Exercícios - Termodinâmica 2 2021-2

EXERCÍCIOS PARA ENTREGA Questão 1 - Uma mistura estequiométrica de combustível e ar apresenta uma liberação de calor, no processo de combustão, aproximadamente igual a 1800 kJ/kg de ar. Para modelar um motor real de ignição por centelha que usa tal mistura, consideremos um ciclo de ar-padrão Otto que tem um ganho de calor de 1800 kJ/kg de ar e uma relação de compressão igual a 7. Admitindo que a pressão e a temperatura, no início do processo de compressão, sejam iguais a 90 kPa e 10 oC e que ,0 717 vc = kJ/kg.K e 4,1 k = (análise de ar-padrão frio) determine: a) A pressão e a temperatura máximas do ciclo em kPa e K, respectivamente, b) A eficiência térmica do ciclo e c) A pressão média efetiva em kPa. Questão 2 – Usualmente, a bwr de sistemas de potência a vapor é da ordem de 1% a 2%, enquanto a bwr de sistemas de potência a gás é da ordem de 40% a 60%. Qual a justificativa para tal diferença? Questão 3 – Utilizando o ciclo combinado gás-vapor da figura abaixo: a) Mostre que a eficiência térmica do ciclo combinado cc η pode ser expressa como v , g v g cc η η η η η − + = onde g η é a eficiência térmica do ciclo de potência a gás e v η é a eficiência térmica do ciclo de potência a vapor, b) Usando esta relação, determine a eficiência térmica de um ciclo combinado que consiste em um ciclo superior de turbina a gás com uma eficiência térmica de 40% e um ciclo inferior de turbina a vapor com uma eficiência térmica de 30%, c) Utilizando a expressão v , g v g cc η η η η η − + = prove algebricamente que o valor de cc η é maior que o valor de g η ou v, η ou seja, o ciclo combinado é mais eficiente que os ciclos de turbina a gás ou a vapor isolados. Questão 4 – Uma usina térmica utilizando uma turbina a gás regenerativa é mostrada na figura abaixo. Ar entra no compressor a 1 bar, 27 oC, com uma vazão mássica de 0,562 kg/s e é comprimido até 4 bar. A eficiência isoentrópica do compressor é 80% e a eficiência do regenerador é 90%. Toda a potência desenvolvida pela turbina de alta pressão é utilizada para acionar o compressor. A turbina de baixa pressão fornece a potência líquida de saída. Cada turbina possui uma eficiência isoentrópica de 87% e a temperatura na entrada da turbina de alta pressão é 1200 K. Utilizando uma análise de ar- padrão frio e considerando que 4,1 k = e ,1 0035 cp = kJ/kg.K, determine: a) as hipóteses de solução do problema, b) a temperatura do ar nos estados 2, 3, 5, 6 e 7, em K, c) a potência líquida produzida na turbina de baixa pressão, em kW, d) a eficiência térmica da usina.