ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa
Máquinas Térmicas e Hidráulicas
2º Semestre 05/06
Repetição 2º Teste
Turmas 410, 420 e 500
2006/07/07
Teórica
1 – Diga o que entende por Sistema Fechado.
Cotação – 0,5
2
2 – Comente a expressão:
∫ dW = W
2
− W1
1
Cotação – 1,0
3 – O que entende por calor sensível e calor latente?
Cotação – 0,5
4 – Represente graficamente o trabalho em jogo num processo de expansão
isotérmico. Do ponto de vista do sistema, este trabalho é positivo ou negativo?
Existem trocas de calor durante este processo?
Cotação – 1,0
5 – “Um sistema termodinâmico pode realizar trabalho durante um processo cíclico,
trocando calor com apenas uma fonte”. Comente a frase com recurso ao Segundo
Principio da Termodinâmica.
Cotação – 1,0
6 – O que entende por combustão estequiométrica? Por que razão se realizam
combustões com misturas pobres?
Cotação – 1,0
7 – Qual a diferença entre o Poder Calorífico Superior e o Poder Calorífico Inferior de
um combustível? Podem existir combustíveis com um PCS igual ao PCI? Em que
circunstâncias?
Cotação – 1,0
8 – Descreva o ciclo Otto teórico a 4 tempos, com recurso a um diagrama de
Clapeyron (PV). Identifique os processos termodinâmicos em jogo e indique os
momentos de abertura e fecho das válvulas.
Cotação – 1,0
9 – Descreva o ciclo Otto real a 4 tempos, com recurso a um digrama circular.
Cotação – 1,0
1
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Máquinas Térmicas e Hidráulicas
2º Semestre 05/06
Repetição 2º Teste
Turmas 410, 420 e 500
2006/07/07
Prática
1 – Um depósito metálico indeformável e estanque, com um volume de 5 000 litros,
contém 0,1 tonelada de um gás perfeito, com uma constante R = 260 J/(kg.K)
encontrando-se à temperatura de 20ºC.
a) Determine a pressão inicial.
b) Se o gás sofrer um aquecimento até aos 60º C, qual a pressão que se atinge?
c) Ao abrir uma válvula, se houver um sistema que mantenha a temperatura do
depósito no 60º C, qual a massa de gás que se terá de libertar para se atingir a
pressão inicial?
Cotação – 3,0 [ a) 1,0; b) 1,0; c) 1,0 ]
2 – Considere uma caldeira para aquecimento de água a funcionar através da
combustão de Gasóleo (C12H26). Esta caldeira tem um rendimento de 60 % e
recebe por hora um volume de 1,8 litros de Gasóleo.
Considere que:
Gasóleo:
PCI = 43 MJ / kg
ρ = 835 kg / m3
Água:
Cp = 4310 J / kg K.
a) Admitindo que a temperatura da água de alimentação da caldeira é de 15º C, e
que o caudal que a percorre é de 224,5 litros / hora, determine a temperatura
da água à saída.
b) As condições de funcionamento da alínea anterior garantem que a caldeira se
encontra no seu melhor rendimento (60%), no entanto a água que está a ser
aquecida vai ser utilizada numa aplicação que necessita de uma temperatura
constante de 45º C. Para tal, introduziu-se uma válvula termoestática à saída
da caldeira.
Calcule qual o caudal de água
fria que é necessário misturar,
de modo a garantir os 45ºC à
saída da válvula.
c) Determine o caudal mássico de ar que é fornecido à caldeira, sabendo que a
combustão se faz com um excesso de ar de 30%.
d) Determine a emissão de CO2 da caldeira em gCO2 / litro água quente.
Cotação – 5,0 [ a) 1,5; b) 1,5; c) 1,0; d) 1,0 ]
2
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2º Semestre 05/06
Repetição 2º Teste
Turmas 410, 420 e 500
2006/07/07
3 – Considere um cilindro de um motor ideal com paredes totalmente isoladas, em que
se comprime, a um volume 7 vezes menor do que o inicial (C=7), 1 kg de um gás
perfeito (com calor específico constante).
Terminada a compressão, fornece-se, em condições ideais (a volume constante),
uma quantidade de calor correspondente à queima estequiométrica de 1 Kg de
mistura ar+combustível. De seguida dá-se uma expansão até ao ponto morto
inferior e finalmente o escape.
Considerando: CV = 700 J / Kg K
CP = 980 J / Kg K
Ae = 15,5 kg de Ar / kg de Combustível
Processo
w
K = 1,4
PCI = 43 MJ / kgcomb
q
Isocórico
R = CP - CV
Relações principais
U2 – U1
0
CV.(T2 – T1)
P1 P2
=
T1 T2
Isobárico
P2V2 – P1V1 =
h2 – h1 =
= R.(T2 – T1)
= CP(T2 – T1)
V1 V 2
=
T1 T2
P1 V1K = P2 V2K
Adiabático
U1 – U 2 =
0
= CV.(T1 – T2)
Estado
P [ bar ]
T [K]
1
1,1
310
T2 ⎛ P2 ⎞
=⎜ ⎟
T1 ⎜⎝ P1 ⎟⎠
K −1
K
⎛V
= ⎜⎜ 1
⎝ V2
⎞
⎟⎟
⎠
K −1
2
3
4
Totais
a) Calcule a pressão e temperatura nos diferentes estados do ciclo,
apresentando os respectivos cálculos e diga o nome do ciclo.
b) Calcule o rendimento deste ciclo, recorrendo ao cálculo das grandezas
que achar necessário.
c) Considerando que se aproveita 60% da energia de perdas determinada
na alínea anterior, calcule o rendimento global da instalação e represente
o diagrama de balanço térmico.
Cotação – 4,0 [ a) 2,0; b) 1,0; c) 1,0 ]
3