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ME 3110 TERMODINÂMICA P1 27/09/2017 Primeira questão ( 2,5 pontos ) – Regime Permanente com Gás Perfeito - Um fluxo de 1.200 kg/h de ar entra em um compressor na pressão de 1,0 ata e temperatura de 300K. O ar é comprimido até 16 ata em um processo isoentrópico. Pede-se: 1a - Calcular a temperatura do ar na saída do compressor. (1,5 pontos) 1b - Calcular a potência do compressor ( kW ). (1,0 ponto) Adotar a entalpia do ar h1 = CP.T1 ( kcal/kg) h2 = CP.T2 ( kcal/kg) Dados: RAR = 29,4 kgf.m /kg.K KAR = 1,4 CP = 0,24 kcal /kg.K hkcalkWcoisoentrópiocesso RmW vpvp Tvp T vp T vp hh KK /8601:Pr ..)( 2211 111 2 22 1 11 12 •• SOLUÇÃO K xx R kg kg x R TTvp m p p vvvpvp m vTvp KK 2,663 4,29 1217,016 .. 1217,0882,0 2 1 882,0 3004,29 .. 10 16 1 10 4 2222 34,1 1 4,1 1 122211 3 41111 kWW h kcal xmW hh 3,121 860 104346 346.104)3003,662(24,0200.1)( 12 • •• Segunda questão (2,5 pontos ) - Propriedades Termodinâmicas - Uma massa de 1,0 quilograma de vapor de água encontra-se inicialmente na pressão p1 = 40 ata e temperatura t1 = 3400C e passa pelas seguintes transformaçoes: 1 - Expansão em uma válvula, com entalpia constante, até à pressão p2 = 10 ata. 2 - Resfriamento à pressão constante até o estado (3) de vapor saturado. 3 - Condensação à pressão constante até o estado (4) de líquido saturado. Pede-se: 2a - Representar as transformações no diagrama txs ( 0,5 ponto ) 2b - Indicar, no diagrama txs , o valor da entropia nos pontos de saída da válvula (2) e do final do resfriamento (3) e da entalpia nos dois pontos. Retirar das tabelas os valores mais próximos, sem interpolação. ( 1,0 ponto ) 2c - Calcular o calor específico do vapor superaquecido na fase de resfriamento, utilizando a variação de entropia nesta fase. ( 1,0 ponto ) Kkg kcal ataEstado Kkg kcal kg kcal ataEstado kg kcal CataEstado sxp shp htp . 5742,10,1103 . 7119,14,733102 4,733340401 333 222 1 0 11 Kkg kcal C C T T Css p pp . 541,0 )273179( )273310( ln.5742,17119,1ln. 3 2 32 4 S t h = cte 1 2 3 Terceira questão ( 2,5 pontos ) - Bocal em Regime Permanente - Uma massa de 1,0 quilograma de vapor superaquecido na temperatura de 3000C e pressão de 15 ata passa por um bocal de expansão sofrendo redução de pressão para 10 ata. O vapor passa pelo bocal com atrito, mas sem perda de calor, conforme indica a figura. Sabendo que o atrito provoca um aumento de entropia de 0,0487 kcal/kg.K , pede-se: Pede-se: 3a - Obter nas tabelas de vapor as entalpias na entrada e na saída do bocal.(1,0 ponto ) 3b - Calcular a velocidade do vapor na saída do bocal. ( 1,5 pontos ) Q = 0 1 2 Vapor de água p1 = 15 ata t1 = 3000C V1 = 400 m/s Vapor de água p2 = 10 ata kg kcal Kkg kcal ata Kkg kcal kg kcal Cata hsp shtp 7,728 . 7032,1)0487,06545,1(10 . 6545,16,72530015 222 11 0 11 s V V h V h V m xxxx xxxx 22 2 2 2 2 2 2 1 2 1 366 7,728 4278,92 6,725 4278,92 4278,924278,92 400 Quarta questão ( 2,5 pontos ) - Primeira Lei em Regime Permanente - Uma instalação é constituída por uma caldeira, uma turbina, um condensador e uma bomba, todas interligadas, formando um sistema fechado, em regime permanente. São conhecidos: Entalpia do vapor na saída da turbina: h2 = 518 kcal/kg Entalpia do vapor na saída do condensador: h3 = 45 kcal/kg Entalpia da água na saída da bomba: h4 = 46,6 kcal/kg Pede-se: 4a - Sabendo que a vazão de vapor que circula na instalação é 24.000 kg/h, calcular o fluxo de calor que sai através do condensador. (1,0 ponto) 4b – Conhecendo a potência útil da instalação (WT - WB) = 6.676.600 kcal/h, calcular a entalpia do vapor na saída da caldeira. (1,0 ponto) 4c - Calcular a variação de pressão que ocorre na bomba ( kgf/cm2). Utilizar o volume específico da água v = 10-3 m3/kg. ( 0,5 ponto) 46,6 4 45 518 1 2 3 QC QCD WT WB cmm h h hhhmQ Q WWQQWQWQ hhQ kgfkgf p ppv kg kcal x h kcal xxx hkcalxm B C c BTCDCTCDBC CD 22 3 1 1 6 41 666 6 32 832,6200.683 427 6,1 427 . 6,797 )6,46(000.240248,18)( 0248,186728,632,11 )( /532,11)45518(000.24)( 10 10 101010 10 • • uF = kcal/kg W = kcal
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