Exercicio de Termo

Lista de Termodinâmica Aplicada\n\nAluno: Carla Vitoria Daitari da Gama\nEngenharia Química - Noite\nRA: 11412657\n\nQuestão 1\n\nR-410\n\nRelato 1: líquido saturado\nT1 = 20ºC\nP1 = 399,6 kPa\nh1 = h2 = 0,000203 m³/kg\nh1 = h2 = 23,24 kJ/kg\n\nBomba: W3 = h1 (P2-P1) = -0,000203(4000-399,6) =\nW3 = -2,891 kJ/kg\n\nRelato 2: saída da caldeira\nV.S.A\nW = 0\nP3 = P2 = 4000 kPa\nh3 = h4 = 1, 342,42 kJ/kg\nM3 = 180,51ºC\nh3 = 439,65 x 8j/kg\n\nRelato 4: T4 = 60ºC > Tsat + 20ºC\nP4 = P1 + condensados\nW = 0\nP4 = 400 kPa\nh4 = 343,58 x 8j/kg\nS4 = 1,32442 x j/kg Continuação da 1\n\nCaldeira: qH = h3-h2 = 439,65 - 31,131 = 408,52 kJ/kg\nTurbina: Wt = h3-h4 = 439,65 - 343,58 = 96,07 kJ/kg\n\nPeso = Wt - Wb1 = 96,07 - 2,891 = 93,18 kJ/kg\nNeto = Peso = 93,18 - 10,228\nqH = 408,56\n\nQuestão 2\n\nRelato 1\nT1 = 45ºC líquidos saturados\nP1 = 9,593 kPa\nh1 = h2 = 188,42 kJ/kg\nV1 = V2 = 0,001010 m³/kg\n\nRelato 2\nP2 = 4000 kPa\nWb = h1-h2\nh2 = h1-Wb\nh2 = 188,42 - (-4,03)\nh2 = 192,45 kJ/kg Continuação da Questão 2\n\nRelatos\nS5 = h6 = 8,1647 kJ/kg > Sv\nPs = 600 kPa\nT5 = 563,73ºC\nhs = 3547,55 kJ/kg\n\nCondensador:\nqL = h1-h6 = 182,42 - 253,19 = -2394,77 kJ/kg\nṁ = qL = 10000 kW => 4,176 kg/s\n\nTurbina:\nWtotal = (h3-h4) + (hs-hc)\nWtotal = (36,74,44 - 3014,36) + (3547,55 - 2583,19)\nWtotal = 1624,44 kJ/kg\n\nWterna = ṁ . W = 4,176 . 1624,44\nẆ = 6783,66 kW\n\nCaldeira:\nqH = (h3-h2) + (hs-h2)\nqH = (3674,44 - 192,45) + (3547,55 - 3014,36)\nqH = 1015,18 kJ/kg\nqH = ṁ qH = 4,176 . 4015,18 = 16767,39 kW Questão 5\n\nEstados 1: Líquido saturado\nP1 = 10 kPa\nh1 = 191,81 kJ/kg\nv1 = 9,01010 m³/kg\n\nEstado 2\nP2 = 1000 kPa\nP2 = P3 = P6\n\nBomba 1:\nWb = v1 (P2 - P1) = -1 kJ/kg\nWb = -0,001010(1000 - 10) = -1 kJ/kg\nWb1 = h1 - h2 -> h2 = h1 - Wb1 = 191,81 - (-1) = 192,81 kJ\n\nEstado 3: Líq. sat\nP3 = P2 = P6 = 1000 kPa\nx3 = 0,00127 m³/kg\nh3 = h0 = 762,79 kJ/kg\n\nEstado 6\nP6 = 1000 kPa\n\nh6 = h5 = 7,204 kJ/kg\nk\nh6 = 3099,68 kJ/kg Comunicação da (3)\n\nm_total = m6\n\ny = (h3 - h2) / (h6 - h5) = (762,79 - 192,81) / (3099,68 - 192,81) = 0,1961\n\nTaxa\nEstado 7: m7 = d5 = 7,204 kJ/kg\n\nPi = P3 = 10 kPa\n\ns7 = s5 = 0,6492 • x7 75010\nx = 0,874\n\nh7 = h2 + x7 he\nh7 = 191,81 + 0,874. 2390,62\nh7 = 2283,13 kJ/kg\n\nPotência turbina W = 5000 W\n\nW = ms • hs • [y • ms] • h6 - [(1 - y) • ms] • h7\n5000 = ms • 4092,43 - (0,1961 • ms) 3099,68 - [(1 - 0,1961) • ms] • 2283\nms = 5000 / 1649,17 = 3,032 kg/s\n\nCondensador\nQ̇L = [(1 + y) • ms] h1 - [(1 - y) • ms] h7\n\nQ̇L = [1 - 0,1961 - 3023] • (h1 - h7)\nQ̇L = 2,14374 (191,81 - 2283,13)\n\nQ̇L = -5097,44 kW R-410\n\nEstado 1: Vapor saturado\nPi = 400 kPa\nh1 = hn1 = 274,89 kJ/kg\ns1 = sv = 1,07979 kJ/kg\n\nEstado 2\n\ns2 = s1 = 1,07979 kJ/kg\nP2 = 2000 kPa\nh2 = 317,43 kJ/kg\n\nEstado 3\nLíquido saturado\nP3 = 2000 kPa\nh3 = 110,11 kJ/kg.\n\nEstado 4\nValvula: h4 = h3 = 110,11 kJ/kg\n\nCompressor: adiabático reversível\nWc = h1 - h2\nWc = 271,89 - 317,43\nWc = -45,54 kJ/kg\n\nDespendido\nP1 = P4\nQ̇L = h1 - h4\nQ̇L = h1 - h2 = 241,29 - 110,11\nQ̇L = 131,18 kJ/kg\nQ̇H = P3\nQ̇H = h3 - h2\nQ̇H = h3 - h4\nQ̇H = 110,11 - 317,43\nQ̇H = 209,32\n\nβ = Q̇H / Wc = 209,32 / 45,54\nβ = 4,55 Questão 6\nCompressor : Relação de compressão = \\frac{P_2}{P_1} = 12\nEstado 1\nT_1 = 300 \\,K\nP_1 = 100 \\,kPa\nEstado 3\nT_3 = 1800 \\,K\nCiclo de Turbina a gás ideal com regenerador:\nY_{c} = 1 - \\frac{T_1}{T_3} \\left( \\frac{P_2}{P_1} \\right)^{\\frac{\\gamma - 1}{\\gamma}} = 1 - \\frac{300}{1800} \\left( (12)^{\\frac{4}{4}} \\right) = 0,661 Questão 5\nEstado 1: Vapor saturado\nT_1 = 100 \\,c\nh_1 = h_v = 1416,9 \\,kJ/kg\nEstado 2: Líquido saturado\nT_2 = 100 \\,c\nh_2 = h_v = 400,64 \\,kJ/kg\nVálvula: h_2 = h_3 = 400,64 \\,kJ/kg\nSaída do evaporador: Vapor saturado\nT_3 = 20 \\,c\nh_4 = h_v = 446,2 \\,kJ/kg\nQ_L = h_2 - h_3 = Q_L = 1460,2 - 400,64 = 759,56 \\,kJ/kg\nQ_H = 3000 \\,kJ/kg\n\\rho = \\frac{Q_L}{Q_H} = \\frac{759,56}{3000} = 0,253 Continuação 4\n\\beta = \\dot{Q}_H \\Rightarrow \\dot{Q}_H = \\beta \\cdot \\dot{W} = 4,55 \\. 2 \\,kW = 9,1 \\,kW\n\\dot{W} = consumo da bomba de calor = 2 \\,kW\n\\dot{S}_f = S_f - S_i = \\dot{Q}_H - \\dot{Q}_L + S_gen\n\\Delta S = 0 \n\\text{ciclo fechado}\n\\dot{S}_f = \\frac{\\dot{Q}_H}{T_{bomb}} - \\frac{\\dot{Q}_L}{T_{asa}} \n\\dot{S}_f = \\frac{9,1}{273,15} - \\frac{7,1}{273,15} = 0,00505 \\,kW/K qL = h1 - h4 = Cp (T1 - T4)\nqL = 1,004 (263,15 - 204) = 59,37 kJ/kg\n\nCompressão: isentrópica sb T2/T1 = (P2/P1)^(k-1/k)\nT2 = 263,15 (400/100)^(3,41-1)/(1,4-1)\nT2 = 391,04 K\n\nwC = h1 - h2 = Cp (T1 - T2)\nwC = 1,004 (263,15 - 391,04)\nwC = - 128,4 kJ/kg\n\nQuestão 8\n\nCiclo Diesel\nEstado 1\nP1 = 90 kPa\nT1 = 290 K\n\nEstado 3\nP3 = 6000 kPa\nT3 = 2400 K\n\nCombustão P3 = P2 = 6000 kPa\nCompressão: isentrópica sb q = 0, s1 = s2\nP2/P1 = (v1/v2)^(k)\n(P2/P1)^(1/k) = (6000/90)^(1/1,4) = 20,08 Continuação 8\n\nRazão de compressão = v1/v2 = 20,08\nT2/T1 = (v1/v2)^(k-1)\nT2 = 290 (20,08)^(1,4-1) = 962,73 K\n\nDemunita: qH = h3 - h2 = Cp (T3 - T2) = 1,004 (2400 - 962,73)\nqH = 1443,02 kJ/kg\n\nP1 v1 = R. T1\nv1 = 0,287.290 = 0,925 m³/kg\n90\nv2 = v4\n\nP3 v3 = P3. T3\nv3 = 0,287.240 = 0,1148 m³/kg\n6000\n\nExpansão isotérmica sb q = 0 sb 3 = 4\nT4/T3 = v3/v4^(k-1) = 2400 (0,1148/0,925)^(1,4-1) = 1041,7 K\n\nRegra de calor: qL = Cv (T1 - T4)\nqL = 0,771 (290-1041,7)\nqL = - 539 kJ/kg\n\nηciclo = qH/qL = 1443,02 - 539/1443,02 = 0,626 Questão 9\nCiclo Stirling\nGás hélice: R = 2,07491 kJ/kg.K; Cv = 3,116 kJ/kg.K\n\nEstado 1:\nP1 = 100 kPa\nT1 = 37°C = 310 K\n\nEstado 2:\nP2 = 500 kPa\nT2 = T1 = 310 K\n\nEstado 3:\nT3 = 1200 K\n\nCompressão sb P2/P1 = v2/v1 = 500/100\n\nRelação de compressão = v4/v3 = 5\nRelação de expansão = v4/v3 = 5\n\n1 + 2 sb Compressão: u2 - u1 = q - w = 0\nu2 = u1, no isotérmico\n\nProcesso isotérmico sb q = w = ∫pdv = R.T1.ln(v2/v1)\nw = 2,07491.310.ln(0,2)\nw = - 1036,31 kJ/kg\n\nCalor rejectado\nTrabalho de compressão Continuação questão 9\n\n2) 3) - Combustão: v2 - v3 -> W = 0\nq = Cv (T3 - T2) = 3,116 (1200 - 310) = -2773,24 kJ/kg\n\n3) 4) - Expansão:\nm1 - m2 = q - W = 0 -> q = W\n\nProcesso isotérmico: q = W = \\int dV = R T3 . ln(v2 / v3)\nq = W = 2,077 1.200 . ln S = \\frac{4011,56 kJ}{kg}\n\n4) 1) - Rejeição do calor:\np4 = p4 -> W = 0\nq = Cv (T1 - T4)\nq = 3,116 (310 - 1200)\nq = -2773,24 kJ/kg\n\nCiclo:\nWliq = W3 - W4 + W1 - W2 = \\frac{4011,56 - 1036,31}{q_{total}} = \\frac{q_{2-3} + q_{5-4}}{\\frac{2773,24 + 4011,56}{q}}\n\nCiclo = 0,439 Questão 10º\nCiclo Atkinson\n\nEstado 1\nP1 = 150 kPa\nT1 = 800 K\n\nRelação de compressão: v1 / v2 = 10 (compressor)\nRelação de expansão: v4 / v3 = 15 (expansão)\n\nCombustão:\nqH = Cv (T3 - T2)\nVolume constante: v2 = v3\n\np2: v2 = R T2\np3: v3 = R T3\n -> T3 = \\frac{6646,9 - 953,57}{p2} = 3167,83\n\nRejeição de calor P1 = P4 -> P4 = 150 kPa\nT3 = 1329,39 K\n\nExpansão: adiabática e reversível -> B3 = B4\nB3 = P4 (15)^{1.4}\n -> B3 = P4 (15)^{1.4} = 150 (15)^{0.6} = 6646,90 kPa\n\nCompressão: adiabática e reversível -> B1 = B2\nT2 / T1 = (v1 / v2)^{k-1}\nT2 = 300 (10)^{0.4} = 753,57 K Continuação 10\n\np2 / p1 = (v1 / v2)^{k}\n\nP2 = 150(10)^{1.4} = 3767,83 kPa\n\nLogo: Combustão:\nqH = Cv (T3 - T2)\nqH = 0,717 (1329,39 - 753,57)\nqH = 412,86 kJ/kg