Termodinamica Aplicada

Prévia do material em texto

Atividade I
1. A razão de compressão num ciclo padrão a ar do tipo Otto é de 10. No início do curso de
compressão, a pressão é igual a 0,1 MPa e a temperatura 15ºC. Sabendo que a
transferência de calor para o ar, por ciclo, é igual a 1800 kJ/kg, determine a pressão média
efetiva deste ciclo.
A resposta correta é: PME=1,29 MPa
2. Ar entra no compressor de um ciclo Brayton a 0,1 MPa e 290 K, com uma vazão
volumétrica de 5 m3/s. A razão de pressão é 18. Na entrada da turbina o fluido de trabalho
está a 1500 K. Determine o RCT, considerando que os processos de compressão e
expansão possuem rendimento isentrópico de 70% e 80%, respectivamente.
A resposta correta é: RCT=0,75
3. Ar entra no compressor de um ciclo Brayton a 0,1 MPa e 290 K, com uma vazão
volumétrica de 5 m3/s. A razão de pressão é 18. Na entrada da turbina o fluido de trabalho
está a 1500 K. Determine a potência líquida (em kJ/kg), considerando que os processos de
compressão e expansão possuem rendimento isentrópico de 70% e 80%, respectivamente.
A resposta correta é: WL=182,3 kJ/kg
4. Ar entra no compressor de um ciclo Brayton a 0,1 MPa e 290 K. A razão de pressão é 18.
Na entrada da turbina o fluido de trabalho está a 2025 K. Assumindo o calor específico
variando com a temperatura determine o RCT.
A resposta correta é: RCT=0,3
5. Das considerações abaixo a alternativa correta:
A resposta correta é: Nos motores com ignição por centelha a mistura ar – combustível é
admitida e comprimida na câmara de combustão, e incendiada por uma centelha produzida
pela passagem de corrente na vela de ignição.
6. Das considerações abaixo, a alternativa correta:
A resposta correta é: A pressão média efetiva é a pressão constante teórica que, se atuasse
no pistão durante o curso de potência, produziria o mesmo trabalho líquido.
7. Das hipóteses de ar-padrão, assinale qual não é uma hipótese verdadeira:
A resposta correta é: O fluido de trabalho executa um ciclo aberto
8. Para um ciclo padrão a ar Diesel, a razão de compressão é de 20 e o calor transferido
para o ar, por ciclo, é igual a 1800 kJ/kg. Considerando novamente que o ar está a 15ºC e
0,1 MPa no início da compressão, determine o trabalho líquido do ciclo sem considerar o
calor específico constante.
A resposta correta é: WL=993,8 kJ/kg
9. Um ciclo Otto e outro Diesel ideal, ambos possuem razão de compressão 8, enquanto o
ciclo Diesel possui razão de corte igual a 3. Determine o rendimento de primeira lei de cada
ciclo (η1st,OTTO e η_1st,DIESEL) sendo consideradas TODAS as hipóteses de ar padrão.
Considere k =1 ,4.
A resposta correta é: η1st,OTTO=56,5%; η1st,DIESEL=43,2%
10. Um sistema possui rendimento de Carnot de 0,60. Sabemos que a fonte fria está a
temperatura ambiente, 27oC. Qual a temperatura da fonte quente?
A resposta correta é: 477oC
Atividade II
1. Em uma usina termoelétrica o vapor sai da caldeira saturado a 30 bar e é condensado a
0,1 bar. Determine o rendimento de primeira lei considerando o ciclo ideal e assinale a
alternativa correta. Observe que não precisamos da vazão para determinar o rendimento.
Para ajudar na resolução, complete a tabela abaixo. As células com X não precisam ser
preenchidas.
A resposta correta é: O rendimento deste ciclo é de 32%, e podemos aumenta-lo elevando
a pressão na caldeira, bem como garantindo o superaquecimento na entrada da turbina.
2. Da teoria sobre combustão, assinale a alternativa falsa:
A resposta correta é: Uma combustão é completa quando todo o carbono presente no
combustível é queimado a CO_2, todo hidrogênio é queimado a H_2 O e todo enxofre é
queimado a〖SO〗_2. Já a combustão é incompleta está presente nos reagentes algum
combustível não queimado, como CO_2.A resposta correta é: Uma combustão é completa
quando todo o carbono presente no combustível é queimado a CO_2, todo hidrogênio é
queimado a H_2 O e todo enxofre é queimado a〖SO〗_2. Já a combustão é incompleta
está presente nos reagentes algum combustível não queimado, como CO_2.
3. Dada a seguinte reação de combustão do octano C_8 H_18:
A resposta correta é: x=8;y=9;z=7,5;w=75,2
4. Dada a seguinte reação de combustão do octano C_8 H_18:
C8 H18+20 (O2+3,76N2 )→ x CO2+y H2 O+z O2+w N2
Após fazer o balanceamento, determine a razão ar-combustível deste processo de
combustão.
A resposta correta é:
5. Dado os componentes do ciclo padrão de refrigeração baseado na compressão mecânica
de valores. Assinale a alternativa falsa:
A resposta correta é: A potência líquida do sistema é dado pela razão entre a potência
produzida pela turbina e a quantidade de calor que entra na caldeira.
6. Das considerações abaixo, assinale a alternativa verdadeira:
A resposta correta é: Na caldeira, o processo de combustão interna de um combustível
qualquer fornece calor ao sistema.
7. Em ciclo de potência, vapor sai da caldeira a 16 MPa e 625oC e é condensado a 10 kPa.
Sendo a vazão mássica de 180000 kg/h. Determine o título (x) na saída da turbina
considerando o ciclo ideal. Para ajudar na resolução, complete a tabela abaixo.
A resposta correta é: x=0,81
8. Em relação aos ciclos Rankine real e ideal, é correto afirmar que:
A resposta correta é: A potência de bombeamento consumida pela bomba é maior no ciclo
real
9. Sobre os meios de aumentar a eficiência do ciclo Rankine, assinale a alternativa correta:
A resposta correta é: Ao aumentar a pressão da caldeira, para garantir que o rendimento do
ciclo aumente, é importante elevar o grau de superaquecimento
10. Um sistema de geração de potência a vapor opera a 40 bar e temperatura na saída da
caldeira de 450oC. Visando aumentar a eficiência deste sistema, um engenheiro propõe
aumentar a pressão para 80 bar, mas mantendo a temperatura de 450oC na saída da
caldeira. Nos dois sistemas, a pressão no condensador é de 0,5 bar e a vazão é de 25 kg/s.
Baseados nos valores de potência líquida, rendimento de primeira lei e rendimento de
segunda lei dos dois sistemas e assinale a alternativa certa. Para o rendimento de segunda
lei, utilize T_F=81,3oC e T_Q=250,4oC no sistema com 40 bar; e T_F=81,3oC e
T_Q=295oC no sistema com 80 bar.
A resposta correta é: O engenheiro tomou a decisão errada pois o rendimento de segunda
lei diminuiu, apesar da potência líquida e o rendimento de primeira lei ter aumentado um
pouco.
Atividade III
1. Considerando o Ciclo de Carnot reverso, qual alternativa é falsa:
A resposta correta é: O processo 3-4 trata-se de uma expansão isentálpica em uma turbina.
2. Dado os componentes do ciclo padrão de refrigeração baseado na compressão mecânica
de valores. Assinale a alternativa falsa:
A resposta correta é: O condensador tem a função de evaporar o fluido refrigerante à uma
pressão (PC) e temperatura (TC) constante, rejeitando calor (Q C) para o ambiente externo.
3. Das considerações abaixo, assinale a alternativa verdadeira:
A resposta correta é: O subresfriamento na saída do condensador elimina um eventual
problema prático sempre com ganho termodinâmico.
4. Determine o COP e de um ciclo de refrigeração padrão ideal utilizando como fluido
refrigerante o R-134a e o R600a (isobutano). Considere uma temperatura de condensação
de 50oC e uma temperatura de evaporação de -15oC. Observe que para determinar o COP
não é necessário conhecer a vazão mássica. As propriedades necessárias para cada
refrigerante estão nas tabelas que seguem. Baseado no seu resultado e pensando a
respeito da estrutura de um ciclo de refrigeração, assinale a alternativa correta:
A resposta correta é: Os COP são aproximadamente iguais.
5. Para um ciclo de refrigeração padrão ideal, que utiliza o refrigerante R-717 (amônia),
temperatura de condensação de 40oC e temperatura de evaporação de -30oC, e vazão
mássica de 122,7 kg/h. Qual o COP do sistema?
Para facilitar o desenvolvimento da questão, preencha os dados na tabela abaixo. As
células com X não precisam ser preenchidas.
A resposta correta é: COP=2,57
6. Para um ciclo de refrigeração padrão ideal, que utiliza o refrigerante R-717 (amônia),
temperatura de condensação de 40oC e temperatura de evaporaçãode -30oC, e vazão
mássica de 122,7 kg/h. Qual o COP do sistema considerando um grau de subresfriamento
de 30oC.
Para facilitar o desenvolvimento da questão, preencha os dados na tabela abaixo. As
células com X não precisam ser preenchidas. Os pontos 3 e 4 tem sua entalpia fornecida.
A resposta correta é: COP=2,93
7. Para um ciclo de refrigeração padrão ideal, que utiliza o refrigerante R-717 (amônia),
temperatura de condensação de 40oC e temperatura de evaporação de -30oC, e vazão
mássica de 122,7 kg/h. Qual o COP do sistema considerando um grau de subresfriamento
de 30oC e um grau de superaquecimento útil de 45oC.
As entalpias são fornecidas na tabela.
A resposta correta é: COP=2,66
8. Qual o COP de Carnot de um ciclo de refrigeração que opera à 50oC no condensador e
-20oC no evaporador?
A resposta correta é: 3,61
9. Qual o COP de Carnot de uma bomba de calor que opera à 40oC no condensador e 7oC
no evaporador?
A resposta correta é: 9,48.
10. Um ciclo padrão de refrigeração ideal por compressão mecânica de vapores, opera com
uma vazão mássica m ̇=5 kg/h de refrigerante R22, pressão de condensação de 20 bar, e
temperatura de evaporação de -30oC. Qual o título (x) na saída do dispositivo de
expansão?
Para facilitar o desenvolvimento da questão, preencha os dados na tabela abaixo. As
células com X não precisam ser preenchidas.
A resposta correta é: x=0,44
Atividade IV
1. Ar úmido a TBS de 30ºC e = 50% entra em uma serpentina de resfriamento a 5m3/s e é
processado até a condição de saturação final a 10ºC. Qual é, aproximadamente, a
capacidade de refrigeração requerida?
A resposta correta é: 199 kW
2. Assinale a alternativa correta:
A resposta correta é: O ar seco pode ser considerado um gás ideal por que sua temperatura
é muito alta quando comparada a sua temperatura crítica (-140oC)
3. Assinale a alternativa falsa:
A resposta correta é: A umidade relativa é a propriedade que indica o quanto de vapor
d´água existe no ar atmosférico.
4. Considere os pontos (1) TBS = 5oC e TTBU = 3oC; e (2) TBS = 25oC e TTBU = 17oC.
Qual a alternativa correta:
A resposta correta é: O ponto 2 representa ar mais úmido pois sua umidade absoluta é
maior do que a do ponto 1
5. Dada a condição do ar: TBS = 15oC e umidade relativa de 50%. Por meio da carta
psicrométrica. Qual a alternativa incorreta:
A resposta correta é: A entalpia é maior que 30 kJ/kga
6. Dada a condição do ar: TBS = 25oC e TTBU = 20oC. Por meio da carta psicrométrica.
Qual a alternativa falsa:
A resposta correta é: A umidade absoluta é menor que 12,5 gv/ kga.
7. Dado um processo de aquecimento sensível, onde o ar entra em contato com o
aquecedor a uma vazão volumétrica de 10 m3/s, TBS = 5oC e phi = 90%. Na saída da
serpentina a TBS é igual a 40oC. A potência de aquecimento do aquecedor será
aproximadamente.
A resposta correta é: 445 kW
8. Em um misturador adiabático ocorre a mistura de 16200 m3/h de ar de retorno a TBS =
27oC e TBU = 17oC, e ar externo a uma vazão volumétrica de 18000 m3/h, TBS = 32oC e
TBU = 24oC. Qual é, aproximadamente, a TBS e TBU do resultado da mistura.
A resposta correta é: TBS = 29,5ºC; TBU = 20,9oC
9. Em um processo de resfriamento e desumidificação, ar úmido a uma vazão mássica de
10 kga/s entra na serpentina de resfriamento a TBS = 26oC e TBU = 18oC sendo
condicionado a uma TBS = 13oC e TBU = 10oC. Qual o calor total extraído pela serpentina?
A resposta correta é: 214 kW
10. Em um processo de umidificação, ar úmido a TBS = 20oC e TBU = 8oC será
processado até uma temperatura de orvalho final de 13oC por meio da injeção adiabática
de vapor saturado a 110oC. A vazão mássica de ar seco é de 2 kg/s. Encontre a TBS do ar
úmido que sai. A entalpia do vapor saturado pode ser encontrada na tabela de saturação da
água em anexo à Unidade II da apostila.
A resposta correta é: TBS ~ 21ºC
EXAME
1. A passagem de ar úmido por uma roda entálpica resulta em um processo de
desumidificação. Em um processo industrial, ar entra a TBS = 20ºC e umidade relativa de
80% em contato com uma roda entálpica. Na saída o ar é condicionado a uma umidade
absoluta 5 gv/kga. Utilizando a carta psicrométrica, encontre a TBS e TBU do ar na saída da
roda entálpica.
B) TBS = 37ºC; TBU = 17,9ºC
2. Um ciclo padrão de refrigeração ideal por compressão mecânica de vapores, opera
com uma vazão mássica m? =5,0kg/h de refrigerante R22, pressão de condensação de
20 bar, e temperatura de evaporação de -30ºC. Qual a capacidade de refrigeração, em
[W], deste ciclo? Para facilitar o desenvolvimento da questão, preencha os dados na
tabela abaixo. As células com X não precisam ser preenchidas.
D) 176
3.Uma bomba de calor real utiliza o R-134a como refrigerante. O condensador opera a
50ºC e o evaporador a 0ºC. Sendo a vazão mássica 0,08 kg/s e eficiência isentrópica do
compressor de 70%, qual o rendimento de segunda lei desta bomba de calor? As
propriedades são dadas na tabela abaixo.
B) 0,55
4. Em ciclo de potência, vapor sai da caldeira a 16 MPa e 625oC e é condensado a 10
kPa. Sendo a vazão mássica de 180000 kg/h. Determine o rendimento de segunda lei,
em [%], sendo a temperatura da fonte quente 233,9oC e da fria 45,8oC considerando o
ciclo real, em que os processos de expansão na turbina e de bombeamento tem
rendimentos isentrópicos de 70%. Para ajudar na resolução, complete a tabela abaixo.
A) 0,62
5. Para um ciclo padrão a ar Diesel, a razão de compressão é de 20 e o calor transferido
para o ar, por ciclo, é igual a 1800 kJ/kg. Considerando novamente que o ar está a 15ºC
e 0,1 MPa no início da compressão, determine o rendimento do ciclo, em [%], sem
considerar o calor específico constante.
B) 55,2
6. Ar entra no compressor de um ciclo Brayton a 0,1 MPa e 290 K. A razão de pressão é
18. Na entrada da turbina o fluido de trabalho está a 2025 K. Determine o rendimento do
ciclo, em [%], assumindo o calor específico constante.
A) 56,2
7. Um ciclo de refrigeração por compressão mecânica de vapores, opera com
refrigerante R-134a, pressão de condensação de 16 bar, e pressão de evaporação de 1,4
bar. O vapor que sai do evaporador está saturado. Na saída do condensador o líquido
está subresfriado em 20ºC. O compressor possui rendimento isentrópico de 70%.
Determine o COP deste ciclo. Observe que não precisamos da vazão mássica para
calcular COP. Para facilitar o desenvolvimento da questão, preencha os dados na tabela
abaixo. As células com X não precisam ser preenchidas, enquanto algumas células já
estão preenchidas.
E) 1,63
8. Ar entra no compressor de um ciclo Brayton a 0,1 MPa e 290 K, com uma vazão
volumétrica de 5 m³/s. A razão de pressão é 18. Na entrada da turbina o fluido de
trabalho está a 1500 K. Determine o rendimento de primeira lei, em[%], considerando que
os processos de compressão e expansão possuem rendimento isentrópico de 70% e
80%, respectivamente.
B) 22,4
9. Em ciclo de potência, vapor sai da caldeira a 16 MPa e 625oC e é condensado a 10
kPa. Sendo a vazão mássica de 180000 kg/h. Determine a potência líquida produzida,
em [MW]. Para ajudar na resolução, complete a tabela abaixo.
A) 74,8
10. Um ambiente deve ser mantido a TBS = 25ºC e TBU = 19ºC e a temperatura do ar de
insuflamento é de TBS = 15ºC. Sabendo que o FCS desta sala é de 0,7, qual é
aproximadamente a carga térmica total deste ambiente condicionado, sendo a vazão de
ar insuflado de 1 kg/s.
E) 15 kW