Exercícios Resolvidos Termodinamica Ciclos Diesel Otto e Brayton

Exercícios de Termodinâmica 2 1 Um motor é acionado a diesel combustível e opera segundo um Ciclo a Gás Alternativo de Compressão por Ignição por Compressão do tipo Diesel As condições de início da compressão são temperatura de 27ºC e uma pressão de 100 kPa O calor é adicionado ao ciclo a uma taxa igual a 184 MJkg e a taxa de compressão é igual a 16 Determine os seguintes itens solicitados a Calcule a temperatura e a pressão máximas do ciclo b Calcule a eficiência térmica do ciclo c Determine a Pressão Média Efetiva PME deste ciclo 2 Um motor é acionado a gasolina e opera segundo um Ciclo a Gás Alternativo de Compressão por Ignição por Centelha do tipo Otto O motor póssui uma taxa de compressão de 75 A relação arcombustível é igual a 30 kg arkg de combustível e o motor utiliza como combustível octana C8H18 gasosa que possui com um Poder Calorífico Inferior PCI igual a 44232 MJkg O ar entra no motor à uma temperatura de 27ºC e com urna pressão de 100 kPa Determine o trabalho produzido por quilograma de ar e a eficiência térmica do motor 3 Em uma turbina a gás acionada segundo um ciclo Brayton de arpadrão o ar entra no compressor a uma temperatura de 27ºC e uma pressão igual a 100 kPa A razão de pressão é igual a 1 O e a temperatura máxima permitida no ciclo é de 1077ºC para não danificar os componentes internos da turbina As eficiências isentrópicas do compressor e da turbina são iguais a 85 e foi detectado que existe um gradiente de pressão perda de carga igual a 27 kPa entre o trajetb da saída dú compressor descarga do compressor e a entrada da turbina Dessa maneira determine os seguintes itens requeridos a Determine a pressão e a temperatura em cada estágio do ciclo termodinâmico b Calcule o trabalho do compressor e da turbina c Calcule a eficiência térmica do ciclo 4 Uma turbina a gás ópera segundo Brayton e recebe ar atmosférico a 100 kPa e 27ºC e comprime este ar de maneira adiabática até 620 kPa em um compressor que possui eficiência isentrópica de 88 O combustível possui um Poder Calorífico Inferior PCI de 44186 kJkg e a relação combustívelar é de 0017 kg combustívelkg ar A eficiência isentrópica da turbina é de 90 Determine o trabalho realizado pela turbina e ô trabalho consumido pelo compressor por unidade de massa e a eficiência térmica do ciclo termodinâmica 5 Devese instalar uma máquina de refrigeração por compressão de vapor operada com amônia NH3 como fluido de trabalho a qual deve manter uma sala a uma temperatura constante igual a To 12ºC Para isso a máquina de refrigeração recebe uma potência de resfriamento de Q 1350 kW A pressão de vaporização é Po 2264 bar O vapor em estado saturado é comprimido em um compressor adiabático com uma eficiência isentrópica de 785 e uma pressão P 11666 bar Depois de ser totalmente condensado de forma isobárica ou seja para o estado de líquido saturado ele é estrangulado adiabaticamente até uma pressão de Po conforme 4 mostrado na Figura Abaixo O condensador é operado com água de resfriamento que entra com temperatura de entrada da água de T 15ºC A água de resfriamento deve ser tratada como um líquido incompressível ideal No movimento de circulação da água não existem quaisquer perdas de carga perda de pressão além disso as varações de energia cinética e potencial são desprezíveis Portanto determine a Esboce o diagrama de mudanças de estado em um diagrama T x s além disso indique claramente as temperaturas To e T ambiente Identifique claramente os estados 1 2 3 e 4 b Calcule o fluxo de massa da amônia c Qual é a potência do compressor Determine o coeficiente de desempenho da máquina de refrigeração por compressão de vapor d A temperatura máxima da água de resfriamento não deve exceder T 27ºC portanto dessa forma qual é a vazão mássica de água rhãgua necessária para realizar esse resfriamento e A temperatura máxima da água de resfriamento não deve exceder T 27ºC portanto dessa forma qual é a vazão mássica de água necessária para realizar esse resfriamento Considere que o calor específico a pressão constante da água é igual a 4187 kJkgK 6 Uma bomba de calor aberta trabalhando com ar conforme mostrado na Figura 5 Abaixo é composta por um compressor adiabático com eficiência isentrópica de 89 um trocador de calor no qual o ar comprimido libera calor para um circuito de água e uma turbina adiabática com eficiência isentrópica de 89 O compressor e à turbina são conectados mecanicamente O ar atmosférico é introduzido no compressor com uma pressão p 1 1 bar Ti 0ºC e comprimido para P2 4 2 bar No trocador de calor o ar e resfriado até T 3 85ºC enquanto a pressão diminui para P 405 bar Na N turbina o ar se expande até P4 1 bar O ar pode ser modelado como um gás ideal com Cp 1004 kgkgK e R 0287 kgkgK Dentro do trocador de calor a água é aquecida de Tentrada agua 70ºC para Tsaiagua 90ºC O calor específico a pressão constante da água capacidade calorífica é igual a 419 kJkgK A água pode ser tratada como um líquido incompressível ideal Dessa forma determine os seguintes parâmetros solicitados a Calcule a temperatura no Ponto 2 T2 b A água é fornecida com um fluxo de calor QH 1 MW dentro do trocador de calor portanto qual é a vazão mássica de ar e de água c Esboce o perfil de temperatura dos fluxos dos dois fluidos na entrada e saída do trocador de calor em relação da entalpia específica do ar d Calcule o consumo de energia do compressor e a potência liberada pela turbina Que potência é efetivamente necessária para fazer a bomba de calor funcionar Qual é o coeficiente de desempenho da bomba de calor e Calcule o fluxo de exergia que é absorvido pela água bem como a eficiência exergética da bomba de calor aberta