1ª Série de Exercícios - Ciclo Rankine

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59N8A: Termodinâmica II
1ª Série de Exercícios
01) Revisão Termodinâmica I: Considere um sistema que consiste em uma mistura bifásica líquido-vapor de água a 100°C. Determine o volume específico da mistura.
02) Revisão Termodinâmica I: Água contida em um conjunto cilindro-pistão é submetida a dois processo em série a partir de um estado inicial, no qual a pressão é de 10 bar e a temperatura é de 400°C. No primeiro processo a água é resfriada à medida que é comprimida a uma pressão constante a partir de 10 bar até alcançar o estado de vapor saturado. No segundo processo, a água é resfriada a volume constante até 150°C. Esboce o diagrama p x v e determine o trabalho global em KJ/kg. 
03) Revisão Termodinâmica I: Um aquecedor de água operando em regime permanente tem duas entradas e uma saída. Na entrada 1, o vapor d`água entra a uma pressão de 7 bar com uma temperatura de 200°C e vazão mássica de 40 kg/s. Na entrada 2, água líquida entra a uma pressão de 7 bar com uma temperatura de 40°C por um bocal com área de 25 cm². Desse aquecedor sai líquido saturado a 7 bar com uma vazão volumétrica de 0,06 m³/s. Determine a vazão mássica na entrada 2 e na saída em Kg/s e a velocidade na entrada 2 em m/s.
04) Revisão Termodinâmica I: O vapor d`água entra em uma turbina operando em regime permanente com uma vazão mássica de 4.600 Kg/h. A turbina tem uma potência útil de 1.000 kW. Na entrada a pressão é de 60 bar, a temperatura de 400°C e a velocidade é de 10 m/s. Na saída, a pressão é de 0,1 bar, o título é de 0,9 (90%) e a velocidade é de 30 m/s. Calcule a taxa de transferência de calor entre a turbina e a vizinhança em kW.
05) Revisão Termodinâmica I: Ar é admitido em um compressor que opera em regime permanente com uma pressão de 1 bar, temperatura de 290K e uma velocidade de 6 m/s na entrada cuja seção é de 0,1 m². Na saída a pressão é de 7 bar, temperatura de 750K e velocidade de 2 m/s. A transferência de calor do compressor para sua vizinhança ocorre a uma taxa de 180 KJ/min. Empregando o modelo de gás ideal, calcule a potência de entrada do compressor em kW. 
06) Num ciclo Rankine, o vapor de água deixa a caldeira e entra na turbina com uma pressão de 4 MPa e uma temperatura de 400°C. Sendo a pressão no condensador igual a 10 KPa, determine o rendimento do ciclo. Desenhe o esquema da instalação e o diagrama T-s.
07) Um central de potência a vapor opera num ciclo Rankine. O vapor é descarregado da caldeira como vapor saturado a 3 MPa e o condensador opera a 10KPa. Determine o trabalho do ciclo, a transferência de calor em cada componente do ciclo ideal e a eficiência. 
08) Um central de potência a vapor opera um ciclo Rankine com pressão máxima de 5 MPa (caldeira) e mínima de 15KPa (condensador). Sabendo que o valor mínimo aceitável para o título do vapor na seção de descarga da turbina é de 95% e que a potência gerada na turbina é de 7,5 MW, determine a temperatura na seção de descarga da caldeira e a vazão mássica do ciclo. 
09) Um suprimento de água quente geotérmica é utilizado como fonte de energia num ciclo Rankine ideal. O fluido de trabalho no ciclo é o R-134a e na saída do gerador de vapor o fluido está no estado de vapor saturado a 85°C. Sabendo que a temperatura no condensador é de 40°C, calcule o rendimento térmico deste ciclo. 
010) A água é o fluido de trabalho em um ciclo ideal Rankine. O vapor superaquecido entra na turbina a 10 MPa e 480°C e a pressão no condensador é de 6 KPa. Determine para esse ciclo a eficiência térmica e a taxa de transferência de calor do fluido de trabalho que passa pelo condensador para a água de resfriamento, em KJ por kg de vapor que flui no sistema.