Atividade de Sistemas Térmicos

SISTEMAS TERMODINÂMICOS Lista de exercícios maio de 2024 Data de entrega 0706 sexta feira 1 No cilindro vertical da figura provido de êmbolo sem atrito a massa é tal que a pressão sobre 25 kg de água a 20 oC é de 200 kPa Transferese lentamente calor à água fazendo com que o êmbolo suba até que o volume seja de 600 litros Pedese A Qual o título final da mistura B Calor trabalho trocado no processo Tanque Pes peso êmbolo Calor 2 Um tanque com 15 m de diâmetro e 2 metros de altura contém vapor saturado de água a 300 kPa A perda de calor pela sua superfície lateral é da ordem de 1200 kJm2h A válvula de segurança é ajustada para abrir a 600 kPa Fornecendose calor ao tanque através de um maçarico com capacidade de 2000 kjmin Perguntase Qual o tempo necessário até a válvula de segurança abrir Válvula de segurança Tanque Perda de calor Pela área lateral MAÇARICOS 3 Um recinto deve ser mantido a 22o C no inverno cuja temperatura externa é de 10o C As perdas de calor pelas paredes laterais são de 250 kJm2 h e pelo teto 280 kJm2 h Conhecendose as dimensões do recinto largura 5 m x comprimento 8 m x altura 25 m Calcular a mínima potência necessária para uma bomba de calor manter a temperatura do recinto no nível requerido 4 Um reservatório térmico a 16oC é utilizado como fonte fria de uma bomba de calor Como fonte quente é utilizada uma vazão de 120 kgh de água que entra no equipamento como liquido saturado a 200 kPa e sai do equipamento como vapor saturado Admitindo que o processo de aquecimento ocorra a pressão constante determine qual é a mínima potência necessária para operar essa bomba de calor 5 A temperatura máxima alcançada num coletor de energia solar é 100O C A energia coletada deve ser usada como fonte térmica num ciclo motor Qual é o máximo rendimento térmico do motor se a temperatura do meio for iguala 10O C O que aconteceria se o coletor fosse projetado para concentrar a energia de modo que a temperatura máxima fosse alterada para 300O C 6 Plantas de potência que convertem energia a partir da temperatura dos oceanos geram potência utilizandose do fato natural da diminuição da temperatura das águas dos oceanos em função da profundidade Próximo à Flórida a temperatura da superfície das águas é de 27O C e na profundidade de 700 m a temperatura é de 7O C a determine a máxima eficiência térmica para qualquer ciclo de potência operando entre essas temperaturas b A eficiência térmica de plantas de potência utilizando essas fontes de energia é aproximadamente 2 Compare isto com o resultado da parte a e comente 7 Plantas de potência utilizando energia geotérmica aproveitam fontes subterrâneas de água quente ou vapor para a produção de eletricidade Uma dessas plantas recebe uma carga de água quente a 167O C e rejeita energia por transferência de calor para a atmosfera a qual se encontra à 13O C Determine a eficiência térmica máxima possível para qualquer ciclo de potência operando entre essas temperaturas 8 Fornecendo energia à uma taxa média de 21100 kJh uma bomba de calor mantém a temperatura de uma estufa à 21O C Se a eletricidade custa 8 centavos de dólar por kWh determine o mínimo teórico custo de operação para cada dia de operação se a bomba recebe energia por transferência de calor de a Ar externo à 5O C b Água de um poço à 8O C 5 O rendimento térmico pode ser dado pela seguinte equação 𝜂 1 𝑇𝐿 𝑇𝐻 Primeiro vamos calcular o rendimento para o coletor de energia com temperatura máxima de 100 C 𝜂 1 10 273 100 273 𝜂 02413 𝜂 2413 Agora vamos calcular o rendimento para o coletor de energia com temperatura máxima de 300 C 𝜂 1 10 273 300 273 𝜂 05061 𝜂 5061 6 a a eficiência será dada por 𝜂 1 𝑇𝐿 𝑇𝐻 𝜂 1 7 273 27 273 𝜂 00666 𝜂 667 b O rendimento é aproximadamente 30 do obtido no item anterior Isto acontece pois a equação que foi utilizada para determinar a eficiência no item a é o rendimento de Carnot O rendimento de Carnot é uma idealização no cálculo deste não leva em considerações perdas energéticas que acontece nas diversas etapas do processo termodinâmico por isso obtemos uma diferença entre os resultados 7 A máxima eficiência térmica será dada por 𝜂 1 𝑇𝐿 𝑇𝐻 𝜂 1 13 273 167 273 𝜂 035 𝜂 35 8 a Primeiro vamos determinar a máxima potência que a bomba de calor entrega 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑇𝐻 𝑇𝐻 𝑇𝐿 𝑃𝑚𝑎𝑥 273 21 21 5 𝑃𝑚𝑎𝑥 1131 𝑘𝑊 A potência real será dada por 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑄𝐻 𝑃𝑚𝑎𝑥 Convertendo a energia fornecida para o SI 𝑄𝐻 21100 3600 586 𝑘𝑊 Portanto a potência real 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 586 1131 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 052 𝑘𝑊 Calculando então o custo 𝐶𝑢 052 24 008 𝐶𝑢 0995𝑑𝑖𝑎 b Calculando a potência máxima para o novo caso 𝑃𝑚𝑎𝑥 273 21 21 8 𝑃𝑚𝑎𝑥 2261 𝑘𝑊 A potência real 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 586 2261 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 026 𝑘𝑊 Portanto o custo será 𝐶𝑢 026 24 008 𝐶𝑢 0498𝑑𝑖𝑎 Accordingly a fully formed solution to the gradual movement model would be a new architecture that incorporates 1 an explicit representation of the current arm posture with respect to the body 2 an internal forward model for predicting the consequence of motor commands 3 integration of predicted sensory consequences to plan future actions realistically which regularizes and stabilizes the movement and 4 the development of movement strategies and motor skills that optimize prediction errors and movement efficiency over time allowing for adaptive and flexible motor behaviors