P3 - Termodinâmica 2021-2

Terceira Prova de Termodinâmica de 2021/2. Data: 26/01/2022. Sem consulta. Sem celular/smartphone ou similar. Duração Prevista: 2,0 horas. Só serão consideradas respostas devidamente justificadas e resumidas nesta folha. Nome: PEDRO FURTADO AZER Questão 1 (5,0 pontos) Uma aeronave turbojato voa com velocidade 250 m/s a uma altitude onde o ar está a pressão de 35 kPa a -40 ◦C. Essa aeronave é construída de forma que os componentes operam em regime permanente com uma entrada e uma saída. Além disso, considera-se que a quantidade de traba- lho específico produzido pela turbina é considerado igual ao trabalho específico consumido pelo compressor (todos reais). Os componentes do turbojato formam os seguintes processos: • 1 → 2 : Compressão adiabática reversível em um difusor; • 2 → 3 : Compressão adiabática num compressor com razão de compressão rp = 8 e eficiência isentrópica ηc = 0,85; • 3 → 4 : Absorção isobárica de calor (do reservatório quente) até à temperatura T4 = 450 ◦C; • 4 → 5 : Expansão adiabática numa turbina (ηt = 0,9); • 5 → 6 : Expansão adiabática reversível em um bocal até a pressão original; • 6 → 1 : Rejeição isobárica de calor (do reservatório frio); O ar pode ser tratado como gás ideal (k = 1,4 e cp = 1kJ/kgK) e as hipóteses de padrão de ar frio podem ser aplicadas. A partir destas informações, obtenha: a. (1,0) A pressão (kPa), temperatura (◦C) e o volume específico (m3/kg) em todos os pontos. b. (1,0) A velocidade de saída do bocal, assim como a energia cinética específica do difusor e do bocal; c. (1,5) Os trabalhos específicos no compressor, wc, e na turbina, wt, junto com os calores espe- cíficos fornecido, qH, e rejeitado, qL; d. (1,5) A entropia gerada em todos os processos e no sistema todo (também específica). Para calcular o último item, suponha que as temperaturas dos reservatórios quente e frio são iguais às temperaturas máxima e mínima do ciclo. Terceira Prova de Termodinâmica de 2021/2. Data: 26/01/2022. Sem consulta. Sem celular/smartphone ou similar. Duração Prevista: 2,0 horas. Só serão consideradas respostas devidamente justificadas e resumidas nesta folha. Nome: PEDRO FURTADO AZER Questão 2 (5,0 pontos) Considere um ciclo de potência operando com ar (gás ideal) numa câmara fechada com um pistão móvel. No ponto inicial do ciclo, o fluido está a temperatura Ti e volume específico 2vmin. As propriedades do ar (cp, cv, R e k) são conhecidas e constantes. O ciclo troca calor com dois reser- vatórios: o ambiente externo (a temperatura Te) e a fonte quente (a temperatura Th). Os processos que compõem o ciclo são: • 1 → 2 : Compressão adiabática da pressão inicial até o volume específico vmin; • 2 → 3 : Fornecimento isocórico de calor; • 3 → 4 : Expansão adiabática em uma turbina até o volume específico 4vmin • 4 → 1 : Rejeição isotérmica de calor para o ambiente; Sabendo que Ti, vmin, Te e Th, assim como as propriedades do gás, são conhecidas, responda aos itens abaixo: a. (1,0) Calcule todas as temperaturas e pressões do ciclo. b. (1,0) Calcule o trabalho total de compressão wc e de expansão we realizados pelo ciclo, em kJ/kg. c. (2,0) Calcule também o total de calor fornecido qH e o total de calor rejeitado ao ciclo qL, em kJ/kg, assim como a eficiência do ciclo. d. (1,0) Calcule a entropia gerada pelo ciclo sg em kJ/(kg.K). Formulario dE. . —=0O-W dt Q dU... —=0-W dt Q dU = 6Q-6W du = 6q-dw du. a7” AU=Q-W Au=q-w Ow =pdv OW = pdV H=U+pVv pV =mRT R= ae M C -(3) »=(== aT), -(=) “~~ lar}, pv” =constante