ISEL Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Máquinas Térmicas e Hidráulicas 2º Semestre 05/06 2º Teste Turmas 410, 420 e /06/06

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1 ISEL Intituto Superior de Engenaria de Liboa Máquina Térmica e Hidráulica 2º Semetre 05/06 2º Tete Turma 410, 420 e /06/06 1 Diga o que entende por Temperatura. Teórica 2 Conidere um itema termodinâmico. a) O que entende por Fronteira do itema? b) Que tipo de fluxo podem ocorrer atraé da fronteira de um itema? c) Caracterize o itema termodinâmico, a partir do fluxo exitente atraé da ua fronteira. Cotação 1,5 [ a) 0,5; b) 0,5; c) 0,5 ] 3 O que entende por funçõe de etado e de percuro? Dê exemplo. 4 O que entende por calor eníel e calor latente? 5 Repreente graficamente o calor aborido por um itema durante um proceo iotérmico. 6 Um itema termodinâmico pode realizar trabalo durante um proceo não cíclico, trocando calor com apena uma fonte. Comente a frae com recuro ao Primeiro Principio da Termodinâmica. Cotação 1,0 7 Com bae no Segundo Princípio da Termodinâmica, diga o que entende por Bomba de Calor. 8 O que entende por COP F de uma máquina? 9 O que entende por Ar Seco? E por Ar Saturado? Qual a umidade relatia do Ar Seco e do Ar Saturado? Cotação 1,0 10 Repreente num digrama de Clayperon (PV) um proceo Iotérmico de paagem de água não em ebulição a apor obreaquecido. Identifique e caracterize o diferente ponto pelo quai paa ete proceo? Cotação 1,0 11 Indique, quai a condiçõe neceária à formação de Óxido de Azoto (NO X ) num proceo de combutão? 1

2 ISEL Intituto Superior de Engenaria de Liboa Máquina Térmica e Hidráulica 2º Semetre 05/06 2º Tete Turma 410, 420 e /06/06 Prática 1 Conidere que e pretende projectar uma bomba de calor para equipar o itema de ar condicionado num ecritório com 20,0 m de largura, 25,0 m de comprimento e 3,0 m de altura. Pretende-e que o arrefecimento do ecritório e faça entre a 1:00 e a 7:00 da manã, de modo a tirar partido da tarifa bi-orária. Sabe-e atraé do itórico dete ecritório, que a condiçõe ambiente mai extrema atingida no eu interior ão da ordem do 32 ºC de temperatura e umidade relatia de 30%. Pretende-e que à 7:00 da manã a temperatura do ar eja de 18 ºC, em que aja adição ou remoção de água durante o proceo de arrefecimento. Conidere que a ala e encontra à preão atmoférica normal, que a parede, tecto e cão e encontram perfeitamente iolada termicamente e que o ar e comporta como um gá perfeito com uma contante R=260 J/kg K. a) Determine a maa de ar exitente na ala, a umidade relatia do ar à 7:00 e a quantidade de calor total que e le dee retirar durante o arrefecimento. b) Determine a potência mínima do compreor da bomba de calor, abendo que o COP F =1,5. c) No cao de não e pretender gatar energia durante o arrefecimento, diga qual a temperatura mínima que e poderia atingir na ala e a quantidade máxima de água a adicionar em que ouee formação de neoeiro. Cotação 3,0 [ a) 1,0; b) 1,0; c) 1,0 ] 2 Conidere uma central de produção de energia eléctrica equipada com um grupo gerador actuado por uma turbina a apor, repreentado equematicamente na figura. Coniderando que a turbina é alimentada por um caudal de 2,1 tonelada de apor obreaquecido por minuto, determine: a) A entalpia epecífica do apor à entrada e à aída da turbina em unidade SI. b) A potência diponibilizada pelo apor à turbina. c) O rendimento da turbina abendo que eta diponibiliza no eu eio 10 MW. Cotação 3,0 [ a) 1,0; b) 1,5; c) 0,5 ] 2

3 ISEL Intituto Superior de Engenaria de Liboa Máquina Térmica e Hidráulica 2º Semetre 05/06 2º Tete Turma 410, 420 e /06/06 Prática (continuação) 3 Uma indútria tem uma unidade de cogeração que fornece, continuamente à rede eléctrica, uma potência de 800 kw. Eta unidade é compota por um motor Dieel com um rendimento de 38%, um alternador com um rendimento de 85% e um permutador de calor. a) Admitindo que o combutíel tem um Poder Calorífico Inferior de 43 MJ / kg e uma maa epecífica de 835 kg/m 3, qual o conumo orário de gaóleo em litro? b) Admitindo que o permutador de calor recupera 40% do calor rejeitado pelo motor Dieel, para aquecimento de água a 60 ºC, qual a maa de água que e pode aquecer diariamente? Conidere a água inicialmente a 10 ºC, com um Cp = 4200 J / kg K c) Qual o rendimento total da unidade com e em recuperação de calor? Repreente graficamente o balanço térmico da intalação total. Cotação 3,0 [ a) 1,0; b) 1,0 b) 1,0 ] 4 Conidere um eículo automóel de mercadoria equipado com um motor de exploão tranformado para queimar Gá Natural. Conidere que ete gá é contituído eencialmente por metano (CH 4 ), endo o eu olume epecífico de 1,4 m 3 (n)/kg e o eu PCI = 39 MJ/kg. O conumo médio dete eículo é de 11 m 3 (n)/100 km, funcionando abitualmente com uma mitura pobre com um exceo de ar de 10%. a) Ecrea a equação da combutão completa e determine razão ar-combutíel de funcionamento. b) Determine a emiõe epecífica de dióxido de carbono do eículo (em gco 2 / km) c) Um eículo idêntico ao etudado encontra-e equipado com um motor Dieel, com um conumo médio de 9 litro /100 km. Coniderando que a molécula dominante do gaóleo é C 12 H 26 e que a ua maa epecífica é de 830 kg/m 3, determine e exitem antagen ambientai em utilizar um eículo a Gá Natural. Cotação 3,0 [ a) 1,0; b) 1,0 b) 1,0 ] 3

4 ANEXOS Contante termodinâmica do apor de água obreaquecido 6/18 p bar t º C Valore da contante 5 0, ,5 1,6636 0, ,6 1,6853 0, ,6 1,7057 0, ,5 1,7255 0, ,5 1,7445 0, ,5 1, , ,4 1, , ,0 1,6407 0, ,5 1,6632 0, ,6 1,6842 0, ,6 1,7042 0, ,6 1,7232 0, ,6 1,7417 0, ,6 1, , ,6 1,6211 0, ,3 1,6443 0, ,6 1,6656 0, ,7 1,6859 0, ,8 1,7052 0, ,9 1,7037 0, ,0 1, , ,6 1,6038 0, ,1 1,6275 0, ,5 1,6493 0, ,8 1,6699 0, ,1 1,6893 0, ,3 1,7080 0, ,3 1, , ,2 1,5878 0, ,6 1,6123 0, ,3 1,6346 0, ,9 1,6554 0, ,3 1,6573 0, ,5 1,6941 0, ,6 1, , ,3 0,5107 0, ,1 1,5983 0, ,3 1,6212 0, ,0 1,6425 0, ,4 1,6626 0, ,7 1,6815 0, ,9 1, , ,3 0,5107 0, ,8 1,5856 0, ,3 1,6090 0, ,2 1,6305 0, ,7 1,6508 0, ,0 1,6699 0, ,2 1, , ,3 0,5106 0, ,6 1,5735 0, ,3 1,5976 0, ,2 1,6195 0, ,8 1,6400 0, ,2 1,6594 0, ,5 1, , ,5 1,5518 0, ,0 1,5770 0, ,2 1,5995 0, ,0 1,6204 0, ,5 1,6402 0, ,0 1, , ,6 0,5562 0, ,4 1,5582 0, ,0 1,5816 0, ,1 1,6030 0, ,1 1,6232 0, ,8 1, , ,5561 0, ,6 1,5410 0, ,9 1,5652 0, ,3 1,5874 0, ,5 1,6079 0, ,6 1, , ,6 0,5560 0, ,8 1,5251 0, ,7 1,5503 0, ,5 1,5730 0, ,9 1,5941 0, ,1 1,6140 Nota O ímbolo, e referem-e, repectiamente, a alore epecífico do olume, da entalpia e da entropia, expreo em m 3 /kg, kcal/kg e kcal/(kg.k). 4

5 Contante termodinâmica do apor de água obreaquecido 18/18 p bar t º C Valore da contante 300 0, ,7 1,3224 0, ,6 1,3576 0, ,9 1, , ,3 1,4105 0, ,7 1,4437 0, ,8 1,4900 0, ,0 1, , ,5 1,3029 0, ,7 1,3412 0, ,9 1,3702 0, ,1 1,3964 0, ,9 1,4312 0, ,3 1,4790 0, ,0 1, , ,2 1,2821 0, ,0 1,3242 0, ,7 1,3552 0, ,3 1,3828 0, ,2 1,4190 0, ,9 1,4684 0, ,0 1, , ,9 1,2600 0, ,5 1,3063 0, ,4 1,3403 0, ,3 1,3697 0, ,5 1,4070 0, ,4 1,4582 0, ,0 1, , ,1 1,2381 0, ,5 1,2890 0, ,9 1,3256 0, ,2 1,3566 0, ,6 1,3954 0, ,0 1,4482 0, ,0 1, , ,7 1,2171 0, ,5 1,2697 0, ,3 1,3109 0, ,0 1,3436 0, ,7 1,3842 0, ,6 1,4387 0, ,1 1, , ,57 1,1969 0, ,8 1,2521 0, ,7 1,2962 0, ,5 1,3306 0, ,8 1,3731 0, ,0 1,4293 0, ,1 1, , ,4 1,1771 0, ,4 1,2348 0, ,2 1, , ,3 1,3180 0, ,8 1,3621 0, ,5 1,4201 0, ,1 1, , ,0 1,1580 0, ,3 1,2180 0, ,69 1,2675 0, ,1 1,3058 0, ,9 1,3514 0, ,0 1,4111 0, ,1 1, , ,6 1,1419 0, ,6 1,2015 0, ,0 1,2534 0, ,0 1,2936 0, ,9 1,3408 0, ,5 1,4023 0, ,2 1, , ,8 1,1277 0, ,2 1,1859 0, ,8 1,2399 0, ,8 1,2815 0, ,07 1,3302 0, ,0 1,3936 0, ,1 1,4873 Nota O ímbolo, e referem-e, repectiamente, a alore epecífico do olume, da entalpia e da entropia, expreo em m 3 /kg, kcal/kg e kcal/(kg.k). Extraído da obra Termodinâmica Aplicada Problema de Maurice Bailly, er bibliografia aconelada, obra que e recomenda para conulta de tabela complementare. 5

6 Diagrama Picrométrico do Ar Húmido 6