Terceira Lista de Termo Resolvida

4ª QUESTÃO:\nVapor de água se expande em uma turbina em um processo em regime permanente a uma vazão de 40.000 kg/h, entrando a 8 MPa e 500ºC e saindo a 40 kPa como vapor saturado. Considerando que a potência gerada pela turbina é de 8,2 MW e que a temperatura da vizinhança é 26,85ºC, determinar:\n4.1. A temperatura de saída da turbina (°C); RESPOSTA: 75,87 ºC\n4.2. A taxa de calor trocado entre a turbina e a vizinhança (kW); RESPOSTA: -260,3 kW\n4.3. A taxa de geração de entropia nesse processo (kW/K); RESPOSTA: 11,4 kW/K\nRepresentar o processo em um diagrama (T x s) com valores numéricos. Representar as linhas de mudança de fase ou de saturação. 2ª QUESTÃO:\nClassificar as afirmações abaixo como sendo (F) falsas ou (V) verdadeiras. Justificar as afirmações abaixo, quando (F) falsas:\n2.1. ( ) A variação da entropia das vizinhanças em um processo adiabático é igual a zero.\n2.2. ( ) Em um processo reversível, a variação total de entropia sempre é positiva.\n2.3. ( ) Um processo com variação de entalpia negativa e variação de entropia positiva é espontâneo a qualquer temperatura.\n2.4. ( ) A maior parte dos líquidos têm, aproximadamente, a mesma entropia molar de vaporização.\n2.5. ( ) Os únicos processos que podem ocorrer são aqueles para os quais a entropia de um sistema fechado aumenta.\n2.6. ( ) Eficiências isentrópicas envolvem a comparação entre o desempenho real do equipamento e o desempenho que seria atingido em condições idealizadas para o mesmo estado inicial e a mesma pressão de saída.\n2.7. ( ) A integral δQ/T possui o mesmo valor para qualquer processo internamente reversível entre dois estados.\n2.8. ( ) Quando um sistema fechado, submetido a um processo irreversível, transfere energia sob a forma de calor para as vizinhanças, o sistema experimenta um aumento de entropia.\n\n3ª QUESTÃO:\nVapor de água entra em um bocal adiabático a 2,5 MPa e 450ºC com uma velocidade de 55 m/s, saindo a 1 MPa e 390 m/s. Considerando que o bocal tem uma área de entrada igual a 6 cm², determinar:\n3.1. a vazão mássica (kg/s); RESPOSTA: 2,53 x 10³ kg/s\n3.2. a temperatura com que a água sai do bocal (°C); RESPOSTA: 405,8ºC\n3.3. a taxa de geração de entropia desse processo (kW/K). RESPOSTA: 7,78 x 10^-4 kW/K\nRepresentar os processos em um diagrama (T x s) com valores numéricos. Representar as linhas de mudança de fase ou de saturação. Valor: 6 PONTOS\nDATA DE ENTREGA: __/__/2018\n\n1ª QUESTÃO:\nVapor é expandido em uma turbina isentrópica com uma única entrada e uma única saída. Na entrada, o vapor está a 2 MPa e 360ºC. A pressão do vapor na saída é 100kPa. Determinar:\n1.1. O trabalho produzido pela turbina (kJ/kg); RESPOSTA: 620,9 kJ/kg\n1.2. A temperatura do fluido na saída (°C). RESPOSTA: 99,63ºC\n\nConsidere agora uma eficiência isentrópica equivalente a 90% para essa turbina. Determinar:\n1.3 O novo valor de potência gerado pela turbina (kJ/kg); RESPOSTA: 558,8 kJ/kg\n1.4 A entropia gerada no processo de expansão (kJ/kg*K). RESPOSTA: 0,1666 kJ/kg*K\n\nRepresentar os processos em um diagrama (T x s) com valores numéricos. Representar as linhas de mudança de fase ou de saturação. 6ª QUESTÃO: Uma máquina, que opera segundo um ciclo de Carnot utiliza água como fluido de trabalho. O estado da água varia de líquido saturado a 20°C para vapor saturado a 200°C no processo de adição de calor do ciclo. Calor é rejeitado da máquina num processo isotérmico e isotrópico a 20 kPa. Esta máquina térmica aciona um refrigerador, baseado no ciclo de Carnot, que opera entre reservatórios térmicos que apresentam temperaturas iguais a (-15°C) e 20°C. Determinar: 6.1. O calor transferido para a água por quilograma de fluido de trabalho (kJ/kg); RESPOSTA: 1.940,7 kJ/kg 6.2. A transferência de calor para a água da máquina térmica de modo que o refrigerador remova 1 kJ do reservatório a (-15°C) (kJ). RESPOSTA: 0,39 kJ Representar os processos em um diagrama (T x s) com valores numéricos. Representar as linhas de mudança de fase ou de saturação. Lista 3 D S T Q Q S S 1) Turbina -> Q:0, W:10 isentrópica -> entropia constante Vap. Superior: P: 1mpa T: 360°C ent. h1: 2159,10 KJ/kg Δ1: 1,8026 Δf: 6,98 x: 6,93-1,8026 = 0,929 y: 6,0568 1.1) Trabalho produzido pela turbina: (W) : h1-h2 -> 2159,10 - 2587,79 = 624,43 KJ/kg 1.2) Temperatura do fluido ao saída: T2: 99,63°C 1.3) Máx potência gerada pela turbina -> DADO: η: 90% η = W1/ṁ -> W1 = η*(W/ṁ) 0,90*624,43 = 561,29 1.4) Entropia gerada no processo W1: (h1-h2) : h1: W1 = 2159,10 - 559,29 -> h2 = 1598,83 KJ/kg x0: h2-h1 -> 2593,23-2144,16 = 0,8665 h2/h: 2059 Δs: Δs: Δs = 0,8665 = 2,49-1,3096 Δs: 4,196 6,0568 Δ = 4,156 + 6,93 = 0,166 KJ/KgK 1) Processo adiabático -> Q:0 Energia: - Processo irreversível: Se-Se-O 2) Processo reversível: variação de entropia (s) = zero 3) Quando ΔS<0 e ΔP>0 -> processo insustentável 4) Sistemas têm -> indução como de vaporização 5) Em processo reversível, a entropia no sistema se conserva. E adiabático (Q=0) e gera um regime permanente dS = dQ + ∫m(Se-Sc) = 0: m(Se-Sc) 6) Eficiência (η) = Wreal / Wideal 7) Se (x) é o mesmo valor de qualquer processo intenso,... 8) Sistema fechado, internamente reversível representa diminuição de entropia pois o calor rejeitado do sistema (ΔSo<0) 3) Rua de água no local (z=0 e W=0) Entre adiabático (0) \nPi = 25 MBa. \nT = 450°C \nVel = 55 m/s \nA1 = 6 cm² = 6 x 10⁻⁴ m² \nA2 = 7.1746 \n3.1) Vazão mássica \nṁ = A Vel = πR² Vel \n= 0.00055 = 0.953 kg/s \n0.13014 \n3.2) Temperatura que a água vai do local \nO: (ha-h2) + ((V1²-V2²)/2000) \n-> h1-h2 = 199.55 = \n-> h2 = 3976.26 \nhe = 3976.26 \n3.3) Taxa de geração de entropia \nul = ṁ (S2-S1) = 0.953 (4.4822-4.1746) => Ṡ = 4.78 x 10⁻² kW/K 4) Turbina (Q=0 W=0) \nRegime permanente (Steady) \nVapo de água ṁ= 40000 Kg/h = 11.11 Kg/s \nV. Superaquecido \nPi = 8 MBa \nTi = 500°C \nb) To: 75.87°C \nho: 2636.8 \nW = 9200 KW \n4.1) Tempo de saída da turbina -> To: 75.87°C \n4.2) Taxa de calor trocado entre a turbina e a vizinhança \nQ = W + ṁ (ha-h1) \nQ = 9200 + 11.11(2636.8 - 3398.3) \nQ = 260.065 KW \n4.3) Taxa de geração de entropia \n(Ṡ = ṁ (S2-S1) = 11.11 (7.67 - 6.74) = 10.51 kW/K) 5) Água de água Super-v \nP2= 800 kPa \nT2= 150°C \n-> 95°C \nQ̇ = 1200 kJ/min = 20 k/s \nÁgua líquida \nT0= 0°C \nP0= 200 kPa \nṁ = 40 Kg \nṁ2 = 0.5 kg/s \n5.1) Razão mística de vapor superaqueçido (ṁ3) = ? \nṁ3 = ṁ1 + ṁatQ \n(ṁ2-ṁ1)ha = ṁha + Q \n(15.13) + (15-23.36) + (ṁ3 - 2762.7) + 20 \nṁ2 = 0.158 Kg/s \n=> ṁ3 = 0.658 \n5.2) Taxa de geração de entropia nesse processo \nQ̇ = Q + ṁ1S1 + ṁ2S2 + ṁ3S3 \nQ̇2 = -90 - (0.5-0.966) - (0.158 * 0.979) - (2.658 - 0.2312) \n= 0.15205 KW/K T(°C)\n\n150\n\n60\n\n00\n\nS\n\n( kj/kg )\n\nS= 81.9066\nS= 81.0631/2\n\nS= 17.7985