2 º Semestre 2014/2015 (MEAer, MEMec, Amb, Naval) 1º Exame, 15/Junho /2015. Nome Nº

Transcrição

1 P1 Problema 1 (6 v) (selecione apenas uma resposta) 1) Para aumentar o rendimento de um ciclo reversível de potência que opera entre duas fontes de energia com temperaturas Th (fonte quente) e Tc (fonte fria), é melhor: a) aumentar a temperatura da fonte fria, mantendo a temperatura da fonte quente b) diminuir a temperatura da fonte fria, mantendo a temperatura da fonte quente c) diminuir o trabalho produzido d) reduzir a entropia do sistema 2) A 2ª Lei da Termodinâmica exige que a variação de entropia de qualquer processo seja: a) positiva ou nula b) nula c) nenhuma exigência 3) Num processo termodinâmico com um gás perfeito a variação de entropia é dada por!!!! =!! ln!!!!!!ln!(!!) se:!! a) o processo for adiabático e reversível b) o processo ocorrer num sistema fechado c) se considerarmos Cp constante 4) Se a eficiência de um ciclo de Carnot é de 40%, então o COP de um ciclo frigorífico de Carnot a operar entre as mesmas fonts térmicas é: a) 1.5 b) 2.5 c) 3.4 d) 4.5 5) A variação de energia interna num sistema fechado é igual ao calor trocado se o processo reversível ocorrer a a) pressão constante b) temperatura constante c) volume constante d) entropia constante e) nenhuma das respostas anteriores

2 6) O trabalho realizado num processo adiabático de um sistema fechado com estados termodinâmicos inicial e final fixos, depende: a) somente dos estados inicial e final b) do processo termodinâmico c) da massa do sistema d) nenhuma das respostas anteriores 7) Considere o diagrama P-v de um ciclo termodinâmico com gás perfeito. Para o processo A-B : a) o sistema recebe trabalho b) o sistema cede trabalho c) o trabalho é nulo Para o processo B-C, a troca de calor é a) o sistema recebe calor b) o sistema cede calor c) a troca de calor é nula Para o processo C-A, a energia interna a) aumenta b) diminui c) mantém-se 8) A principal causa de irreversibilidades, num processo termodinâmico é: a) a transferencia de calor com um gradiente de temperatura b) o atrito c) as duas alineas anteriores d) nenhuma das respostas anteriores

3 P2 Problema 1 (7 v) Considere um sistema constituído por um tanque rígido e adiabático, no interior do qual existe uma divisória rígida, móvel e adiabática, que separa dois reservatórios com iguais massas! de ar. O estado de equilíbrio inicial é caracterizado pela temperatura!, igual nos dois reservatórios, e pela pressão!!. Após fornecer energia!, através de uma ventoinha, a um dos reservatórios, atinge-se um estado de equilíbrio final caracterizado pela pressão!!, sendo!!,!! a temperatura e volume finais do ar no reservatório que recebeu energia e!!,!! a temperatura e volume finais do ar no outro reservatório. Hipóteses: considere que o ar é gás perfeito; assuma!! constante durante a evolução entre os dois estados; despreze variações de energia cinética e potencial. Dados:! = 1!",! = 27º!,!!!! = 2,!!!!! = 4,!! = 0.776!!"/!".! a) Determine o trabalho!; b) Determine!! e!! ; c) Demonstre matematicamente que o sistema não pode evoluir espontaneamente (isto é, com! = 0 =!), do estado inicial descrito anteriormente para um estado final onde há uma diferença de temperatura entre os dois reservatórios. Faça a demonstração para valores genéricos de pressão e temperatura.

4 P3 Problema 3 (7 v) Considere uma central térmica a vapor que opera segundo o ciclo de Rankine ideal com sobreaquecimento. O vapor entra na turbina a 3MPa e 360 C e a pressão no condensador é de 70kPa. O vapor sai do condensador em liquido saturado. a) Preencha a tabela, justificando com os cálculos necessários e suficientes: Entrada turbina Saída da turbina Entrada da bomba Pressão [kpa] Temperatura [ C] Entalpia [kj/kg] Entropia [kj/kg K] Saída da bomba xxxxxx b) Qual o trabalho especifico da Turbina e o da Bomba? c) Qual o rendimento do ciclo? d) Para este ciclo de Rankine, considerando que a pressão na caldeira e no condensador permanecem constantes, qual o efeito de aumentar a temperatura de sobreaquecimento: Aumenta Diminui Permanece constante O trabalho da turbina O trabalho da bomba O calor fornecido na caldeira O calor rejeitado no condensador O titulo de vapor à saída da turbina Nota: na alínea d) uma resposta certa = 1 valor uma resposta errada =-1. Mas no total a alínea tem uma cotação entre 0 e 5, i.e., o valor negativo só afecta a cotação da alínea d)

5 P1 Problema 1 (6 v) (selecione apenas uma resposta) 1) Para aumentar o rendimento de um ciclo reversível de potência que opera entre duas fontes de energia com temperaturas Th (fonte quente) e Tc (fonte fria), é melhor: a) aumentar a temperatura da fonte fria, mantendo a temperatura da fonte quente b) diminuir a temperatura da fonte fria, mantendo a temperatura da fonte quente c) diminuir o trabalho produzido d) reduzir a entropia do sistema 2) A 2ª Lei da Termodinâmica exige que a variação de entropia de qualquer processo seja: a) positiva ou nula b) nula c) nenhuma exigência 3) Num processo termodinâmico com um gás perfeito a variação de entropia é dada por!!!! =!! ln!!!!!!ln!(!!) se:!! a) o processo for adiabático e reversível b) o processo ocorrer num sistema fechado c) se considerarmos Cp constante 4) Se a eficiência de um ciclo de Carnot é de 40%, então o COP de um ciclo frigorífico de Carnot a operar entre as mesmas fonts térmicas é: a) 1.5 b) 2.5 c) 3.4 d) 4.5 5) A variação de energia interna num sistema fechado é igual ao calor trocado se o processo reversível ocorrer a a) pressão constante b) temperatura constante c) volume constante d) entropia constante e) nenhuma das respostas anteriores

6 6) O trabalho realizado num processo adiabático de um sistema fechado com estados termodinâmicos inicial e final fixos, depende: a) somente dos estados inicial e final b) do processo termodinâmico c) da massa do sistema d) nenhuma das respostas anteriores 7) Considere o diagrama P-v de um ciclo termodinâmico com gás perfeito. Para o processo A-B : a) o sistema recebe trabalho b) o sistema cede trabalho c) o trabalho é nulo Para o processo B-C, a troca de calor é a) o sistema recebe calor b) o sistema cede calor c) a troca de calor é nula Para o processo C-A, a energia interna a) aumenta b) diminui c) mantém-se 8) A principal causa de irreversibilidades, num processo termodinâmico é: a) a transferencia de calor com um gradiente de temperatura b) o atrito c) as duas alineas anteriores d) nenhuma das respostas anteriores

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8 Considere)uma)central)térmica)a)vapor)que)opera)segundo)o)ciclo)de)Rankine)ideal)com) sobreaquecimento.)o)vapor)entra)na)turbina)a)3mpa)e)360 C)e)a)pressão)no)condensador)é)de) 70kPa.)O)vapor)sai)do)condensador)liquido)saturado.) a) Preencha)a)tabela:) ) Pressão) [kpa]) Temperatura) [ C]) Entalpia) [kj/kg]) Entropia) [kj/kg)k]) Entrada)turbina) 3000) 360) ) ) Saída)da)turbina) 70) 89.95) ) ) Entrada)da)bomba) 70) 89.95) 376.7) ) Saída)da)bomba) 3000) xxxxx) 379.6) ) ) Saída)da)turbina))))x=(6.7801W1.1919)/(7.4797W1.1919)=0.89) ))))))))))))))))))))))))))))))))))h=)0.89)x)2660+(1w0.89))x)376.7=2408.8)kj/kg) Saída)da)bomba)))h=) (3000W70)=)379.6)kJ/kg) b) Qual)o)trabalho)especifico)da)Turbina)e)o)da)Bomba?) ))))))))))))))W)turbina=)(3138.7W2408.8))=)729.9)kJ/kg) ))))))))))))))W)bomba=))(379.6W376.7)=))2.9)kJkg) c) Qual)o)rendimento)do)ciclo?)!=)(729.9W2.9)/(3138.7W379.6)=)0.26) d) Para)este)ciclo)de)Rankine,)considerando)que)a)pressão)na)caldeira)e)no)condensador) permanecem)constantes,)qual)o)efeito)de)aumentar)a)temperatura)de) sobreaquecimento:) ) Aumenta) Diminui) Permanece)constante) O)trabalho)da)turbina)) xx) ) ) O)trabalho)da)bomba) ) ) xx) O)calor)fornecido)na) xx) ) ) caldeira) O)calor)rejeitado)no) xx) ) ) condensador) O)titulo)de)vapor)à) xx) ) ) saída)da)turbina) ) ()na)alínea)d))uma)resposta)certa)=)1)valor)uma)resposta)errada)=w1.)mas)no)total)a)alínea)tem) uma)cotação)entre)0)e)5,)i.e.,)o)valor)negativo)só)afecta)a)cotação)da)alínea)d))) )