ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa
Máquinas Térmicas e Hidráulicas
2º Semestre 05/06
2º Teste
Turmas 410, 420 e 500
2006/06/06
Teórica
1 – Diga o que entende por Temperatura.
Cotação – 0,5
2 – Considere um sistema termodinâmico.
a) O que entende por Fronteira do sistema?
b) Que tipos de fluxos podem ocorrer através da fronteira de um sistema?
c) Caracterize os sistemas termodinâmicos, a partir dos fluxos existentes através
das suas fronteiras.
Cotação – 1,5 [ a) 0,5; b) 0,5; c) 0,5 ]
3 – O que entende por funções de estado e de percurso? Dê exemplos.
Cotação – 0,5
4 – O que entende por calor sensível e calor latente?
Cotação – 0,5
5 – Represente graficamente o calor absorvido por um sistema durante um processo
isotérmico.
Cotação – 0,5
6 – “Um sistema termodinâmico pode realizar trabalho durante um processo não
cíclico, trocando calor com apenas uma fonte”. Comente a frase com recurso ao
Primeiro Principio da Termodinâmica.
Cotação – 1,0
7 – Com base no Segundo Princípio da Termodinâmica, diga o que entende por
Bomba de Calor.
Cotação – 0,5
8 – O que entende por COPF de uma máquina?
Cotação – 0,5
9 – O que entende por Ar Seco? E por Ar Saturado? Qual a humidade relativa do Ar
Seco e do Ar Saturado?
Cotação – 1,0
10 – Represente num digrama de Clayperon (PV) um processo Isotérmico de
passagem de água não em ebulição a vapor sobreaquecido. Identifique e
caracterize os diferentes pontos pelos quais passa este processo?
Cotação – 1,0
11 – Indique, quais as condições necessárias à formação de Óxidos de Azoto (NOX)
num processo de combustão?
Cotação – 0,5
1
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2º Teste
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Prática
1 – Considere que se pretende projectar uma bomba de calor para equipar o sistema
de ar condicionado num escritório com 20,0 m de largura, 25,0 m de comprimento
e 3,0 m de altura. Pretende-se que o arrefecimento do escritório se faça entre a
1:00h e as 7:00h da manhã, de modo a tirar partido da tarifa bi-horária. Sabe-se
através do histórico deste escritório, que as condições ambiente mais extremas
atingidas no seu interior são da ordem dos 32 ºC de temperatura e humidade
relativa de 30%.
Pretende-se que às 7:00h da manhã a temperatura do ar seja de 18 ºC, sem que
haja adição ou remoção de água durante o processo de arrefecimento. Considere
que a sala se encontra à pressão atmosférica normal, que as paredes, tecto e
chão se encontram perfeitamente isoladas termicamente e que o ar se comporta
como um gás perfeito com uma constante R=260 J/kg K.
a) Determine a massa de ar existente na sala, a humidade relativa do ar às 7:00h
e a quantidade de calor total que se lhe deve retirar durante o arrefecimento.
b) Determine a potência mínima do compressor da bomba de calor, sabendo que
o COPF=1,5.
c) No caso de não se pretender gastar energia durante o arrefecimento, diga qual
a temperatura mínima que se poderia atingir na sala e a quantidade máxima de
água a adicionar sem que houvesse formação de nevoeiro.
Cotação – 3,0 [ a) 1,0; b) 1,0; c) 1,0 ]
2 – Considere uma central de produção de energia eléctrica equipada com um grupo
gerador actuado por uma turbina a vapor, representado esquematicamente na
figura. Considerando que a turbina é alimentada por um caudal de 2,1 toneladas
de vapor sobreaquecido por minuto, determine:
a) A entalpia específica do vapor à entrada e à saída da turbina em unidades SI.
b) A potência disponibilizada pelo vapor à
turbina.
c) O rendimento da turbina sabendo que
esta disponibiliza no seu veio 10 MW.
Cotação – 3,0 [ a) 1,0; b) 1,5; c) 0,5 ]
2
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2º Teste
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Prática (continuação)
3 – Uma indústria tem uma unidade de cogeração que fornece, continuamente à rede
eléctrica, uma potência de 800 kW. Esta unidade é composta por um motor Diesel
com um rendimento de 38%, um alternador com um rendimento de 85% e um
permutador de calor.
a) Admitindo que o combustível tem um Poder Calorífico Inferior de 43 MJ / kg e
uma massa específica de 835 kg/m3, qual o consumo horário de gasóleo em
litros?
b) Admitindo que o permutador de calor recupera 40% do calor rejeitado pelo
motor Diesel, para aquecimento de água a 60 ºC, qual a massa de água que se
pode aquecer diariamente?
Considere a água inicialmente a 10 ºC, com um Cp = 4200 J / kg K
c) Qual o rendimento total da unidade com e sem recuperação de calor?
Represente graficamente o balanço térmico da instalação total.
Cotação – 3,0 [ a) 1,0; b) 1,0 b) 1,0 ]
4 – Considere um veículo automóvel de mercadorias equipado com um motor de
explosão transformado para queimar Gás Natural. Considere que este gás é
constituído essencialmente por metano (CH4), sendo o seu volume específico de
1,4 m3(n)/kg e o seu PCI = 39 MJ/kg.
O consumo médio deste veículo é de 11 m3(n)/100 km, funcionando habitualmente
com uma mistura pobre com um excesso de ar de 10%.
a) Escreva a equação da combustão completa e determine razão ar-combustível
de funcionamento.
b) Determine as emissões específicas de dióxido de carbono do veículo (em
gCO2/ km)
c) Um veículo idêntico ao estudado encontra-se equipado com um motor Diesel,
com um consumo médio de 9 litros /100 km. Considerando que a molécula
dominante do gasóleo é C12H26 e que a sua massa específica é de 830 kg/m3,
determine se existem vantagens ambientais em utilizar um veículo a Gás
Natural.
Cotação – 3,0 [ a) 1,0; b) 1,0 b) 1,0 ]
3
ANEXOS
Constantes termodinâmicas do vapor de água sobreaquecido – 6/18
t
ºC
p
bar
5
6
7
8
9
10
11
12
14
16
18
20
Notas –
Valores
das
constantes
180
200
220
240
260
280
300
0,4053
0,4255
0,4454
0,4650
0,4846
0,5038
0,5231
v
671,5
681,6
691,6
701,5
711,5
721,5
731,4
h
1,6636
1,6853
1,7057
1,7255
1,7445
1,76280
1,7807
s
0,3352
0,3523
0,3693
0,3863
0,4023
0,4185
0,4346
v
670,0
680,5
690,6
700,6
710,6
720,6
730,6
h
1,6407
1,6632
1,6842
1,7042
1,7232
1,7417
1,7594
s
0,2850
0,3001
0,3148
0,3295
0,3435
0,3576
0,3715
v
668,6
679,3
689,6
699,7
709,8
719,9
730,0
h
1,6211
1,6443
1,6656
1,6859
1,7052
1,7037
1,7415
s
0,2474
0,2611
0,2741
0,2869
0,2996
0,3120
0,3242
v
672,6
678,1
688,5
698,8
709,1
719,3
729,3
h
1,6038
1,6275
1,6493
1,6699
1,6893
1,7080
1,7259
s
0,2182
0,2307
0,2424
0,2539
0,2653
0,2764
0,2874
v
665,2
676,6
687,3
697,9
708,3
718,5
728,6
h
1,5878
1,6123
1,6346
1,6554
1,6573
1,6941
1,7122
s
1,1275
0,2061
0,2170
0,2275
0,2379
0,2480
0,2580
v
182,3
675,1
686,3
697,0
707,4
717,7
727,9
h
0,5107
1,5983
1,6212
1,6425
1,6626
1,6815
1,6996
s
1,1274
0,1861
0,1962
0,2059
0,2164
0,2248
0,2339
v
182,3
673,8
685,3
696,2
706,7
717,0
727,2
h
0,5107
1,5856
1,6090
1,6305
1,6508
1,6699
1,6883
s
1,1273
0,1703
0,1800
0,1880
0,1968
0,2055
0,2139
v
182,3
672,6
684,3
695,2
705,8
716,2
726,5
h
0,5106
1,5735
1,5976
1,6195
1,6400
1,6594
1,6778
s
0,1430
0,1516
0,1596
0,1674
0,1749
0,1823
v
669,5
682,0
693,2
704,0
714,5
725,0
h
1,5518
1,5770
1,5995
1,6204
1,6402
1,6589
s
1,1565
0,1310
0,1383
0,1452
0,1520
0,1586
v
203,6
679,4
691,0
702,1
713,1
723,8
h
0,5562
1,5582
1,5816
1,6030
1,6232
1,6424
s
1,1562
0,1150
0,1217
0,1280
0,1341
0,1402
v
203.6
676,6
688,9
700,3
711,5
722,6
h
0,5561
1,5410
1,5652
1,5874
1,6079
1,6275
s
1,1561
0,1022
0,1086
0,1144
0,1200
0,1255
v
203,6
673,8
686,7
698,5
709,9
721,1
h
0,5560
1,5251
1,5503
1,5730
1,5941
1,6140
s
Os símbolos v, h e s referem-se, respectivamente, a valores específicos do volume, da
3
entalpia e da entropia, expressos em m /kg, kcal/kg e kcal/(kg.K).
4
Constantes termodinâmicas do vapor de água sobreaquecido – 18/18
p
bar
t
ºC
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
Notas –
Valores
das
constantes
460
480
500
520
550
600
700
0,00719
0,00800
0,00869
0,00931
0,01015
0,01140
0,01358
v
688,7
715,6
736,9
756,3
782,7
822,8
895,0
h
1,3224
1,3576
1,38535
1,4105
1,4437
1,4900
1,5676
s
0,00642
0,00724
0,00793
0,00853
0,00935
0,01056
0,01264
v
678,5
706,7
728,9
749,1
776,9
818,3
892,0
h
1,3029
1,3412
1,3702
1,3964
1,4312
1,4790
1,5581
s
0,00574
0,00656
0,00725
0,00785
0,00865
0,00982
0,01182
v
666,2
697,0
720,7
742,3
771,2
813,9
889,0
h
1,2821
1,3242
1,3552
1,3828
1,4190
1,4684
1,5490
s
0,00513
0,00597
0,00665
0,00724
0,00803
0,00917
0,01109
v
652,9
686,5
612,4
635,3
765,5
809,4
886,0
h
1,2600
1,3063
1,3403
1,3697
1,4070
1,4582
1,5404
s
0,00460
0,00543
0,00611
0,00670
0,00747
0,00858
0,01044
v
639,1
675,5
703,9
728,2
759,6
805,0
883,0
h
1,2381
1,2890
1,3256
1,3566
1,3954
1,4482
1,5321
s
0,00414
0,00496
0,00564
0,00621
0,00697
0,00805
0,00985
v
625,7
664,5
695,3
721,0
753,7
800,6
880,1
h
1,2171
1,2697
1,3109
1,3436
1,3842
1,4387
1,5439
s
0,00374
0,00453
0,00520
0,00577
0,00653
0,00758
0,00932
v
612,57
653,8
686,7
713,5
747,8
796,0
877,1
h
1,1969
1,2521
1,2962
1,3306
1,3731
1,4293
1,5163
s
0,00331
0,00416
0,00482
0,00538
0,00612
0,00757
0,00930
v
599,4
643,4
678,2
706,3
741,8
791,5
874,1
h
1,1771
1,2348
1,28175
1,3180
1,3621
1,4201
1,5087
s
0,00314
0,00383
0,00447
0,00503
0,00575
0,00675
0,00840
v
587,0
632,3
669,69
699,1
735,9
787,0
871,1
h
1,1580
1,2180
1,2675
1,3058
1,3514
1,4111
1,5013
s
0,00291
0,00356
0,00417
0,00471
0,00541
0,00641
0,00801
v
576,6
621,6
661,0
692,0
729,9
782,5
868,2
h
1,1419
1,2015
1,2534
1,2936
1,3408
1,4023
1,4943
s
0,00274
0,00332
0,00389
0,00441
0,00510
0,00607
0,00763
v
567,8
611,2
652,8
684,8
724,07
778,0
865,1
h
1,1277
1,1859
1,2399
1,2815
1,3302
1,3936
1,4873
s
Os símbolos v, h e s referem-se, respectivamente, a valores específicos do volume, da
3
entalpia e da entropia, expressos em m /kg, kcal/kg e kcal/(kg.K).
Extraído da obra “Termodinâmica Aplicada – Problemas” de Maurice Bailly, ver bibliografia aconselhada, obra que se
recomenda para consulta de tabelas complementares.
5
Diagrama Psicrométrico do Ar Húmido
6