Questão 1

Um cilindro dotado de pistão sem atrito é utilizado em um ciclo termodinâmico para produção de potência mecânica e opera de acordo com o ciclo de Carnot. A temperatura da fonte quente disponível é 700 K e a temperatura do meio ambiente é 300K.

a) Determine o rendimento térmico do ciclo;

b) calcule a potência mecânica produzida, dado que a taxa de transferência de calor para o ambiente é de 800 kW.

c) se o fluido de trabalho for ar, determine a variação de entropia do mesmo ao longo do processo de aquecimento.
 

Resolução

O ciclo de Carnot é o que apresenta maior rendimento térmico operando entre duas temperaturas determinadas.

a) rendimento térmico do ciclo:
 

Rendimento térmico do ciclo = 0,5714

b) potência desenvolvida
 

 

c) variação de entropia no aquecimento

no diagrama T-s o ciclo de Carnor é representado por um retângulo, a base do qual é a variação de entropia e a altura a diferença de temperaturas do ciclo. Como a área do retângulo corresponde à troca líquida de calor durante um ciclo, temos para n ciclos por segundo:
 

 início

Questão 2

Uma turbina a vapor opera em regime permanente, expandindo 10 kg/s de vapor superaquecido a 80bar e 440ºC. O vapor sai da turbina a 10 bar e 200ºC. A turbina transfere calor para o meio ambiente a uma taxa de 5% da potência mecânica produzida.

a) Determine a potência mecânica gerada pela turbina;

b) calcule a taxa de produção de entropia no interior da turbina, considerando que a temperatura da superfície externa da turbina é 330 K.

Resolução

a) potência mecânica

a partir da Primeira Lei da Termodinâmica para volumes de controle
 

fazendo o balanço da Segunda Lei da Termodinâmica
 

Questão 3

Um compressor adiabático admite ar a 1bar e 300K, operando em regime permanente. O fluxo de ar comprimido é 1kg/s. A pressão de saída é 3 bar. A eficiência isentrópica do compressor é 0,80.

a) Determine a temperatura de saída do ar se o processo fosse isentrópico;

b) determine a temperatura real de saída do ar;

c) determine a potência consumida pelo compressor;

d) calcule a taxa de produção de entropia no compressor.

Resolução

a) temperatura de saída do ar se o processo fosse isentrópico

Se o processo fosse isentrópico teríamos, usando a tabela de gases para o ar:
 

b,c) temperatura real de saída e potência consumida:

na entrada:
 

pela Primeira Lei da Termodinâmica:
 
 

d) pelo balanço de Segunda Lei e utilizando a tabela de gases para o ar: