Termodinâmica - Atividade Resolvida sobre Ciclos de Potência e Eficiência

ATIVIDADE AS RESPOSTAS DEVEM SER APRESENTADAS À CANETA Questão 1 Um motor de automóvel funciona em regime permanente desenvolvendo uma potência de 200 HP veja a figura 1 Conhecendose os seguintes elementos característicos do seu funcionamento determine o consumo horário de combustível kgh a variação de entropia no motor kcalhK a taxa de calor perdida kcalh e o índice de eficiência deste motor Desprezar a potência elétrica para o acionamento da bomba Adote 1 HP 6408 kcalh calor específico da água 1 calgºC densidade 097 kgl Questão 2 Na figura 2 é representando um ciclo de potência de vapor com reaquecimento conhecido como Rankine Alguns dados operacionais do ciclo estão indicados na tabela Considerandose desprezíveis as variações de energia cinética e potencial determine para a água como fluido de trabalho e com uma vazão de 250 kgmin a temperatura na saída da bomba as irreversibilidades dos mecanismos quando houver a taxa de calor que entrou no ciclo e a eficiência térmica do ciclo Questão 3 Um carro possui um motor com eficiência térmica de 35 Assumese que o ar condicionado tenha um COP de 33 trabalhando para refrigerar o interior utilizando parte do trabalho produzido Qual seria a energia extra de combustível para se retirar 170 kJ do interior do carro Questão 4 Na figura 3 assumindose que todos os processos são reversíveis como seria sua análise sobre a máquina R segundo as leis termodinâmicas Justifique a sua resposta Questão 5 Considere o turbocompressor de um motor a combustão interna onde os gases de exaustão entram na turbina a 450ºC a uma vazão de 002 kgs e saem a 400ºC figura 4 O ar entra no compressor a 70ºC e 95 kPa e sai a uma vazão de 0018 kgs a 135 kPa A eficiência mecânica entre a turbina e o compressor é de 95 Usando Água de refrigeração do motor Entalpias kcalkg Temperatura ºC à 200 kPa Ar har 7 Entrada Saída Gases hg 22 40 80 Combustível hc 7800 Temperatura média de operação do motor Tm 180ºC Vazão volumétrica na bomba de água de 05 litros por segundo Relação entre consumo de ar e do combustível ṁarṁc 18 PONTO T ºC P kPa h kJkg 1 10 2 19975 3 520 5000 4 2000 335748 5 349052 6 245000 Figura 1 Figura 2 Figura 3 300ºC M 42ºC Q1 Q2 R 344 K Q3 Q4 W as propriedades do ar para os gases de exaustão determine a temperatura de saída e a irreversibilidade no compressor Questão 6 As necessidades de água potável de uma instalação com 20 funcionários devem ser atendidas por um bebedouro figura 5 O bebedouro refrigerado deve resfriar de 22ºC para 8ºC e fornecer água gelada a uma taxa de 04 litros por hora por pessoa Calor é transferido para o reservatório da vizinhança a 25ºC a uma taxa de 45 W Se o COP do sistema de refrigeração for 29 determine o tamanho em W do compressor adequado ao sistema de refrigeração desse bebedouro Figura 4 Figura 5 3 Aluno Giovanni Lemes Termodinâmica II Engenharia Mecânica Veja que o sistema se caracteriza por um motor alimentando outro motor informação obtida pelos sentidos dos calores q1 q2 q3 e q4 Portanto viola a segunda lei da termodinâmica visto que não há perda de energia 1 Usamos a primeira lei da termodinâmica para o sistema dEdt Q W Σ m hentra Σ msol hsol 0 Utilizamos também a vazão mássica da água magua 05 0971 1746 kgs lmar mc mg 1918 man conservação da massa Utilizando os dados do enunciado mc 2635 kgh logo a eficiência será dada por 200 HP η 2006408205530 33201 mar har mc hc 418 mc Ja para a entropia no motor ΔS Qpe Tm magua CAT mj hc Tm ΔS 15417 2431 ΔS 17848 Kcalhk tendo Qpe 808514 Kcalh 2 6 Sendo Q o calor de refrigeração sendo esse o ganho de calor do reservatório e no arrefecimento da água de entrada Q 45 Qrestriam taxa de calor tendo Qrestriam mc ΔT Δt 130 w Q 130 45 175 w tendo o coef de desempenho dado por 29 o trabalho será dado como W 129 Q 17529 603 w 3 5 Calcularemos a quantidade de trabalho produzido pela turbina W mΔt Cp ΔT pegando o cp da temperatura média Cρ 1075 assim W 002 10165 50 1075 kW como somente 95 do trabalho produzido pela turbina é transferido para o compressor seu trabalho é dado por Wc 1021 kW utilizando o trabalho absorvido pelo compressor Wc mcΔt Cp ΔT calculado a 95c utilizando a tabela e interpolando os valores Wc mc Cp70C TfTi T f Ti 10210018 10078 Tf 1263C temperatura de saida Para a irreversibilidade usamos i To s2 s1 Pela tabela Para 95kPa interpolamos G 7378 kJkg K Para 135 kPa a 1263C S 7392 kJkg K utilizando essa aproximação e sendo To 298 k i 298 7392 7378 i 4172 kJkg 2 usamos as relações η h3 h4 h5 h6 h1 h2 η Ṡcido Q sendo T 520C e P 5000 KPa escrevemos para as entropias fornecidas h3 343376 355023 343376 520 500 550 500 h3 348035 KJKg sendo h1 19181 KJKg tabela vamos para o estado 4 s4 s3 s4 7036 sendo h4 303483 325417 303483 7036 688 706 688 h4 322492 KJKg assim ηT h3 h4 h3 h4 ηT 0481 de 6 349052 346755 360014 346755 S6 743 77 743 S6 746 sendo assim através da tabela encontrar o valor de h6 interpolação assim hT 349052 2450 349052 h6 enquanto para 2 h2 17195 25528 17195 065 057 082 052 h2 19417 KJKg logo hB 19417 19181 19995 19181 ηB 0297 3 motor η 035 tendo η o rendimento térmico Para a quantidade extra de calor a ser consumida W η Qc refrigerador β 33 QL W Qc QL η β substituindo os valores anteriormente vistos Qc 170 103 035 33 Qc 14719 KJ