P2-2021-1

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Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Mecânica
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Prova 2 – Termodinâmica Aplicada (FEMEC41051) – Turma V Período: 21/1
Prof.: Daniel Dall'Onder dos Santos 25/02/2022
Instruções:
✔ A avaliação deve ser resolvida e enviada ao professor pelo Microsoft Teams em um prazo de 2
horas a contar do horário de envio.
✔ O discente deve resolver a prova de próprio punho e, ao concluí-la, deve escanear ou fotografar
as folhas de resposta. Cabe salientar que as imagens devem apresentar qualidade suficiente para
que a correção seja realizada, sob pena da anulação da questão caso alguma parte da resolução
esteja ilegível.
✔ Todos os valores utilizados para a realização das interpolações devem ser ser apresentados na
folha de resposta conforme os seguintes exemplos:
◦ Ex.: R-410A (vapor superaquecido) – Interpolação simples
◦ Ex.: R-410A (vapor superaquecido) – Interpolação “tripla”
Etapa 1: Etapa2:
 
✔ O número de matrícula do discente compõe alguns dos dados necessários para a resolução das
questões através de duas constantes. Os cinco algarismos iniciais definem a constante C1,
enquanto os 2 algarismos finais definem a constante C2, conforme as instruções abaixo:
Questão 1 – 20 pt
Um reator nuclear está sendo projetado pela Porcamadoy Heavy Industries, empresa sediada em
Galópolis-RS. O reator, que estará localizado em um vaso de contenção, possui um volume de
(0,9697+0,03×C2) m³, e deverá conter água a 20 MPa e (275,45 + 2,7273×C1) ºC. O vaso de
contenção é isolado termicamente e estará evacuado. Admitindo uma situação de emergência na qual o
reator rompa, auxilie os engenheiros da empresa determinando qual deverá ser o volume do vaso de
contenção para que a pressão final seja igual a 300 kPa.
Questão 2 – 30 pt
O Condomínio One Sherway é situado em Etobicoke. Essa região
fica no extremo oeste da cidade de Toronto, já na divisa com a
cidade de Mississauga (da qual é separada pelo caudaloso Riacho
Etobicoke). O condomínio possui um sistema de aquecimento a
vapor de grande capacidade para manter os apartamentos a uma
temperatura agradável mesmo quando a temperatura externa é menor
que -10 °C. A caldeira do sistema possui uma capacidade de
(C2×1000) litros de água e sua pressão manométrica de trabalho é de
(C1×75) kPa. Este tipo de equipamento funciona 24 horas por dia, e
os operadores se revesam em turnos de 6 horas. Dwight K. Schrute,
experiente operador, inicia seu turno verificando pelo visor de nível
que 90% do volume da caldeira é ocupado por água na fase líquida e
o restante por vapor. Verifica também o manômetro, o qual exibe a
pressão normal de trabalho.
Depois de alguns minutos em seu
posto, Dwight é chamado por seu colega James (Jim) Halpert para
auxiliar na desobstrução da entrada de automóveis do condomínio,
que estava bloqueada pela neve. Porém, da última vez que Dwight se
ausentou de seu posto, o alarme de baixa pressão da caldeira soou e
isso lhe rendeu uma advertência, dada por seu supervisor, Michael G.
Scott. Assim, antes de auxiliar Jim, Dwight aumentou a vazão de
combustível nos queimadores para aumentar a transferência de calor
à caldeira, mantendo assim a pressão da água constante. Após 1 hora e 45 minutos de operação, o
alarme do nível de líquido soa. O supervisor Michael constata que o visor de nível mostra apenas 10%
do volume da caldeira ocupado por água na fase líquida e o restante por vapor.
Para o período em que Dwight esteve fora de seu posto, determine:
a) A massa de água consumida (kg);
b) A temperatura da água no interior da caldeira (°C);
c) O volume específico da água no instante inicial e final (m³/kg);
d) O calor transferido à caldeira durante a operação (MJ);
e) Represente graficamente os estados inicial e final em um diagrama p-v.
Obs: patm = 101,376 kPa
Questão 3 – 50 pt
Uma termoelétrica utiliza um ciclo de Rankine com reaquecimento duplo para geração de eletricidade.
Os estados da água no equipamento são mostrados abaixo:
Pressão [kPa] Temperatura [°C]
1 20 45
2 10000 45
3 10000 400
4 5000 273,48+1,5152×C2
5 5000 400
6 2000 210,68+1,591×C1
7 2000 400
8 20 -
Obs.: 
– O título do fluido na saída da seção de baixa pressão da turbina é (0,7935+0,0062×C1).
– A potência total produzida pela turbina é (20303-303,03×C2) kW.
– A turbina e a bomba podem ser considerados equipamentos adiabáticos.
Determine:
a) A taxa de transferência de calor no gerador de vapor [kW];
b) A potência consumida pela bomba [kW];
c) A taxa de transferência de calor no condensador [kW];
d) A potência produzida pela seção de alta pressão da turbina [kW];
e) A potência produzida pela seção de média pressão da turbina [kW];
f) A potência produzida pela seção de baixa pressão da turbina [kW];
g) Represente todos os estados da substância em um diagrama p – h.
Questão Desafio – 20 pt
Esta questão bônus deverá ser entregue até às 14 horas no Teams (Tarefa: Desafio P2).
Para comemorar em grande estilo o lançamento de seu carro para 2022, o piloto Max Verstappen
adquiriu (9.09+0.909×C2) fardinhos com 12 latinhas de “energético” para uma comemoração privada.
Para deixar o “energético” no ponto (4ºC), Max pediu emprestado a seu futuro sogro Nelson Piquet,
que além de tricampeão de Fórmula 1, é um notável inventor, um freezer experimental que este
construiu em casa. O ciclo de refrigeração do equipamento opera com R-134 e tem as seguintes
características:
– Pressão e temperatura na saída do evaporador
130 kPa e (-10+0,5×C2) ºC
– Pressão e temperatura na saída do compressor
800 kPa e (44,5+0,5×C2) ºC
– Pressão e temperatura na saída do condensador
795 kPa e (15+0,25×C1) ºC
– Pressão na saída do tubo capilar
135 kPa
– Potência consumida no compressor
(300+2×C2) W
– Taxa de transferência de calor do compressor para o ambiente
(2×C1) W
Sabendo que Max colocou as latas no freezer à temperatura ambiente (30ºC), calcule:
a) A quantidade de calor a ser retirada do “energético” [kJ];
b) A vazão mássica de fluido refrigerante no sistema [kg/s];
c) O calor absorvido pelo evaporador do sistema [kW];
d) O tempo necessário para que o “energético” esteja no ponto [s] e/ou [h];
e) Represente os estados do R-134a em um diagrama p – h.
Considerações:
1 – Arredonde o número de fardinhos para o número inteiro mais próximo.
2 – Cada lata possui uma massa de alumínio de 14,5 g e contém 350 ml de “energético”.
3 – A massa específica do “energético” é 1030 kg/m³ e o calor específico pode ser aproximado
como o da água.
4 – Admita que a temperatura do “energético” e do alumínio é uniforme.
5 – Despreze a presença de ar no interior do compartimento refrigerado do equipamento.
6 – As paredes do compartimento refrigerado não são perfeitamente isoladas, pois permitem a
passagem de 540 kJ/h de calor do ambiente para o interior.