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Exercícios resolvidos: Fundamentos da Termodinâmica

Claus Borgnakke, Richard E. SonntagIBSN: 9788521207924

Elaborado por professores e especialistas

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O problema tem como objetivo a delimitação de um volume de controle, a identificação dos fluxos de massa e energia e a identificação do acúmulo de energia. Não é informado nenhum dado no enunciado, apenas a referência de figura a ser utilizada para a solução do problema em questão. Portanto, veja que, para resolução, não será necessária a aplicação de nenhuma fórmula ou cálculo.

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Para começar, precisamos da definição de volume de controle, certo? Como vimos, é o volume que contém a matéria e os dispositivos dentro de uma superfície de controle. Por exemplo, podemos considerar uma planta química como um volume de controle, quando desejamos uma abordagem mais generalista; assim como podemos considerar apenas o reator desta mesma planta química quando buscamos ser mais específicos com esses equipamento ou parte do processo.

Com as definições e dados do problema, seguimos para a resolução. Acompanhe!

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A primeira consideração a ser feita é que houve uma falha de digitação no enunciado do problema, pois a referência dada é de uma foto apenas, de onde não conseguimos tirar muitas informações se não somos profundos conhecedores de plantas de geração de energia. Logo, iremos trabalhar com a Figura 1.2 ao invés da Figura 1.1.

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Observando a Figura 1.2 e traçando ao seu redor uma linha que delimite seu volume de controle, começamos a resolução de nosso problema.

Vamos começar pelos fluxos de massa, ou seja, tudo o que é necessário em relação à matéria para que a planta de geração de energia funcione adequadamente. Podemos afirmar que o equipamento chave da planta é o gerador de vapor, localizado no centro da Figura. Este é alimentado com óleo, carvão e ar.

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Do fundo, as cinzas do carvão são removidas, e o vapor segue para ser utilizado na turbina e, após resfriado e condensado, é alimentado novamente à caldeira, em um ciclo fechado dentro da caldeira, ou seja, não deixa o volume de controle.

Além disso, os gases de combustão, após tratamento e passagem na chaminé, deixam nosso sistema.

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Portanto, a listagem dos fluxos de massa é:

• Alimentação de óleo combustível para caldeira;

• Alimentação de carvão para caldeira;

• Alimentação de ar para caldeira;

• Remoção de cinzas fundida;

• Remoção de cinzas volantes;

• Remoção dos gases de combustão pela chaminé.

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Já em relação ao fluxo de energia, observe que há vários equipamentos dentro do volume de controle considerado, e todos esses precisam de algum tipo de energia para funcionamento. Portanto, o volume de controle é alimentado com energia:

• Para funcionamento do moedor de carvão;

• Para o insuflador de ar;

• Para a bomba que faz com que o condensado oriundo da turbina seja reutilizado na caldeira.

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Podemos considerar, ainda, um possível dispositivo (como uma bomba) que envia o óleo para ser queimado na caldeira.

E retiramos do volume de controle energia:

• Energia elétrica produzida pelo gerador através do sistema de distribuição elétrico.

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O último quesito solicitado pelo problema é em relação ao acúmulo de energia. O primeiro equipamento a verificar é a turbina, que converte a energia térmica em mecânica, e essa energia mecânica é convertida em energia elétrica no gerador.

A parte da energia que não é convertida em energia elétrica é dissipada ao ambiente em forma de calor. Como se trata de um volume de controle aberto, há fluxo de massa, e não podemos afirmar que há acúmulo de energia.

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Porém, ao avaliar o sistema do trocado de calor, que resfria o vapor para que este condense por completo, percebemos que este opera em um ciclo fechado. O fluido utilizado para resfriar o vapor é resfriado em sistema específico, recebe calor do vapor e volta ser resfriado.

Neste caso, então, podemos dizer que há um acúmulo de energia dentro do volume de controle selecionado.

Depoimentos de estudantes que já assinaram o Exercícios Resolvidos

Nathalia Nascimento fez um comentárioCEFET/RJ • Engenharia
Foi um apoio àquelas aulas que não acabam totalmente com as dúvidas ou mesmo naquele momento de aprender o conteúdo sozinha. Além disso, dispensou a necessidade de um orientador e por isso, permitiu que eu estudasse em qualquer local e hora.
Valdivam Cardozo fez um comentárioUFRB • Engenharia
Tive uma sensação maior de autonomia nos estudos, as vezes era frustante não conseguir resolver uma determinada questão e nem sempre os professores corrigem as listas que passam.