Lista de Exercícios 5 - Termodinâmica Aplicada II

Lista de Exercícios 5 Termodinâmica Aplicada II Engenharia Química 1 Um ciclo de Carnot com escoamento em regime permanente utiliza água como fluido de trabalho A água muda de líquido saturado para vapor saturado à medida que o calor é transferido para ela de uma fonte a 250 C A rejeição do calor ocorre a uma pressão de 20 kPa Mostre o ciclo em um diagrama Ts que inclua as linhas de saturação e determine a A eficiência térmica b A quantidade de calor rejeitado c O trabalho líquido 2 Considere um ciclo de Carnot com escoamento em regime permanente com água como fluido de trabalho As temperaturas máxima e mínima do ciclo são 350 C e 60 C O título da água é 0891 no início do processo de rejeição de calor e 01 ao final Mostre o ciclo em um diagrama Ts que inclua as linhas de saturação e determine a A eficiência térmica b A pressão na entrada da turbina c O trabalho líquido 3 Considere uma usina de potência a vapor de água que opera segundo o ciclo de Rankine simples ideal O vapor entra na turbina a 3 MPa e 350 C e é condensado no condensador à pressão de 75 kPa Determine a eficiência térmica desse ciclo 4 Um engenheiro propôs que um ciclo de Rankine simples ideal que utiliza refrigerante134a pode ser usado para produzir trabalho com calor a partir de um reservatório de energia térmica de baixa temperatura A caldeira opera a 16 MPa o condensador a 04 MPa e a entrada da turbina a 80 C Determine a vazão mássica de R134a necessária para que esse ciclo produza 750 kW de potência e defina também a eficiência térmica do ciclo 5 Refrigerante134a é utilizado como fluido de trabalho em um ciclo de Rankine simples ideal que opera a caldeira a 1400 kPa e o condensador a 10 C A mistura na saída da turbina tem um título de 98 Determine a temperatura na entrada da turbina a eficiência térmica do ciclo e a razão de consumo de trabalho desse ciclo 6 Considere uma usina de potência a vapor de água que opera em um ciclo de Rankine simples ideal e produz uma potência líquida de 45 MW O vapor entra na turbina a 7 MPa e 500 C e é resfriado no condensador a uma pressão de 10 kPa pela água de um lago que escoa nos tubos do condensador a uma taxa de 2000 kgs Mostre o ciclo em um diagrama Ts que inclua as linhas de saturação e determine a A eficiência térmica do ciclo b O fluxo de massa do vapor c A elevação de temperatura da água de resfriamento 7 Um ciclo de Rankine simples ideal que utiliza água como fluido de trabalho opera a 40 C no condensador e a 300 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 8 Os trabalhos líquidos e as eficiências térmicas do ciclo de Carnot e do ciclo de Rankine simples ideal devem ser calculados e comparados Em ambos os casos o vapor de água entra na turbina a 5 MPa como vapor saturado e a pressão no condensador é de 50 kPa No ciclo de Rankine o estado na saída do condensador é líquido saturado e no ciclo de Carnot o estado na entrada na caldeira é líquido saturado Desenhe os diagramas Ts de ambos os ciclos 9 Um ciclo de Rankine simples usa água como fluido de trabalho A caldeira funciona a 6000 kPa e o condensador a 50 kPa Na entrada da turbina a temperatura é de 450 C A eficiência isentrópica da turbina é de 94 as perdas de pressão da bomba são desprezíveis e a água que sai do condensador é subresfriada em 63 C A caldeira é dimensionada para uma vazão mássica de 20 kgs Determine a taxa na qual calor é adicionado na caldeira a potência necessária para operar as bombas a potência útil produzida pelo ciclo e a eficiência térmica 10 Considere uma usina de potência alimentada a carvão que produz 120 MW de energia elétrica A usina opera em um ciclo de Rankine simples ideal com condições de entrada na turbina de 9 MPa e 550 C e pressão no condensador de 15 kPa O carvão tem um poder calorífico energia liberada quando o combustível é queimado de 29300 kJkg Considerando que 75 dessa energia é transferida para o vapor na caldeira e que o gerador elétrico tem eficiência de 96 determine a A eficiência global da usina a razão entre a potência elétrica líquida e o fornecimento de energia com o combustível b O fluxo de massa de carvão necessário 11 Uma usina de potência a vapor de água opera segundo o ciclo mostrado na figura abaixo Se a eficiência isentrópica da turbina é de 87 e a eficiência isentrópica da bomba é de 85 determine a A eficiência térmica do ciclo b A potência líquida da usina para um fluxo de massa de 15 kgs 12 Considere uma usina a vapor de água operando segundo o ciclo de Rankine ideal Vapor entra na turbina a 3 MPa e 350 C e é condensado no condensador à pressão de 10 kPa Determine a A eficiência térmica dessa usina b A eficiência térmica se o vapor for superaquecido a 600 C e não a 350 C c A eficiência térmica se a pressão da caldeira for elevada até 15 MPa enquanto a temperatura na entrada da turbina é mantida a 600 C