Lista de Exercícios Termodinâmica II - Turbinas Vapor Ciclo Carnot Compressão Politrópica e Condicionador de Ar

LISTA 01 02 e 03 Termodinâmica II Quando necessário XX 2 últimos dígitos do RGM AS RESPOSTAS DEVEM SER APRESENTADAS MANUSCRITAS Questão 1 Uma turbina a vapor de água produz uma potência útil de 2 MW Na entrada da turbina se encontra a 8665ºC e 124 MPa É extraído uma linha a 260ºC e 41 MPa e na outra saída está como vapor saturado a 10 kPa Temse que a vazão mássica extraída é XX da vazão mássica de entrada Determine a vazão mássica de entrada na turbina kgs Questão 2 Um pesquisador de engenharia afirma ter criado um equipamento indicado pela letra A na figura com coeficiente de desempenho de 60 operando de forma reversível e ideal segundo Carnot Baseandose no modelo demonstrado na figura podese concluir que A Tratase de um motor de eficiência de 1667 B É impossível ter construído um equipamento capaz de tal performance porque está em desacordo com a 2ª lei da termodinâmica C Tratase de uma bomba de calor com eficiência isentrópica de 100 D É impossível porque a performance do equipamento é maior que obtido pelo teorema de Carnot E Tratase de um refrigerador com eficiência isentrópica de 8333 Questão 3 Vapor de água a 7320 kPa e 4XXºC passa por um purgador da mesma forma que se ocorresse estrangulamento numa válvula até uma pressão de 2 MPa durante um processo em regime permanente Determine a temperatura final do processo e a entropia gerada verificando se o princípio do aumento de entropia foi atendido por este processo Questão 4 Na figura um modelo cilindropistão de um carro contém 200 ml de ar a 90 kPa e 20ºC O ar é comprimido num processo politrópico com índice adiabático 1XX até reduzir o volume a 16 do inicial Determine a pressão e temperatura finais e o trabalho transferido no processo Questão 5 Um modelo de condicionador de ar que opera com R134a como fluido de trabalho será adquirido para manter uma sala a 20 ºC rejeitando calor para o ambiente externo a 35 ºC figura A sala ganha calor pelas paredes e janelas a uma taxa de XX0 MJmin enquanto o calor gerado pelo conjunto formado por computador TV e lâmpadas equivale a 900 kW No condicionador o refrigerante entra no compressor como vapor saturado a 400 kPa e sai à 1200 kPa e 70 ºC numa vazão constante de 01 kgs Considerandose estas informações analise a situação e determine o COP real o COP máximo e a vazão volumétrica mínima de refrigerante no compressor do condicionador GASES MÁQUINAS TÉRMICAS FÓRMULAS m1 m2 m2 m i d m rc dt m1 m2 m3 m3 m1 m2 1 Balanço de energia dEdt Q W cv m1 h1 v122 gz1 m2 h2 v222 gz2 m3 h3 v322 gz3 0 W cv m1 h1 m2 h2 m3 h3 ii i em ii W m1 h1 m2 h2 m1 h3 m2 h3 iii h1 entrada 8665 ºC 224 MPa 410305 KJkg h2 Saida 260 ºC 41 MPa 282607 KJkg h3 2679 KJkg m2 068 m1 m m1 h1 m2 h2 m3 h3 m2 h3 m2 068 m1 m m1 h1 h3 m2 h3 h2 2x106 m1 410305 2679 068 m1 2679 282607 2x106 1924 m1 300 m1 m1 151057 kgs 2 500 Q3 Q4 500 K Q1 1 V 2 300 K CoP máx 1 TuTl 1 1 3002501 5 CoP do equipamento 6 CoP máx segundo a 2ª Lei da Termodinâmica 5 B 13 Vapor de água 7320 KPa 468C estrangulamento 2 MPa 6000 KPa 8000 KPa 450 330176 468 x 500 392211 h1 327195 y 339827 x 3345086 h1 3324866 y 331445 h1 h2 3324866 KJKg 6000 7320 8000 450 67192 61555o 468 x 5 67239 500 68802 S1 667 KJKg K x 67772 S1 66706 y 66158 S2 308103 57904 3224666 S2 327536 603 dSvcdt Se Ss Sger 0 Sger Ss Se 07 KJKg K Princípio não satisfeito entropia NEGATIVA 14 m 168 P1 V1 168 P2 V2 168 V2 V1 6 P2 P2 V1 V1 6 168 P2 P1 6 168 P2 906 168 182615 P2 182615 KPa Temperatura P1 V1 mRT1 P2 V2 mRT2 T2 P2 V2 mR Calculando a massa m P1 V1 RT1 9002 103 0287 29315 2139 x 101 kg T2 182615 012 103 6 2139 x 101 0287 0991 K 15 mantu a 20C rejeitando 35C taxa 68 m3min calo conjunto 900 kw entra 400 KPa 170C Sai 1200 KPa Vazão 01 Kgs Analise das tabelas P1 400 KPa x 1 h1 25555 KJKg Vr 005120 m3Kg P2 12 MPa T 70C h2 30061 KJKg a W m h2 h1 01 Kgj 30061 25555 KJKg005120 W 88007 kw calculo do calor QL 068 x 106 160 900 x 103 91133 x 103 w COP QL kw 911 x 103 88007 x 10 7 10034 b COP máx 1 TH TL 1 COP máx 1 35 273 20 273 1 19533 c Vazao volumétrico mínima Ẇ Q2 COP máx 911 KW 19533 4669 KW ṁ Ẇ h2 h1 4669 30061 25555 103 kgs Vazao m v 103 005120 V 0053 m³s