Avaliação 1 - Termodinâmica II

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
TERMODINÂMICA II – DEM1013 
 
ATIVIDADE AVALIATIVA I 
Professor: Thompson Lanzanova 
Aluno: 
Matrícula: 
OBS 1: APRESENTE A RESOLUÇÃO DO PROBLEMA A LÁPIS E A LETRA E O RESULTADO A 
SEREM CONSIDERADOS EM CANETA AZUL. NÃO APRESENTAR O RESULTADO DESSA 
MANEIRA RESULTARÁ EM PERDA DE 50% DA NOTA DA QUESTÃO. 
OBS 2: Utilize o último os três últimos números da sua matrícula como x y z. Quando 
necessário, troque esses números para achar o valor a ser utilizado na sua resolução da prova. 
Por exemplo: matrícula “1234560823” x=8 , y=2 , z=3... para um número 2x,yz (como da 
questão 1), o valor a ser utilizado será 28,23. 
OBS 3: UTILIZE OS VALORES DAS PROPRIEDADES DADAS PELO COOLPROP. NÃO SERÃO 
ACEITOS RESULTADOS OBTIDOS ATRAVÉS DE OUTRAS TABELAS TERMODINÂMICAS. 
1 - Em uma turbina a vapor, vapor a 2x,yz bar, 360 °C é expandido para 0,08 bar. Em seguida, 
ele entra em um condensador, onde é condensado em água líquida saturada. A bomba retorna 
a água para a caldeira. Assuma os processos ideais, encontre: 
a. trabalho líquido por kg de vapor 
b. eficiência do ciclo. 
 
2 - Podemos atribuir uma temperatura média de 7xy °C para um dado processo de rejeição de 
calor. 
c. Qual é a máxima eficiência térmica possível para um ciclo térmico operando entre essa 
temperatura e uma temperatura ambiente de 273 K? 
d. Quais devem ser os processos termodinâmicos envolvidos nessa máquina térmica para 
que ela alcance eficiência máxima? Desenhe um diagrama T-s esquematizando 
apontando onde ocorre cada processo termodinâmico; 
e. Supondo que essa máquina térmica opere segundo o ciclo de Carnot, e rejeite 500 W 
de calor em sua fonte quente. Qual é a quantidade de calor dissipada na fonte fria? 
f. Como podemos aumentar a eficiência dessa máquina térmica? 
g. O que é necessário para alcançar eficiência de 100 nessa máquina térmica? 
 
3 - Um ciclo Rankine ideal opera entre as pressões de P1 = 100 +x+y kPa, e P2 = 2,8 MPa; A 
temperatura do vapor na entrada da turbina é de 400 °C - xy. 
h. Esquematize uma planta de uma máquina térmica que opere segundo esse ciclo e 
aponte os componentes; 
i. Determine os estados termodinâmicos de cada ponto do processo e apresente-os em 
uma tabela; 
j. Desenhe um diagrama T-s e aponte os processos envolvidos no ciclo em questão, e a 
fase que o fluido de trabalho se encontra em cada ponto do ciclo; 
k. Determine os trabalhos e quantidades de calor envolvidas no processo; 
l. Determine a eficiência termodinâmica desse ciclo; 
m. Descreva três maneiras de como podemos aumentar a eficiência desse ciclo e 
esquematize em um diagrama T-s. 
n. Calcule as temperaturas médias dos eventos de troca de calor do ciclo como Tmédia= 
(Tfinal do processo + Tinício do processo)/2 . Calcule a eficiência de Carnot para essas 
temperaturas. 
 
4 - Com os mesmos dados do ciclo Rankine ideal anteriormente utilizado, adicione uma etapa 
de reaquecimento, com pressão de reaquecimento de Preaq=P2/5+yz. 
o. Calcule os estados termodinâmicos; 
p. Determine os valores de trabalho e calores trocados nos processos; 
q. Calcule a eficiência térmica desse ciclo; 
 
 
5 - Considere uma turbina a gás que recebe o calor rejeitado da máquina térmica do problema 
3. O compressor é alimentado com ar ambiente a pressão atmosférica de 100 kPa e 
temperatura T = yz °C . A razão de pressões do compressor é de 16, e a razão de consumo de 
trabalho ( ou backwork ratio bwr) é de 0,4. Utilize as hipóteses de ciclo padrão a ar frio, com 
razão de calores específicos igual a 1,4. 
r. Faça um diagrama esquemático da planta de cogeração em questão; 
s. Descreve os processos termodinâmicos envolvido em um ciclo ideal de uma turbina a 
gás; 
t. Calcule os estados termodinâmicos ao final de cada processo; 
u. Calcule a eficiência de operação dessa turbina a gás; 
 
6 - Um motor Otto opera com uma razão de compressão de 12, e tem adição de calor de “xyz” 
kJ/kg por ciclo. O ar é admitido a temperatura ade 40 °C e pressão de 
100 kPa. Considerando o ciclo padrão a ar frio (cp/cv=1,4), determine: 
v. Esquematize o diagrama P-v do ciclo; 
w. a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo; 
x. o trabalho líquido produzido; 
y. a eficiência térmica; 
z. a pressão média efetiva do ciclo. 
 
7 - Esse mesmo motor foi transformado para operação em ciclo Diesel com uma razão de corte 
de 1,5. Considerando o ciclo padrão a ar frio (cp/cv=1,4), determine: 
aa. Esquematize o diagrama P-v do ciclo; 
bb. a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo; 
cc. o trabalho líquido produzido; 
dd. a eficiência térmica; 
ee. a pressão média efetiva do ciclo 
Matrícula: XXXXXX631
X=6 Y=3 Z=1