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NM 4110 TERMODINÂMICA P1 2S 27/09/2017 Primeira questão ( 2,5 pontos ) – Regime Permanente com Gás Perfeito - Um fluxo de 1.200 kg/h de ar entra em uma turbina na pressão de 16 ata e temperatura de 662K. O ar é descomprimido até 1,0 ata em um processo isoentrópico, gerando uma potência no eixo da turbina. Pede-se: 1a - Calcular a temperatura do ar na saída da turbina (1,5 pontos) 1b - Calcular a potência da turbina ( 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 21 •• K xx R kg kg x R TTvp m p p vvvpvp m vTvp KK 300 4,29 881,01 .. 881,01216,0 2 1 1216,0 6624,29 .. 10 1 16 10 4 2222 34,1 1 4,1 1 122211 3 41111 kWW h kcal xmW hh 3,121 860 104345 345.104)300662(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 transformações: 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 tx,s , o valor da entropia nos pontos de saída da válvula (2), do final do resfriamento (3) e do final da condensaçção. (4). Retirar das tabelas os valores mais próximos, sem interpolação. ( 1,0 ponto ) 2c - Calcular o calor latente do vapor na fase de condensação , utilizando a variação de entropia nesta fase. ( 1,0 ponto ) 4 S t h = cte 1 2 3 Kkg kcal ataEstado Kkg kcal ataEstado Kkg kcal kg kcal ataEstado kg kcal CataEstado sxp sxp shp htp . 5085,00,0104 . 5742,10,1103 . 7119,14,733102 2,733340401 444 333 222 1 0 11 kg kcal C C T C ss L L 7,481 )273179( 5085,05742,1 3 43 Terceira 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: WT + QCD = 18.062.400 kcal/h Vazão de vapor que circula na instalação: MV = 24.000 kg/h Entalpia do vapor na saída do condensador: h3 = 45 kcal/kg Potência da bomba: WB = 38.400 kcal/h Pede-se: 3a - Calcular a entalpia do vapor na entrada da turbina: h1 ( kcal/kg). 3b - Calcular a entalpia da água líquida h4 (kcal/kg), utilizando o fluxo de calor que entra na caldeira. 3c - Calcular a variação de pressão da água ( kgf/cm2 ), na passagem pela bomba. Adotar o volume específico da água: v = 10-3 m3/kg. 4 1 2 3 QC QCD WT WB cmm h h hhhmQ Q WWQQWQWQ h hhhQW kgfkgf p ppv kg kcal h kcal h kcal x kg kcal hkcalxm B C c BTCDCTCDBC CDT 22 3 1 441 6 1 6 132 32,68200.683 427 6,1 427 . 6,46 )6,797(000.24000.024.18)( 000.024.18)000.380248,18( )( 6,797 /0624,18)45(000.24)( 10 10 10 • • • Quarta questão ( 2,5 pontos ) - Regime Variado - O cilindro da figura contém uma massa de vapor de água no estado saturado seco, sujeito à pressão inicial p0 = 14 ata, ocupando um volume de 0,2296m3. O sistema recebe calor, provocando aumento da temperatura e da pressão e o movimento do pistão para cima , realizando um trabalho. O processo termina quando a temperatura do vapor chega a 3000C e a pressão a 15 ata. Calcular: 4a - Energia interna do vapor no estado final ( 1,0 ponto ) 4b - Trabalho realizado pelo sistema em ( kgf.m). ( 1,5 ponto ) Dados: Energia interna no estado inicial: u0 = 619,1 kcal/kg Calor que entra no sistema: 98 kcal 1,0 kcal = 427 kgf.m W Calor final inicial kg V kg m v m m vv V 6,1 1435,0 2296,0 1435,0 0 0 0 3 0 kgfxmkcalW W mWQ kg kcalx kg ata uu x u m vhtp F F FF C FF 623.100,25 )1,6198,664(6,198 8,664 427 15 6,725 1730,06,72530015 0 4 3 1730,010 0
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