A Tarefa Termoinâmica

Tarefa Termodinâmica

 

1)Existe uma pressão ótima para o reaquecimento do vapor de um ciclo de Rankine? Justifique.

2) Como a eficiência de segunda lei de um ciclo de Rankine simples ideal pode ser aumentada? Justifique.

3) Considere um ciclo de Rankine ideal com temperatura de entrada na turbina e pressão no condensador fixas. Qual o efeito (aumenta, diminui ou permence igual) do aumento da pressão da caldeira sobre: a) o trabalho da bomba; b) o trabalho produzido pela turbina; c) o calor fornecido; d) o calor rejeitado; e) e a eficiência do ciclo.

4) Considere um ciclo de Rankine ideal com pressões na caldeira e no condensador fixas. Qual o efeito (aumenta, diminui ou permence igual) do aumento da temperatura de vapor superaquecido sobre: a) o trabalho da bomba; b) o trabalho produzido pela turbina; c) o calor fornecido; d) o calor rejeitado; e) e a eficiência do ciclo.

5) Uma usina de potência alimentada à carvão produz 120 MW pelo ciclo de Rankine simples ideal. Vapor entra na turbina a 9 MPa e 550°C, e pressão no condensador de 15 kPa. O carvão tem poder calorífico de 29,3 MJ/kg. Considerando que 75% dessa energia é transferida para o vapor na caldeira e que o gerador elétrico tem eficiência de de 96%, determine:

a) A eficiência global da usina;

b) A taxa mássica de carvão necessário.

6) Uma usina de potência opera em um ciclo de Rankine ideal com reaquecimento. A usina mantém a caldeira a 7 MPa, o ponto de reaquecimento a 800 kPa e o condensador a 10 kPa. O título da mistura na saída de ambas as turbinas é de 93%. Determine a temperatura na entrada de cada turbina e a eficiência térmica do ciclo.

7) O aquecedor de água de alimentação de um ciclo de Rankine regenerativo fechado deve aquecer a água de alimentação de 260°C até o estado de líquido saturado à pressão constante de 7 MPa. As turbinas fornecem vapor extraído a 6 MPa e 325°C a essa unidade. O vapor é condensado para líquido saturado antes de entrar na bomba. Calcule a quantidade de vapor extraído necessário para aquecer 1 kg de água de alimentação.

8) Água líquida saturada a 230°C é retirada do poço de produção a 230 kg/s e estrangulada a 500 kPa por processo essencialmente isentálpico no qual o vapor resultante é separado do líquido em separador e direcionado para a turbina. O vapor sai da turbina a 10 kPa com conteúdo de umidade de 5% e entra no condensador, no qual será condensado. Ele é então direcionado para um poço de reinjeção juntamente com o líquido que sai do separador. Determine:

a) A potência produzida pela turbina e a eficiência térmica da usina;

b) A exergia do líquido, as destruições de exergia e as eficiências da segunda lei para a turbina;

9) Quais são as quatro transformações que formam o ciclo Otto ideal? Justifique.

10) Por que altas razões de compressão não são usadas em motores de ignição por centelha? Justifique.

11) Sugeriu-se que o ciclo de Ar-Padrão Otto é mais eficiente se os dois processos isentrópicos forem substituídos por processos politrópicos com n = 1,3. Considere tal ciclo com razão de compressão igual a 8, P1 = 95 kPa, T1 = 15°C e temperatura máxima de 1200°C. Determine o calor transferido e rejeitado desse ciclo, e sua eficiência térmica. Considere os calores específicos constantes à temperatura ambiente.

12) Um ciclo ideal Otto tem razão de compressão de 9,5. No início da compressão o ar está a 100 kPa, 35°C e 600 cm3. A temperatura no final do processo de expansão isentrópica é 800 K. Considere os calores específicos constantes à temperatura ambiente. Determine:

a) A temperatura e a pressão máximas do ciclo;

b) A quantidade de calor transferido;

c) A eficiência térmica;

d) A PME do ciclo.

13) Qual motor funciona com razão de compressão mais alta: à gasolina ou a Diesel? Justifique.

14) O que é razão de corte? Como ela afeta a eficiência térmica de um ciclo Diesel? Justifique.

RESPOSTAS

1. Sim, esta pressão gira em torno de ¼ da pressão máxima do ciclo;

2. A maneira de aumentar a eficiência é diminuindo o trabalho consumido da bomba e aumentando o trabalho produzido pela turbina;

3. a)Aumenta;

b)Aumenta;

c)Diminui;

d)Permanece igual;

e)Aumenta;

4. a)Permanece igual;

b)Aumenta;

c)Aumenta;

d)Permanece igual;

e)Aumenta;

        

5. P1=P4=15KPa                V1=0,001014

        H1=225,9KJ/Kg        S1=0,7948KJ/Kg.K

W=V(P2-P1)= H2- H1

H2=0,001014(9000KPa- 15KPa)+ 225,9=234,66KJ/Kg

        P3=9MPa                T3=550ºC                

        H1=225,55KJ/Kg        S1=0,7536KJ/Kg.K

H3=3510,83KJ/Kg

S3=S4=6,8171KJ/Kg.K

X4=(6,814-0,75)/7,25=0,836

H4=2206,82KJ/Kg

nturbina=1-[(H4-H1)/(H3-H2)]=0,3952

ntotal=(0,75).(0,96).(0,3952)=0,2845

mcarvão=12000/(29300 x 0,28)=14,4Kg/s

6.        P3=7MPa                P6=10Kpa

        T3=T5=418,05                X4=93%

        H6=2417,1KJ/Kg        S5 =S6=7,62KJ/Kg.K

        P5=800KPa                P4=800Kpa

        T4=170,43                S4=6,514

        H5 =3305,63KJ/Kg        H4=2625,74KJ/Kg

        

Wt1=575,81KJ/Kg        Wt2=888,53KJ/Kg