Questões - Termodinâmica 2 2022 1

QUESTÕES 1) Um motor de 6 cilindros e de ignição por centelha apresenta o mapa de performance abaixo (verso da página). Os cilindros possuem 92mm de diâmetro, 80mm de curso e a taxa de compressão é 13. a) Localize no mapa de operação do motor a (ou as) regiões de maior eficiência e calcule o maior rendimento térmico desse motor, que usou uma gasolina com PCI de 43,5 MJ/kg nos ensaios. b) Calcule a rotação de torque máximo. c) Calcule o torque máximo. d) Se o motor opera com pressão média efetiva de 8 bar e velocidade média do pistão de 13 m/s, determine sua rotação, seu torque, sua potência e seu rendimento térmico. 2) Em uma usina de açúcar e álcool, bagaço de cana é utilizado como combustível para a geração de vapor. Se o gerador de vapor de uma usina permite a geração de 80 t/h de vapor a 1,9 MPa (pressão absoluta), 280ºC a partir de 42,1 t/h de bagaço (PCI do bagaço 7,2 MJ/kg, com 50% de umidade absoluta), determine: a) A eficiência desse gerador de vapor. b) A energia perdida nos gases de escape (em MW), sabendo que as demais perdas somam 4% da energia fornecida à caldeira. TERMODINÂMICA 2 QUESTÃO 1: (a) As regiões de maior rendimento ocorrem onde o consumo de combustível é o menor possível, portanto, são as regiões destacadas em vermelho: O rendimento do motor é dado por: 𝜂 = 1 𝑐𝑒𝑐 ∗ 𝑃𝐶𝐼 𝑐𝑒𝑐 = 250𝑔 𝑘𝑊ℎ ∗ 1𝑘𝑔 1000𝑔 ∗ 1𝑘𝑊 1000𝑊 ∗ 1ℎ 3600𝑠 = 6,94 . 10−8 𝑘𝑔/𝑊𝑠 𝜂 = 1 6,94 . 10−8 ∗ 43,5 . 106 ∗ 100% 𝜼 = 𝟑𝟑, 𝟏𝟐 % (b) Sendo a velocidade média máxima: 𝑉 = 8,8 𝑚/𝑠 𝑉 = 2𝐿𝑁 60 8,8 = 2 ∗ 0,080 ∗ 𝑁 60 𝑵 = 𝟑𝟑𝟎𝟎 𝒓𝒑𝒎 (c) O torque máximo: 𝑇 = 𝑃𝑀𝐸 ∗ 𝐷2 8 ∗ 𝐿 ∗ 𝑖 ∗ 1 𝑥 𝑃𝑀𝐸 = 6,5 𝑏𝑎𝑟 = 650000 𝑃𝑎 𝑇 = 650000 ∗ 0,0922 8 ∗ 0,080 ∗ 4 ∗ 1 2 𝑻 = 𝟏𝟏𝟎, 𝟎𝟑𝟐 𝑵. 𝒎 (d) 𝑃𝑀𝐸 = 8 𝑏𝑎𝑟 = 800000 𝑃𝑎 𝑉 = 13 𝑚/𝑠 Calculando a rotação: 𝑉 = 2𝐿𝑁 60 13 = 2 ∗ 0,080 ∗ 𝑁 60 → 𝑵 = 𝟒𝟖𝟕𝟓 𝒓𝒑𝒎 Calculando o torque: 𝑇 = 𝑃𝑀𝐸 ∗ 𝐷2 8 ∗ 𝐿 ∗ 𝑖 ∗ 1 𝑥 𝑇 = 800000 ∗ 0,0922 8 ∗ 0,080 ∗ 4 ∗ 1 2 𝑻 = 𝟏𝟑𝟓, 𝟒𝟐 𝑵. 𝒎 Calculando a potência: 𝑉̇ = 𝜋 4 ∗ 𝐷2 ∗ 𝑖 ∗ 𝐿 ∗ 𝑁 60𝑥 𝑉̇ = 𝜋 4 ∗ 0,0922 ∗ 4 ∗ 0,080 ∗ 4875 60 ∗ 2 𝑉̇ = 0,0864 𝑚3/𝑠 𝑊̇𝑒 = 𝑉̇ ∗ 𝑃𝑀𝐸 𝑊̇𝑒 = 0,0864 ∗ 800000 𝑾̇ 𝒆 = 𝟔𝟗, 𝟏𝟐𝟎 𝒌𝑾 Calculando o rendimento: 𝜂 = 1 𝑐𝑒𝑐 ∗ 𝑃𝐶𝐼 𝑐𝑒𝑐 = 300𝑔 𝑘𝑊ℎ ∗ 1𝑘𝑔 1000𝑔 ∗ 1𝑘𝑊 1000𝑊 ∗ 1ℎ 3600𝑠 = 8,333 . 10−8 𝑘𝑔/𝑊𝑠 𝜂 = 1 8,333 . 10−8 ∗ 43,5 . 106 ∗ 100% 𝜼 = 𝟐𝟕, 𝟓𝟗 % QUESTÃO 2: (a) A eficiência de um gerador de vapor é dada por: 𝜂 = 𝑚̇ 𝑣 ∗ (ℎ𝑣 − ℎ𝑎) 𝑚̇ 𝑐 ∗ 𝑃𝐶𝐼 Dados: ℎ𝑣 = 2980 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ℎ𝑎 = 104,87 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Considerando água como líquido saturado a 25 ºC. 𝜂 = 80 ∗ (2980 − 104,87). 103 42,1 ∗ 7,2 . 106 ∗ 100% 𝜼 = 𝟕𝟓, 𝟖𝟖 % (b) A energia fornecida à caldeira: 𝐸𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑎 = 𝑚̇ 𝑐 ∗ 𝑃𝐶𝐼 𝑚̇ 𝑐 = 42,1𝑡 ℎ ∗ 1ℎ 3600𝑠 ∗ 1000𝑘𝑔 1𝑡 = 11,69 𝑘𝑔/𝑠 𝐸𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑎 = 11,69 ∗ 7,2 𝐸𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑎 = 84,17 𝑀𝑊 Sendo 4% a energia perdida: 𝐸𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 = 0,04 ∗ 84,17 = 3,37 𝑀𝑊 Calculando as perdas totais do gerador de vapor: 𝐸𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1 − 0,7588) ∗ 84,17 𝐸𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 20,30 𝑀𝑊 Logo a perda nos gases de exaustão será: 𝐸𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 = 20,30 − 3,37 𝑬𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔 = 𝟏𝟔, 𝟗𝟑 𝑴𝑾