2 º Semestre 2016/2017 (MEAer, MEMec, Amb, Naval) 2º Teste-Repescagem, 26/Junho/2017. Nome Nº

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1 Termodinâmica I 2 º Semestre 2016/2017 (MEAer, MEMec, Amb, Naval) 2º Teste-Repescagem, 26/Junho/2017 Nome Nº P1 (3v+1v+1v) A figura representa um tanque rígido com água. A água sai do tanque através duma tubagem e expande, em seguida, numa turbina, sendo posteriormente descarregada na atmosfera exterior. O volume do tanque é!, sendo " # a sua pressão inicial e " $ a sua pressão final. Na secção de saída a pressão e temperatura são respectivamente iguais a " % e & %. Considere que a evolução é isotérmica, ou seja, & # = & $ = & % = &. A tracejado indica-se o sistema que deverá usar nos balanços integrais. Hipóteses: despreze a contribuição de energia cinética e potencial no balanço de energia; despreze a massa de água na tubagem e na turbina. Dados:! = 10 +, ; & = 200 º0; " # = 3 234; " $ = " % = Para uma evolução reversível, determine a energia, na forma de calor, trocada entre o depósito e o exterior; 2. Sem apresentar cálculos, escolha uma das seguintes opções para o trabalho máximo produzido pela turbina. (Nota: se não resolveu a alínea anterior considere = =>). a) 100?> < A BCD < 125?> b) 125?> < A BCD < 150?> c) 150?> < A BCD < 175?> d) nenhuma das opções anteriores 3. Se em vez de água, o depósito contivesse ar, escolha sem apresentar cálculos, uma das seguintes opções para o valor máximo de A constante. a) b) c) G = ln F H F H I BCD F L G = ln F H F H I BCD F L G = P F L F H F H I BCD + F L F H F L F H 1 d) nenhuma das opções anteriores " #!. Admita que o ar se comporta como gás perfeito com E F

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3 Termodinâmica I 2 º Semestre 2016/2017 (MEAer, MEMec, Amb, Naval) 2º Teste-Repescagem, 26/Junho/2017 Nome Nº P2 (2v+1v+2v) Considere o ciclo de turbina a gás representado na Figura. O compressor tem um rendimento de 90% e as turbinas têm um rendimento isentrópico de 95%. A potência útil da Turbina 2 é de 9620kW, a temperatura à saída da câmara de combustão é de 2100K. A pressão e temperatura à entrada do compressor é de 1bar e 300K respectivamente e as turbinas descarregam para a atmosfera que está a 1bar. As duas válvulas de laminagem adiabáticas estão completamente abertas, os caudais nos dois ramos são iguais e a razão de pressão é 10. Nota: Assuma que o ar se comporta como gás perfeito com C p =1kJ/kgK e g=1.4. Despreze ainda as perdas de carga na câmara de combustão e as variações de energia cinética e potencial a) Desenhe o ciclo num diagrama [T,s] e preencha a tabela a 3b P (bar) T s (K) T real (K) 4 5 b) Qual o trabalho específico do compressor, das turbinas, a potência útil e o rendimento da instalação (balanço de energia e resultado)

4 c) Mostre que para qualquer posição das válvulas e em condições de funcionamento ideal (compressor e turbinas) a potência útil em módulo pode ser dada por A Q = 0 F + RSTCU & V 4 FWTQXY Z 1 & # 4 FW\SBF Z 1, desde que T 4 =T 5, onde + RSTCU representa a soma dos caudais que passam pelas turbinas, 4 FWTQXY é a razão de pressão em qualquer das turbinas e 4 FW\SBF é a razão de pressão no compressor

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6 Termodinâmica I 2 º Semestre 2016/2017 (MEAer, MEMec, Amb, Naval) 2º Teste-Repescagem, 26/Junho/2017 Nome Nº P2 (2v+1v+2v) Considere o ciclo de turbina a gás representado na Figura. O compressor tem um rendimento de 90% e as turbinas têm um rendimento isentrópico de 95%. A potência útil da Turbina 2 é de 9620kW, a temperatura à saída da câmara de combustão é de 2100K. A pressão e temperatura à entrada do compressor é de 1bar e 300K respectivamente e as turbinas descarregam para a atmosfera que está a 1bar. As duas válvulas de laminagem adiabáticas estão completamente abertas, os caudais nos dois ramos são iguais e a razão de pressão é 10. Nota: Assuma que o ar se comporta como gás perfeito com C p =1kJ/kgK e g=1.4. Despreze ainda as perdas de carga na câmara de combustão e as variações de energia cinética e potencial a) Desenhe o ciclo num diagrama [T,s] e preencha a tabela a 3b P (bar) T s (K) T real (K) 4 5 b) Qual o trabalho específico do compressor, das turbinas, a potência útil e o rendimento da instalação (balanço de energia e resultado)

7 c) Mostre que para qualquer posição das válvulas e em condições de funcionamento ideal (compressor e turbinas) a potência útil em módulo pode ser dada por! Q = $ F & RSTCU, V. FWTQXY Z 1, #. FW\SBF Z 1, desde que T 4 =T 5, onde & RSTCU representa a soma dos caudais que passam pelas turbinas,. FWTQXY é a razão de pressão em qualquer das turbinas e. FW\SBF é a razão de pressão no compressor