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EM 524 C - FENÔMENOS DE TRANSPORTE
1 A^ PROVA – DURAÇÃO 110 MINUTOS
10/Outubro/2006 (Consulta ao livro texto somente)
GABARITO
- ( 2,0 Pontos ) A tabela abaixo fornece dados em kJ para um sistema submetido a um ciclo termodinâmico composto de quatro processos em série. Para o ciclo os efeitos de energia cinética e potencial podem ser desprezados. Determine: a) os valores das lacunas em branco da tabela e; b) se o ciclo representa um ciclo motor ou um ciclo de refrigeração, justifique.
No processo 3-4 sabe-se pela 1ª lei que ∆U = -920. Por ser um processo cíclico, ∆U = 0, portanto, para o processo 1-2 ∆U = +570. Por meio de sucessivas aplicações a 1ª lei pode-se determinar Q e W restantes.
O trabalho líquido é +540 kJ, portanto trata-se de um ciclo motor, isto é, um ciclo que produz trabalho.
Processo (^) ∆U Q W 1-2 570 -40 - 2-3 670 900 230 3-4 -920 0 920 4-1 -320 -320 0
- ( 2,0 Pontos ) Os componentes eletrônicos de um sistema dissipando 180W estão localizados no interior de um duto com 1,4 m de comprimento e de seção quadrada de 20cmx20cm. Os componentes eletrônicos são resfriados por uma corrente de ar que entra no duto a 30 o^ C e 101 kPa com uma vazão de 0,6m 3 /min e deixa o duto a 40 o^ C. Determine a taxa de transferência de calor (Watts) que das superfícies externas ao ambiente.
Na superfície de controle cruza um fluxo de entalpia que entra e outro que sai, um trabalho elétrico correspondente a energia elétrica transferida para acionar os componentes e um fluxo de calor que é dissipado no ambiente. A 1ª lei mostra que:
Q – W (^) ele = m(hsai – hentra ) ou em termos de Cp:
Q – W (^) ele = m.Cp(Tsai – Tentra )
A densidade do ar: ρ = P/RT = 1.16 kg/m^3 A área transversal do duto: 0.04 m 2 A vazão mássica: m = ρQ = 0.0116 m 3 /s
Q = 0.011005(40-30) – 180 = 116.7 – 180 = 63.3 Watts
- ( 2,0 Pontos ) Uma usina de potência produz 1000 MW operando com num ciclo cuja eficiência térmica é de 45%. a) Qual é a taxa de calor (MW) que ela rejeita para o ambiente? b) Se a usina operasse num ciclo de Carnot, determine a temperatura de operação do gerador de vapor sabendo que o condensador está a 27o^ C.
S.C.
Weletrico 180W
Qamb.?
- ( 2,0 Pontos ) Uma turbina recebe 5 kg/s de vapor de água a 600 o^ C e 1,2 MPa e o libera a 50 KPa. a) Determine sua potência de eixo (MW) considerando um processo reversível e adiabático; b) O fabricante afirma que esta turbina produz 4 MW de potência de eixo. Você considera falsa ou verdadeira a afirmativa do fabricante, explique porque. Considere desprezível a contribuição dos termos de energia cinética e potencial.
- ( 2,0 Pontos ) Água escoa em regime permanente através de um tubo como mostrado na figura. Considere um escoamento sem atrito e sem troca de calor. Determine a vazão volumétrica Q máxima para que a água não transborde do tubo vertical que está aberto para a atmosfera.
Para não transbordar água a pressão em (e) é Pe = Patm + ρgh A pressão em (2) é Patm
A conservação da massa:
VeAe = VsAs → Ve = Vs*β^2 onde β = (d/D) (1)
Bernoulli entre (e) e (s):
Pe +0.5.ρ.Ve^2 = Ps + 0.5.ρ.Vs^2 → 0.5.ρ. (Vs^2 - Ve^2 ) = (Pe- Ps) (2)
Substituindo Eq. (1) em (2) no Bernoulli vamos ter:
0.5.ρ. Vs^2 (1 – β^4 ) = (Pe- Ps) (3)
Resolvendo para Vs vamos ter que: (^) s 4
1 2 P
V 4.57m / s 1
− β ρ
Através de (4) e (1) podemos calcular que Ve = 1.14 m/s.
A vazão volumétrica é obtida multiplicando-se Eq. (4) pela área da seção (s)
s^3 4 4
A 2 P 0.04 2 9810
Q 0.0089m / s 1 1 0.5^1000
− β ρ −
Q=?
D=10cm
d=5cm
P (^) atm
1m
extremidade do tubo
(e) (s)
