A evaporação é uma operação frequentemente usada na indústria de alimentos para a concentração de suco de frutas. Um evaporador de simples efeito é composto por um trocador de calor e um dispositivo para separar a fase vapor do líquido em ebulição (Figura), sendo este um processo de caraterizado pelo alto consumo de energia. Se uma pequena indústria requer concentrar 5000 kg/h de suco de laranja com uma concentração inicial de sólidos dissolvidos de 5% para 25 % utilizando vapor saturado a 150 KPa no interior do trocador de calor. A entalpia da água como vapor saturado e liquido saturado a 150 kPa são, respectivamente, 2693 kJ/kg e 467 kJ/kg.
Figura
Desprezando as perdas por transferência de calor entre o evaporador com o ambiente, as variações de energia cinética e potencial gravitacional. Qual é o calor requerido pelo evaporador e a vazão mássica do vapor de aquecimento?
Alternativas:
- a)
3150,3 kJ/s / 0,22 kg/s.
- b)
2402,3 kJ/s / 1,84 kg/s.
- c)
2819,7 kJ/s / 1,26 kg/s.
- d)
2519,7 kJ/s / 0,86 kg/s.
- e)
3512,7 kJ/s / 0,99 kg/s.
O efeito frigorífico em um sistema de refrigeração é gerado no conjunto válvula de expansão e evaporador, como é apresentado na Figura.
Figura
Considere que o sistema apresentado na Figura anterior é uma parte de um Chiller de absorção, no qual 0,5 kg/s de amônia com uma pressão de 1400 kPa e uma temperatura de 295 K é expandido até 280 kPa para posteriormente, num evaporador adiabático, esfriar ar com uma pressão de 100 kPa de 30°C para 25°C.
Se o dispositivo opera em regime permanente e os efeitos da energia cinética e potencial podem ser desconsiderados, assinale a alternativa correta que representa a temperatura da amônia na saída da válvula de expansão e vazão mássica do ar no evaporado (ARs). Assuma que a amônia na saída do evaporador possui uma temperatura de 273,15 K.
Alternativas:
- a)
273 K / 44,6 kg/s.
- b)
273 K / 38,5 kg/s.
- c)
262 K / 58,3 kg/s.
- d)
273 K / 28,3 kg/s.
- e)
262 K / 44,6 kg/s.
A regeneração de calor é um método comumente utilizado para aumentar a eficiência térmica em instalações de potência. Este processo consiste no aproveitamento energético de uma fonte calor que normalmente é rejeitada ao meio ambiente sem nenhum aproveitamento utilizando um trocador de calor adicional (Regenerador). Na Figura 1B observa-se que um regenerador foi incorporado ao ciclo Brayton com o intuito de aproveitar os gases quentes que são descarregados pela turbina com o fim de reduzir o consumo de energia (Qe) e aumentar a eficiência no ciclo termodinâmico.
Figura 1
Considere o ciclo termodinâmico apresentado na Figura 1A que utiliza ar seco como fluido de trabalho, uma vazão mássica de 3,2 kg/s e seus parâmetros de operação estão resumidos na Tabela 1.
Tabela 1.
Fluxo | Pressão (kPa) | Temperatura (K) |
1 | 101.325 | 298 |
2 | 800 | 535 |
3 | 800 | 1000 |
4 | 101.325 | 710 |
De acordo com os dados fornecidos na Tabela 1 e considerando que todos os equipamentos do ciclo são adiabáticos e que não há perda de carga nos trocadores de calor avalie as afirmações a seguir como (V) verdadeiras ou (F) falsas.
( ) Sob as condições apresentadas na Tabela 1 o ciclo de Brayton sem regeneração (Figura 1A) possui uma geração de trabalho mecânico líquido inferior a 1200 kW.
( ) O calor requerido (Qe) para elevar a temperatura do fluxo 2 no ciclo de Brayton sem regeneração é superior a 2000 kJ/s.
( ) Considerando que a vazão mássica continua sendo 3,2 kg/s, que as condições de pressão e temperatura dos fluxos 1, 2, 3 e 4 do ciclo Brayton com regeneração (Figura 1B) são equivalentes aos apresentados na Tabela 1 e que a temperatura do fluxo 5 é 646 K, o calor requerido (Qe) para elevar a temperatura do fluxo 5 no ciclo é inferior a 2000 kJ/s.
( ) O uso do recuperador de calor no ciclo Brayton incrementou o trabalho gerado pela turbina em 60 kW.
É correto o que se afirma em:
Alternativas:
- a)
V – V – F - F.
- b)
F – F – V - V.
- c)
V – V – V - F.
- d)
F – F – F - V.
- e)
F – V – F - V.
A Figura 1 apresenta um sistema que opera como um ciclo entre quatro reservatórios térmicos. O sistema A representa um ciclo de potência operando entre os reservatórios T1=900 K e T2=360 K, sendo utilizado para acionar o sistema B que representa um ciclo de refrigeração que opera entre os reservatórios T3=263 K e T4=315,6 K.
Figura 1.
Considerando que o trabalho desenvolvido pelo sistema A é de 300 kJ, assinale a alternativa correta que representa, respectivamente: o calor fornecido pelo reservatório T1 (Q1), o calor rejeitado ao reservatório T2 (Q2), o calor retirado do reservatório T3 (Q3) e o calor rejeitado ao reservatório T4 (Q4) para que a geração de entropia do sistema térmico (Figura 1) seja nula.
Alternativas:
- a)
800 kJ / 500 kJ / 1200 kJ / 1500 kJ.
- b)
400 kJ / 100 kJ / 800 kJ / 1100 kJ.
- c)
700 kJ / 400 kJ / 900 kJ / 1200 kJ.
- d)
500 kJ / 200 kJ / 1500 kJ / 1800 kJ.
- e)
900 kJ / 600 kJ / 1800 kJ / 2100 kJ.
Um ciclo de potência que utiliza 4 kg/s de água como fluido de trabalho está composto por 4 processos desenvolvidos em série. O ciclo opera em estado permanente e fornece os seguintes dados termodinâmicos (Tabela 1), onde (S) representa a entropia, (T) a temperatura e (x) o título da mistura líquido-vapor.
Baseado nas informações fornecidas na Tabela 1 os valores do calor fornecido ao evaporador (Processo 4-1), o calor retirado no condensador (Processo 2-3) e a potência do ciclo termodinâmico são de
Alternativas:
- a)
Q4-1 = 4033,2 kJ/s / Q2-3 = 2833,2 kJ/s / W = 1200,0 kW.
- b)
Q4-1 = 5000,1 kJ/s / Q2-3 = 3500,1 kJ/s / W = 1500,1 kW.
- c)
Q4-1 = 6059,1 kJ/s / Q2-3 = 4311,2 kJ/s / W = 1747,9 kW.
- d)
Q4-1 = 7179,3 kJ/s / Q2-3 = 5278,4 kJ/s / W = 1900,8 kW.
- e)
Q4-1 = 8005,2 kJ/s / Q2-3 = 5354,4 kJ/s / W = 2650,8 kW.
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