ATIVIDADE 4 - MÁQUINAS TÉRMICAS

 1ª QUESTÃO “Um ciclo termodinâmico pode ser caracterizado como um ciclo fechado ou aberto. Nos ciclos fechados, o fluido de trabalho retorna ao ponto de partida nas condições iniciais e o ciclo de reinicia, assim como ocorre nas geladeiras. No caso dos ciclos abertos, ao contrário de recircular, o fluido é renovado ao final de cada ciclo. Os motores de automóveis são exemplos de ciclos termodinâmicos abertos, já que ocorre a exaustão e a substituição dos gases de combustão por uma mistura de combustível e ar fresco após cada ciclo. Dessa forma, o motor opera em um ciclo mecânico, mas o fluido de trabalho não completa o ciclo termodinâmico.” Diante do exposto, considere que 10 kg de água escoa em um ciclo termodinâmico fechado. Após uma etapa do ciclo, a corrente se encontra com título de 80% e pressão de saturação de 1MPa. Ao absorver calor do ambiente a pressão constante, a corrente adquire a temperatura de 300 C. Considerando o processo descrito, avalie as alternativas abaixo:

I. Na pressão de saturação de 1MPa e título de 80%, a temperatura da mistura é de aproximadamente 180 C.
II. Na pressão de saturação de 1MPa e título de 80%, a corrente se encontra com entalpia de aproximadamente 2015 kJ.kg .
III. A quantidade de calor absorvido pela corrente foi de 6760 kJ.
IV. Na pressão de saturação de 1MPa e título de 80%, a massa de vapor na mistura é de 2 kg e de líquido 8 kg.
V. Após absorver calor do ambiente, a corrente se torna uma corrente de vapor superaquecido com entalpia de aproximadamente 3051 kJ.kg . É correto o que se afirma em:

I, II e IV, apenas.
I, III e V, apenas.
II, III, IV e V, apenas.
I, III, IV e V, apenas.
I, II, III, IV e V.
 

2ª QUESTÃO O ciclo reversível mais conhecido é o ciclo de Carnot, composto por quatro processos reversíveis, sendo dois isotérmicos e dois adiabáticos. A máquina térmica teórica que funciona segundo o ciclo de Carnot é denominada “máquina térmica de Carnot”. Um exemplo de máquina térmica é um gás confinado em um conjunto pista-cilindro adiabático. Outro exemplo é a alimentação de uma turbina por um vapor produzido em uma caldeira. Considere uma central termelétrica que opera com vapor superaquecido a 450 °C e 8,0 Mpa. O condensador da central rejeita calor de modo que o fluido de trabalho irá sair a 100 C e 100 kPa. A respeito do processo descrito e, assumindo que a central termoelétrica opera segundo o ciclo de Carnot, é correto afirmar que:

A máxima eficiência térmica do ciclo é de aproximadamente 48%.
A fonte fria é o vapor superaquecido e a fonte quente é o condensador.
O fluido de trabalho sai do condensador na forma de líquido sub resfriado.
O máximo rendimento teórico passível de ser obtido é de aprox. 78 %.
O máximo rendimento sempre é obtido, já que os processos reais são reversíveis.
 

3ª QUESTÃO Em grande parte das aplicações industriais a amônia é utilizada como fluido refrigerante, a exemplo do sistema de refrigeração por absorção. No sistema de refrigeração por absorção, o fluido refrigerante mais comum é a amônia devido à baixa temperatura de evaporação da amônia e à sua alta capacidade de troca térmica. Como mencionado, a amônia é bastante utilizada como fluido de trabalho nos sistemas de refrigeração industrial. Em um determinado processo, a amônia entra no trocador de calor 1-1 (U=0,65 kW.m . C ) a uma vazão de 0,5 kg por segundo, a 80 C, 600kPa e com 1630 kJ.kg de energia. Na saída a amônia se encontra a 30 °C, 500 kPa e com entalpia de 1500 kJ.kg de energia. A amônia troca calor com uma corrente de água fria que circula em contracorrente no processo a uma vazão de 2 kg por segundo e entra no trocador a 25 °C. Sabendo que a água possui densidade igual a 1000 kg.m e capacidade calorífica igual a 4,2 kJ.kg .K , avalie as alternativas abaixo:

I. O trocador de calor em questão é um condensador.
II. Em um trocador de calor não há realização de trabalho e as energias cinética e potencial podem ser desprezadas.
III. A troca térmica no trocador de calor é de 65000 W.
IV. A água sai do trocador de calor a aproximadamente 33 C.
V. A área do trocador de calor é de aproximadamente 5,35 m .
É correto o que se afirma em:

 I, II e IV, apenas.
II, III, IV e V, apenas.
I, III e V, apenas.
I, II, IV e V, apenas.
I, II, III, IV e V.
 

4ª QUESTÃO“Nos sistemas abertos existe fluxo de massa pela fronteira que carrega energia consigo, além de calor e trabalho. O fluxo de massa deve obedecer à lei da conservação da massa. O conhecimento da Primeira Lei para sistemas abertos é importante para o estudo de caldeiras, compressores, sistemas de refrigeração e muitas outras aplicações de interesse Equipamentos podem ser considerados sistemas abertos, como as caldeiras a vapor, aquecedores em geral e trocadores de calor. Por sua vez, as máquinas também podem ser tratadas como sistemas abertos, a exemplo das bombas, compressores, turbinas e motores.” Uma caldeira é alimentada com água a 80 °C a 7 atm e deve produzir 2000 kg por hora de vapor saturado a 160 °C e pressão de 6 atm. Sabendo que a água possui densidade igual a 1000 kg.m e capacidade calorífica igual a 4,2 kJ.kg .K , avalie as alternativas abaixo:

I. A vazão de água que alimenta a caldeira é de 2 m por hora.
II. A temperatura de saturação do vapor a 6 atm é de aproximadamente 353 K.
III. A água recebe 187 kW de calor sensível para ser aquecida até o ponto de líquido saturado.
IV. A água recebe 1158 kW de calor latente para ser aquecida do ponto de líquido saturado até o ponto de vapor saturado.
V. A taxa de calor fornecido pela caldeira é de aproximadamente 1345 kW.
É correto o que se afirma em:

I, II e IV, apenas.
II, III, IV e V, apenas.
I, III e V, apenas.
I, III, IV e V, apenas.
I, II, III, IV e V.
 

5ª QUESTÃO Turbina a vapor é um tipo de máquina térmica que produz trabalho a partir da expansão do vapor em seu interior, ou seja, a partir da variação de volume do fluido de trabalho. A turbina de vapor é aplicada em centrais termoelétricas a vapor, sendo alimentada por vapor superaquecido em alta pressão e descarregando vapor saturado em baixa pressão. Uma determinada turbina recebe vapor a 1,75 kg.s , 6 MPa e 3045 kJ.kg , e descarrega o vapor a 90 C e 2660 kJ.kg . Sabendo que a energia cinética e potencial pode ser desprezada e que no processo de expansão a turbina dissipa 30 kW de calor para o meio, avalie as alternativas abaixo:
I. O vapor superaquecido alimenta a turbina a aproximadamente 350 C.
II. A pressão do vapor saturado na descarga da turbina é de aproximadamente 70 kPa.
III. O vapor superaquecido alimenta a turbina a uma vazão de aproximadamente 2,66 m por hora.
IV. Na descarga da turbina o vapor sai a 6,3 toneladas por hora.
V. O trabalho realizado é de aproximadamente 674 kW e está sendo fornecido para a vizinhança.
É correto o que se afirma em:

I, II e IV, apenas.
II, III, IV e V, apenas.
I, III e V, apenas.
I, II, IV e V, apenas.
I, II, III, IV e V.

 

 ATIVIDADE RESOLVIDA

 

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