P2 - Termodinâmica 2021-2

Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Departamento de Engenharia de Alimentos ZEA0466 – TERMODINÂMICA Avaliação Individual II – 09/12/2021 – Engenharia de Alimentos Noturno Nome: ___________________________________________________________________ no USP: _______________ Atenção ➢ Todas as questões deverão ser manuscritas e enviadas no espaço Moodle (Pasta de Envio Avaliação Individual II, questão 1) como um único documento em formato PDF (não serão aceitas outras formas de envio). ➢ É necessário colocar os dados fornecidos na questão para a resolução do problema. ➢ Não serão aceitas respostas que não apresentem cada etapa de resolução. ➢ Considerações (ou hipóteses) e esquemas serão pontuados. ➢ Respostas sem unidades de medidas serão consideradas incorretas. Ex. Q = 100 (incorreto), se for taxa de calor no SI, Q = 100 kW (correto) ➢ Todas as propriedades termodinâmicas ou dados retirados de tabela ou uso de software devem ser referenciados. Exemplo (P = 100 kPa, vapor saturado, h = 2675 kJ/Kg (Tab. A-5 do Çengel) ou se foi usado software entre parênteses deve ser informado (Software MINI-REFPROP) Questão 1 (valor 5,0) – Câmara de mistura = tanque com duas correntes de entrada e uma de saída. Água líquida a 150 kPa e 20 °C é aquecida em uma câmara de mistura com uma corrente de vapor de água superaquecido de 150 kPa e 150 ºC. Água líquida entra na câmara de mistura com uma vazão de 2,8 kg/s, e estima-se que ocorre uma perda de calor da câmara para o ambiente (vizinhança) a 28 °C a uma taxa de 950 kJ/min. Considerando que a mistura sai da câmara de mistura a 150 kPa e 55 ºC. Determine: (a) a taxa de geração de entropia do processo, (b) Considerando a eficiência isentrópica da bomba colocada na saída da câmara de mistura de 75%, determine a potência da bomba em kW para comprimir a água líquida até 300 kPa. (c) Faça um esquema desse processo em um diagrama: (i) T-s, incluindo as linhas de saturação e (ii) de Mollier incluindo as linhas de saturação Questão Alternativa (valor 4,0) – essa questão só deverá ser feita pelo aluno que escolher NÃO resolver a questão 1, porém nesse caso haverá o desconto de 1 ponto. Produz-se vapor de água a 80 bar e em uma temperatura desconhecida. Uma pequena quantidade deste vapor é forçada a passar por uma válvula de estrangulamento a pressão atmosférica. A temperatura de saída do vapor após passar por este dispositivo é 500 ºC. Outra parte do vapor a 80 bar é alimentado a uma turbina, onde é adiabaticamente expandido até a pressão atmosférica. (a) Qual a temperatura do vapor que entra na turbina? (b) Qual o trabalho máximo (por kg de vapor) que pode ser obtido usando esta turbina no atual modo de operação? (c) Testes realizados na turbina atestam que o vapor que sai dela é saturado. Qual a eficiência da turbina e a entropia gerada por kg de vapor?