diagrama TS b O trabalho no compressor Wc 5007 kJkg c O calor removido do evaporador Q2 12180 kJkg d A vazão mássica e a eficiência do ciclo ṁ 0462 kgs ε 2433 5 Tomando por base o exercício anterior observamos uma relação de pressões superior a 9 Para diminuir esta relação estabeleça um ciclo com dois estágios de compressão e uma câmara de separação de líquido à pressão de 05 Mpa Considere ainda um evaporador com capacidade de 17 TR Assim determine a O diagrama TS b Os valores da tabela abaixo Ponto T ºC P MPa X H kJkg S kJkg K 1 01 1 17475 2 2425 05 3 05 4 5128 11 43006 5 4291 11 0 6 05 0211 12117 7 05 0 22150 8 01 0258 10945 9 05 1 c As vazões mássicas nos pontos 6 e 8 ṁ6 0470 kgs ṁ8 0371 kgs d O trabalho total dos compressores Wt 4983 kJkg e O calor removido do evaporador Q2 16109 kJkg e A eficiência do ciclo ε 2967 6 A partir do ciclo do exercício 4 considere a necessidade de refrigeração de dois ambientes com capacidades diferentes Para isso introduza no ciclo básico dois evaporadores transformandoo num ciclo múltiplo O primeiro evaporador terá a capacidade igual a 6 TR e o segundo com capacidade de 10 TR As pressões de evaporação serão respectivamente 05 e 01 MPa Determine a O diagrama TS b A vazão mássica nos dois evaporadores ṁ6 0289 kgs ṁ7 0144 kgs c O trabalho no compressor Wc 2278 kW d O calor total removido Q2 5627 kW e A eficiência da nova configuração ε 2470 7 Analise os 3 ciclos de refrigeração e comente os resultados respeitando a finalidade e as particularidades de cada instalação Observações IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica 1 Evitar tabelas de fontes externas Utilizar as tabelas fornecidas no Moodle exercícios 4 5 e 6 Alguns itens interpolados foram adicionados às tabelas e estão fora de ordem 2 Seguir a mesma numeração de sequência estabelecida nos slides 71 e 67 das notas de aula exercícios 5 e 6 3 Deixar as interpolações feitas e os resultados encontrados 4 As informações previamente preenchidas na tabela do exercício 5 não são dados fornecidos São valores para conferência com a finalidade de acompanhamento da solução mas devem ser calculados exceto os que saíram diretamente das tabelas