·
Engenharia Mecânica ·
Máquinas Térmicas
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LISTA AVALIATIVA Orientações 1 A lista deve ser entregue até o dia 18112022 via PORTAL DO ALUNO devendo ser feito individualmente resolvida em folha A4 sem pauta e todos os exercícios que tiverem cálculos devem ter suas contas escritas na folha A4 2 Conforme estatuto do aluno qualquer plagio ou cópia irá implicar em nota zero para os alunos envolvidos 3 O peso do trabalho é de 10 pontos Observações Configurase plágio tudo aquilo que é copiado sem fazer a devida citação da fonte Mesmo que seja plágio parcial apenas parte do trabalho é considerado pela Instituição como improbidade na execução de trabalhos escolares trabalhos avaliativos TCC etc Além disso plágio ou improbidade na execução de trabalhos escolares está previsto no Regimento Interno da Instituição na parte em que trata do regime disciplinar devendo o aluno ter a devida sanção disciplinar Solicita se assim que antes da entrega de trabalhos de pesquisa TCC etc ao professorinstituição o aluno revise todo o material para que sejam evitados transtornos problemas Compete ao professor verificar se houve plágio no trabalho entregue pelo aluno apenas no momento da entrega final por parte do discente não cabendo portanto essa função ao docente nas análises intermediárias do trabalho Caso o aluno não tenha cursado a disciplina de Metodologia de Pesquisa ou correspondente e não souber como fazer citação de fonte de pesquisa que consulte o Manual de Normas Técnicas da MULTIVIX que se encontra disponível no Portal Acadêmico eou consulte a Bibliotecária da Instituição São considerados métodos fraudulentos em trabalhos avaliativos e em trabalhos de conclusão de curso devendo ser atribuída à nota zero ao aluno na atividade I cópias de internet II compras de trabalhos acadêmicos III cópias de parágrafos de livrosapostilas sem citação da fonte e IV cópias de trabalhos de colegas com penalidades para todos os envolvidos No caso de o professor identificar as situações acima nos trabalhos avaliativos deve adotar os seguintes procedimentos I dar nota zero ao aluno justificando na capa o motivo e assinando embaixo Se o trabalho for em grupo todos devem receber a nota zero II em hipótese alguma aplicar um novo trabalho ou dar uma nova oportunidade ao aluno que fez uso de métodos fraudulentos Exercícios QUESTÃO 1 Considere a turbina a gás regenerativa a ar mostrada na Figura abaixo O ar entra no compressor a 1 bar 27 C saindo a 4 bar A eficiência isentrópica do compressor é 80 e a efetividade do regenerador é 90 A potência líquida é 97 kW A temperatura do ar na entrada da turbina de alta pressão é 1200 K Ambas as turbinas têm eficiência isentrópica de 87 Calcule a A vazão mássica de ar em kgs 15 pontos b A eficiência térmica do ciclo em 08 pontos C A temperatura que o ar sai para a atmosfera em C 07 pontos QUESTÃO 2 Considere uma planta de cogeração com turbina a vapor de contrapressão O vapor entra na turbina a 25 bar e 330 C e sai a 2 bar e 140 C A maior parte do vapor que sai da turbina vai para um processo industrial de onde volta condensada a 60 C e 1 bar A outra parte vai para um aquecedor regenerativo do tipo aberto desaerador que opera a 2 bar A água sai do desaerador como líquido saturado a 2 bar A demanda de vapor para o processo industrial é 32 kgs Considerando uma eficiência isentrópica de 85 nas bombas e desprezando as perdas de pressão na caldeira e no desaerador obtenha a O desenho esquemático da planta 05 pontos b A eficiência isentrópica da turbina em 10 ponto c A vazão mássica do vapor na entrada da turbina em kgs 15 pontos d A vazão mássica de combustível na caldeira em kgs Considere que o combustível é o metano gasoso e que a eficiência energética da caldeira é 92 10 ponto e A eficiência energética da planta de cogeração em 10 ponto QUESTÃO 3 Considere um ciclo combinado de cogeração com turbina a vapor de contrapressão O processo industrial a turbina as bombas e o desaerador são os mesmo da questão anterior O ar entra na caldeira de recuperação a 527 C e saem a 127 C A eficiência isentrópica da turbina é 90 e a do compressor é 80 A relação de pressão é 12 O ar entra no compressor a 1 bar e 27 C Desconsiderando a perdade pressão na câmara de combustão e na caldeira de recuperação a Faça o desenho esquemático da planta 05 pontos b Calcule a eficiência do ciclo de cogeração em 15 pontos QUESTÃO 2 a CALDEIRA TURBINA PROCESSO AQUECEDOR ABERTO BOMBA 2 BOMBA 1 b 1 Vapor superaquecido P1 25 bar T1 330 ºC h1 307780 kJkg s1 674569 kJkgK 2 Vapor superaquecido P2 2 bar T2 140 ºC h2 273872 kJkg s2s s1 mistura liquidovapor h2s 262507 kJkg ηT Wreal Ws h1 h2 h2 h2s ηT 307780 273872 075 307780 262507 ηT 75 c 4 Líquido comprimido P4 1 bar T4 60 ºC h4 25082 kJkg s4 08313 kJkgK 7 Líquido saturado P7 2 bar h7 561558 kJkg s7 167342 kJkg 5 P5 2 bar s5 s4 h5 250914 kJkg hs h5 h4 ηb h4 hs 250914 25092 25082 085 hs 25093 kJkg Balanço de massa do aquecedor 0 ṁ5 ṁc ṁ1 como ṁ5 ṁ3 e ṁ2 ṁj 0 ṁ3 ṁc ṁ1 ṁ6 ṁ1 ṁ3 Balanço de energia do aquecedor 0 ṁc h6 ṁ5 h5 ṁ1 h7 0 ṁ1 ṁ3 h6 ṁ3 h5 ṁ1 h7 como h6 h2 0 ṁj h2 h7 ṁ3 h2 h5 ṁj ṁ3 h2 h5 h2 h7 ṁ1 32 273872 25093 273872 561558 ṁ1 36 kgs d 8 Líquido comprimido P8 25 bar s8 s7 h8 564023 kJkg ηb Ws Wreal h8 h7 h8 h7 h8 h8s h7 ηb h7 h8 564023 561558 085 561558 h8 564458 kJkg Balanço de energia da caldeira água 0 Qcold ṁ1 h8 h1 Qcold ṁ1 h1 h8 Qcold 36 307780 564458 Qcold 904803 kW PCI metano 50050 kJkg Tabela A27 do Çengel Qcomb Qcold ηcold ṁcombPCI ṁcomb Qcold ηcoldPCI ṁcomb 904803 092 50050 ṁcomb 1965 kgs e Balanço de energia do processo 0 Qp ṁ3 h3 h4 Qp ṁ3 h4 h3 ṁ3 h4 h2 Qp 32 25082 273872 Qp 796128 kW Eᵥ 1 Qsai Qentra Eᵥ 1 Qp Qcold Eᵥ 1 796128 904803 012 Eᵥ 12 QUESTÃO 3 a Flow diagram showing streams Compressor 9 to Câmara de combustão 10 Câmara de combustão to Turbina 11 Turbina 12 to Caldeira de Recuperação 1 Caldeira de Recuperação 13 Caldeira de Recuperação to Turbina 2 Turbina 3 to Processo 4 Processo to Bomba 1 5 Bomba 1 to Aquecedor Aberto 6 Aquecedor Aberto to Bomba 2 7 Bomba 2 to Caldeira de Recuperação 8 b 12 T12 527 C 800 K h12 82195 kJkg Pr12 4775 s12 271787 kJkg 13 T13 127 C 400 K h13 40098 kJkg Considerando Qcald da QUESTÃO 2 o calor perdido pelo ar ao passar pela caldeira de recuperação é dado por Qcaldar marh13 h12 Qcald marh13 h12 então Mar Qcald h13 h12 Mar 904803 40098 82195 Mar 215 kgs P10P9 Pr10Pr9 Pr10 Prg P10P9 Prg rP Pr10 13860 12 Pr10 16632 h10s 60667 kJkg ηC h10s hg h10 hg h10 h10s hg ηC hg h10 60667 30019 080 30019 h10 68329 kJkg Balanço de energia da câmara de combustão 0 Qcc marh10 h11 Qcc marh11 h10 Qcc 215 170296 68329 Qcc 21922905 kW Eficiência do ciclo de cogeração η 1 Qsai Qentra η 1 P Qcc η 1 796128 21922905 064 η 64
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sejam evitados transtornos problemas Compete ao professor verificar se houve plágio no trabalho entregue pelo aluno apenas no momento da entrega final por parte do discente não cabendo portanto essa função ao docente nas análises intermediárias do trabalho Caso o aluno não tenha cursado a disciplina de Metodologia de Pesquisa ou correspondente e não souber como fazer citação de fonte de pesquisa que consulte o Manual de Normas Técnicas da MULTIVIX que se encontra disponível no Portal Acadêmico eou consulte a Bibliotecária da Instituição São considerados métodos fraudulentos em trabalhos avaliativos e em trabalhos de conclusão de curso devendo ser atribuída à nota zero ao aluno na atividade I cópias de internet II compras de trabalhos acadêmicos III cópias de parágrafos de livrosapostilas sem citação da fonte e IV cópias de trabalhos de colegas com penalidades para todos os envolvidos No caso de o professor identificar as situações acima nos trabalhos avaliativos deve adotar os 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um processo industrial de onde volta condensada a 60 C e 1 bar A outra parte vai para um aquecedor regenerativo do tipo aberto desaerador que opera a 2 bar A água sai do desaerador como líquido saturado a 2 bar A demanda de vapor para o processo industrial é 32 kgs Considerando uma eficiência isentrópica de 85 nas bombas e desprezando as perdas de pressão na caldeira e no desaerador obtenha a O desenho esquemático da planta 05 pontos b A eficiência isentrópica da turbina em 10 ponto c A vazão mássica do vapor na entrada da turbina em kgs 15 pontos d A vazão mássica de combustível na caldeira em kgs Considere que o combustível é o metano gasoso e que a eficiência energética da caldeira é 92 10 ponto e A eficiência energética da planta de cogeração em 10 ponto QUESTÃO 3 Considere um ciclo combinado de cogeração com turbina a vapor de contrapressão O processo industrial a turbina as bombas e o desaerador são os mesmo da questão anterior O ar entra na caldeira de recuperação a 527 C e saem a 127 C A eficiência isentrópica da turbina é 90 e a do compressor é 80 A relação de pressão é 12 O ar entra no compressor a 1 bar e 27 C Desconsiderando a perdade pressão na câmara de combustão e na caldeira de recuperação a Faça o desenho esquemático da planta 05 pontos b Calcule a eficiência do ciclo de cogeração em 15 pontos QUESTÃO 2 a CALDEIRA TURBINA PROCESSO AQUECEDOR ABERTO BOMBA 2 BOMBA 1 b 1 Vapor superaquecido P1 25 bar T1 330 ºC h1 307780 kJkg s1 674569 kJkgK 2 Vapor superaquecido P2 2 bar T2 140 ºC h2 273872 kJkg s2s s1 mistura liquidovapor h2s 262507 kJkg ηT Wreal Ws h1 h2 h2 h2s ηT 307780 273872 075 307780 262507 ηT 75 c 4 Líquido comprimido P4 1 bar T4 60 ºC h4 25082 kJkg s4 08313 kJkgK 7 Líquido saturado P7 2 bar h7 561558 kJkg s7 167342 kJkg 5 P5 2 bar s5 s4 h5 250914 kJkg hs h5 h4 ηb h4 hs 250914 25092 25082 085 hs 25093 kJkg Balanço de massa do aquecedor 0 ṁ5 ṁc ṁ1 como ṁ5 ṁ3 e ṁ2 ṁj 0 ṁ3 ṁc ṁ1 ṁ6 ṁ1 ṁ3 Balanço de energia do aquecedor 0 ṁc h6 ṁ5 h5 ṁ1 h7 0 ṁ1 ṁ3 h6 ṁ3 h5 ṁ1 h7 como h6 h2 0 ṁj h2 h7 ṁ3 h2 h5 ṁj ṁ3 h2 h5 h2 h7 ṁ1 32 273872 25093 273872 561558 ṁ1 36 kgs d 8 Líquido comprimido P8 25 bar s8 s7 h8 564023 kJkg ηb Ws Wreal h8 h7 h8 h7 h8 h8s h7 ηb h7 h8 564023 561558 085 561558 h8 564458 kJkg Balanço de energia da caldeira água 0 Qcold ṁ1 h8 h1 Qcold ṁ1 h1 h8 Qcold 36 307780 564458 Qcold 904803 kW PCI metano 50050 kJkg Tabela A27 do Çengel Qcomb Qcold ηcold ṁcombPCI ṁcomb Qcold ηcoldPCI ṁcomb 904803 092 50050 ṁcomb 1965 kgs e Balanço de energia do processo 0 Qp ṁ3 h3 h4 Qp ṁ3 h4 h3 ṁ3 h4 h2 Qp 32 25082 273872 Qp 796128 kW Eᵥ 1 Qsai Qentra Eᵥ 1 Qp Qcold Eᵥ 1 796128 904803 012 Eᵥ 12 QUESTÃO 3 a Flow diagram showing streams Compressor 9 to Câmara de combustão 10 Câmara de combustão to Turbina 11 Turbina 12 to Caldeira de Recuperação 1 Caldeira de Recuperação 13 Caldeira de Recuperação to Turbina 2 Turbina 3 to Processo 4 Processo to Bomba 1 5 Bomba 1 to Aquecedor Aberto 6 Aquecedor Aberto to Bomba 2 7 Bomba 2 to Caldeira de Recuperação 8 b 12 T12 527 C 800 K h12 82195 kJkg Pr12 4775 s12 271787 kJkg 13 T13 127 C 400 K h13 40098 kJkg Considerando Qcald da QUESTÃO 2 o calor perdido pelo ar ao passar pela caldeira de recuperação é dado por Qcaldar marh13 h12 Qcald marh13 h12 então Mar Qcald h13 h12 Mar 904803 40098 82195 Mar 215 kgs P10P9 Pr10Pr9 Pr10 Prg P10P9 Prg rP Pr10 13860 12 Pr10 16632 h10s 60667 kJkg ηC h10s hg h10 hg h10 h10s hg ηC hg h10 60667 30019 080 30019 h10 68329 kJkg Balanço de energia da câmara de combustão 0 Qcc marh10 h11 Qcc marh11 h10 Qcc 215 170296 68329 Qcc 21922905 kW Eficiência do ciclo de cogeração η 1 Qsai Qentra η 1 P Qcc η 1 796128 21922905 064 η 64