Termodinamica

Question 1

Verdadeiro ou falso:

A eficiência térmica aumenta com o aumento da temperatura média com a qual o calor é fornecido ao sistema, ou com a diminuição da temperatura média do calor rejeitado pelo sistema.

Answer 1

Verdadeiro. Em ambos os casos a área do gráfico T x s aumenta, sendo assim numericamente igual ao trabalho líquido.

Sendo a eficiência o trabalho líquido sob o calor que entra, a eficiência consequentemente aumenta.

Question 2

Qual o parâmetro que aumenta quanto mais alta é a temperatura do fluido de trabalho?

Answer 2

A qualidade da energia.

Quando mais alta a temperatura, maior a qualidade da energia.

Question 3

As máquinas térmicas foram desenvolvidas com qual propósito?

Como o seu desempenho é medido?

Answer 3

As máquinas térmicas foram desenvolvidas com a a finalidade de converter energia térmica em trabalho, e seu desempenho é expresso pela eficiência térmica.

Lembrando que cada ciclo está relacionado a um dispositivo específico.

Question 4

Qual a diferença entre os ciclo ideais e o ciclo de Carnot?

Qual a consequência dessas diferença?

Answer 4

Os ciclos ideais são internamente reversíveis, mas, ao contrário do ciclo de Carnot, eles não são necessariamente externamente reversíveis.

Consequentemente, a eficiência térmica de um ciclo ideal é geralmente menor que ao ciclo de Carnot( totalmente Reversível) que opera entre os mesmo limites de temperatura.

Question 5

Sabendo que um ciclo de potência ideal não envolve nenhuma irreversibilidade interna, qual o único efeito capaz de variar a entropia do fluido de trabalho?

Answer 5

I único efeito capaz de alterar a entropia do fluido de trabalho durante um processo é a transferência de calor.

Calor fornecido = aumento de entropia

Calor rejeitado = diminuição da entropia.

Processo internamente reversível e adiabático = isentrópico ( s = cte)

Question 6

Qual o comportamento do fluido de trabalho, em um ciclo de potência a gás?

Answer 6

O fluido de trabalho permanece como um gás em todo o processo.

Question 7

Quais as hipóteses do padrão a ar?

Quais as hipóteses do padrão a ar frio?

Answer 7

1- O fluido de trabalho é o ar, se comportando como um gás ideal.

2- os processos são internamente reversíveis

3- A combustão é substituída por fornecimento de calor

4- A exaustão é substituída por rejeitado de calor

Para a hipótese padrão a ar frio é adicionado a hipótese de que o calor específico é constante.

Question 8

Sobre Ciclo Otto:

Quais dispositivos utilizam esse ciclo termodinâmico?

Quais são os processos?

Answer 8

É o Ciclo ideal dos motores de combustão interna de ignição por centelha.

1-2 Compressão isentrópica
2-3 Adição de calor a volume constante (isocórica)
3-4 Expansão isentrópica
4-1 Rejeição de calor a volume constante (isocórica)

Question 9

A eficiência térmica de um Ciclo Otto Ideal depende de dois parâmetros, quais?

Answer 9

A razão de compressão do motor e da razão de compressão dos calores específicos.

nt, Otto = 1 - (1/r ^(k-1))

Question 10

Utilizar altas razões de compressão em um motor de combustão interna por ignição por centelha pode trazer sérios problemas.

Answer 10

Utilizar altas razões de compressão pode elevar a temperatura do fluido acima da temperatura de auto-ignição. O combustível entra em combustão sem a centelha.

A ignição prematura do combustível, produz um ruído audível chamado batida do motor. Não pode ser tolerada, pois prejudica o desempenho e a integridade do motor.

Question 11

A eficiência de motores reais por ignição por centelha varia de quanto a quanto?

Answer 11

25% a 30%

Question 12

Qual dispositivo utiliza o ciclo ideal Diesel?

Quais são os processos desse ciclo?

Answer 12

Motores de combustão interna de ignição por compressão.

1-2 Compressão isentrópica
2-3 Adição de calor a pressão constante (isobárica)
3-4 Expansão isentrópica
4-1 Rejeição de calor a volume constante.

Question 13

Qual peça é substituída em motores ciclo Otto e Diesel?

Nos motores a ciclo diesel é possível ter auto-ignição?

Answer 13

A Vela de ignição é substituída por um injetor de combustível.

Não é possível, pois no estágio de compressão apenas o ar é comprimido, eliminando assim a possibilidade de auto-ignição.

Question 14

Quando motores a combustão por ciclo Otto e Diesel operam na mesma razão de compressão qual tem a maior eficiência?

Answer 14

O ciclo Otto tem uma eficiência maior nessa condição.

Visto que a fórmula da eficiência térmica do Diesel é igual a Otto adicionado um fator sempre maior que zero na parte negativa, fazendo assim ser sempre menor.

Question 15

Em condições normais a eficiência de motores a Diesel são maiores que a gasolina (Otto), quais os motivos?

Answer 15

Os motores a diesel operam com razões de compressão maiores, e portanto são mais eficientes do que motores a gasolina.

Os motores a diesel queimam o combustível mais completamente, trabalham em uma rotação por minuto menor e a razão mássica de ar/ combustível também é muito mais alta.

A eficiência de motores a diesel variam de 35% a 40%

Question 16

Os ciclos Otto é Diesel ideais são compostos inteiramente por processos internamente reversíveis e, portanto, são ciclo internamente reversíveis.

Quais são os processos irreversíveis? E por que eles são irreversíveis?

Answer 16

Esses ciclos não são totalmente reversíveis, uma vez que envolvem transferência de calor com diferença de temperaturas finitas durante os processos não isotérmicos de fornecimento e rejeição de calor (os quais são irreversíveis)

As retas do que representam os processos de adição e rejeição de calor só inclinadas no gráfico T-s.
Indicativo que em um sentido o processo ocorre (temperatura mais alta para a mas baixa), mas o contrário não ocorre, visto que não pode contrariar a segunda lei da termodinâmica.

Question 17

Quais são os processos no Ciclo Stirling?

Answer 17

1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a volume constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a volume constante;

Question 18

Qual o ciclo que compreende os processos abaixo:

1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a volume constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a volume constante;

Answer 18

Stirling

Question 19

O Ciclo Ericsson é composto por quais processos termodinâmicos?

Answer 19

1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a pressão constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a pressão constante;

Question 20

Os processos termodinâmicos abaixo são de qual ciclo termodinâmico?

1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a pressão constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a pressão constante;

Answer 20

Ericsson

Question 21

De que forma os ciclos Stirling e Ericsson se diferem do ciclo de Carnot?

Answer 21

Os dois processos isentrópicos do ciclo de Carnot são substituídos por dois processos regenerativos.

No Stirling a volume constante;
No Ericsson a pressão constante;

Question 22

A regeneração é um processo o qual o calor…?

Answer 22

É transferido para um dispositivo que armazena energia térmica durante uma parte do ciclo, e transfere de volta para o fluido de trabalho durante outra parte.

Question 23

Quais os ciclos que tem a mesma eficiência do ciclo de Carnot?

Qual é a fórmula da eficiência térmica para esses ciclos ?

Answer 23

Ciclo Stirling e Ericsson.

N = 1 - TL/TH

Question 24

Qual a aplicabilidade os ciclo Stirling e Ericsson?

Answer 24

São referentes a motores de combustão externos. O combustível é queimado fora do cilindro.

Question 25

O Ciclo Brayton é o ciclo ideal de que dispositivo?

Answer 25

Turbinas a gás.

Question 26

Quais são os componentes que formam o ciclo Brayton fechado ideal?

Answer 26

Compressor, trocador de calor, Turbina e trocador de calor.

Question 27

Quais são os processos termodinâmicos do ciclo Brayton?

Answer 27

1-2 Compressão Isentropica;
2-3 Adição de calor a pressão constante
3-4 expansão isentropica;
4-1 rejeição de calor a pressão constante;

Question 28

Qual o ciclo correspondente aos processos abaixo?

1-2 Compressão Isentropica;
2-3 Adição de calor a pressão constante
3-4 expansão isentropica;
4-1 rejeição de calor a pressão constante;

Answer 28

Brayton

Question 29

Sob as hipóteses do padrão a ar, a eficiência do ciclo Brayton ideal depende…?

Answer 29

Da razão de pressão na turbina e razão dos calores específicos.

n = 1 - (1 / rp ^ ((k-1)/k))

Question 30

Verdadeiro ou falso: em geral 30% do trabalho produzido na turbina é usada no compressor de um ciclo Brayton?

Answer 30

Errado. Aproximadamente 50%
O máximo é 80%

Question 31

Quais são os 3 esforços realizados para melhorar a eficiência do ciclo Brayton?

Answer 31

1- Aumento da temperatura de entrada na turbina.

2) Aumentar a eficiência dos componentes

3) Acrescentar modificações ao sistema ( resfriamento intermediário, regeneração; reaquecimento)

Question 32

Para um ciclo Brayton com regeneração. A eficiência aumenta com o uso da regeneração, uma vez que a energia dos gases de exaustão são utilizados para preaquecer o ar de entrada ao invés de ser rejeitado para a vizinhança.

Qual a relação entre as temperaturas de saída da turbina e saída do compressor?

Answer 32

A temperatura de saída da turbina tem que ser maior que a temperatura de saída do compressor, pois senão ao invés de aquecer o ar irá resfriar.

Question 33

Qual o ciclo ideal para os ciclos de potência a vapor?

Quais são os componentes que constituem esse ciclo?

Answer 33

Ciclo Rankine é o ciclo ideal das usinas de potência a vapor.

Os equipamentos que constituem o ciclo são:

1-2 Bomba
2-3 Caldeira
3-4 Turbina
4-1 Condensador

Question 34

Quais são os processos termodinâmicos que constituem o ciclo rankine?

Answer 34

1-2 compressão isentropica na bomba.

2-3 Adição de calor a pressão constante na caldeira.

3-4 Expansão isentropica em uma turbina.

4-1 Rejeição de calor a pressão constante em um condensador.

Question 35

Os processos abaixo constituem qual ciclo termodinâmico?

1-2 compressão isentropica na bomba.

2-3 Adição de calor a pressão constante na caldeira.

3-4 Expansão isentropica em uma turbina.

4-1 Rejeição de calor a pressão constante em um condensador.

Answer 35

Ciclo Rankine ideal

Question 36

Como é calculada a eficiência térmica do ciclo ideal de potência a vapor?

Answer 36

A eficiência do ciclo Rankine é descrita pela equação abaixo:

n = w liq / q ent = 1 - (q sai /q ent)

Question 37

Qual a ideia básica por trás de todas as modificações propostas para aumentar a eficiência térmica de um ciclo de potência (Rankine) ?

Answer 37

Aumentar a temperatura média na qual o calor é transferido para o fluido de trabalho na caldeira ou diminuir a temperatura média na qual o calor é rejeitado do fluido de trabalho no condensador.

Question 38

Sobre ciclo de potência a vapor. Sabemos que uma das formas de aumentar a eficiência térmica do ciclo é reduzir a pressão no condensador, nesse sentido qual a desvantagem existente nesse processo?

Answer 38

Primeiro ponto, existe um limite inferior para a pressão dentro do condensador, não pode ser menor que a temperatura de saturação correspondente.

Segundo, e principal, aumento da umidade do vapor nos estágios finais da turbina. O que pode comprometer o equipamento.

Question 39

Ciclo de potência a vapor. Na tentativa de aumentar a eficiência energética do ciclo existem 3 abordagens clássicas, quais?

Answer 39

1 - Redução da pressão no condensador

2 - Superaquecer o vapor a temperatura mais altas

3 - Aumentar a pressão na caldeira

Question 40

Superaquecer o vapor a temperaturas mais altas é um processo para aumentar a eficiência do ciclo de potência a vapor. Qual a relação com a pressão da caldeira, qual o ponto positivo e negativo?

Answer 40

A temperatura média do vapor pode aumentar sem aumentar a pressão da caldeira pelo superaquecimento do vapor a altas temperaturas.

Ponto positivo: reduz a umidade nos estágios finais da turbina.

Limitação: por questões metalúrgicas.

Question 41

O aumento da pressão na caldeira é uma possibilidade de aumentar a eficiência térmica do ciclo de potência a vapor. Qual a relação com o ponto de ebulição? Efeito indesejável? E possível solução?

Answer 41

O aumento da pressão eleva também a temperatura de ebulição.

O efeito indesejado é o aumento da umidade e pode ser corrigido pelo reaquecimento do vapor.

Question 42

Foi observado que o aumento da pressão de operação da caldeira aumenta a eficiência térmica do ciclo Rankine, mas também aumenta o conteúdo de umidade do vapor a níveis inaceitáveis.

Como aumentar a eficiência pelo aumento da pressão na caldeira sem ser afetado pelo aumento da umidade na turbina?

Existem duas aí ter ativas: uma variável outra nem tanto.

Answer 42

1) superaquecer mais o vapor: não é uma solução viável, visto que exige o aumento da temperatura do vapor até níveis que não são metalurgicamente seguros.

2) Expandir o vapor da turbina em dois estágios e reaquecê-lo entre eles

Question 43

No que se difere o ciclo Rankine ideal com reaquecimento do ciclo ideal simples?

Answer 43

No ciclo com reaquecimento o processo de expansão ocorre em dois estágios.

Question 44

Qual a única finalidade do ciclo Rankine com reaquecimento?

Answer 44

Reduzir o conteúdo de umidade do vapor nos estágios finais de expansão.

Question 45

O ciclo Rankine Regenerativo ideal consiste em aumentar a temperatura do fluido que sai da bomba, água de alimentação da caldeira. Como ocorre esse alimento de temperatura?

Answer 45

Uma possibilidade é transferir calor do vapor que está expandindo na turbina ( extração) para o aquecimento da água de alimentação.

Question 46

Qual o nome do dispositivo no qual a água de alimentação é aquecida por regeneração? Quais são os seus tipos?

Answer 46

Regenerador ou aquecedor de água de alimentação (AAA). Pode ser aberto ou fechado. Com mistura ou não dos vapor com a água de alimentação.

Question 47

Sobre o ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor.

Muitas dificuldades associadas ao ciclo de Carnot reverso podem ser eliminadas pela vaporização completa do refrigerante antes de sua compressão e pela substituição da turbina por um dispositivo de extra filamento, válvula de expansão ou tubo capilar, fazendo com que o ciclo de Carnot reverso não seja o ideal para ciclo de refrigeração.

Nesse sentido quais são os processos do ciclo de refrigeração por compressão de vapor?

Answer 47

1-2 Compressão Isentropica em um compressor
2-3 Rejeição de calor a pressão constante no condensador;
3-4 estrangulamento em um dispositivo de expansão;
4-1 absorção de calor a pressão constante no evaporador.

Question 48

Qual o ciclo ideal que compreende os processos abaixo:

1-2 Compressão Isentropica em um compressor
2-3 Rejeição de calor a pressão constante no condensador;
3-4 estrangulamento em um dispositivo de expansão;
4-1 absorção de calor a pressão constante no evaporador.

Answer 48

Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor

Question 49

No ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor a entropia do sistema é influenciada de que forma?

Answer 49

Ela é influenciada pelo calor, nos processos de absorção e rejeição de calor. Como também, no processo de estrangulamento

Question 50

Ao contrário do ciclos ideais, o ciclo ideal de refrigeração..?

Answer 50

O ciclo de refrigeração por compressão de vapor não é um ciclo internamente reversível, uma vez que envolve um processo irreversível (Estrangulamento).

Question 51

Os ciclos ideias são internamente reversíveis, mas, ao contrário de Carnot, eles não são necessariamente externamente reversíveis. Ou seja, eles podem envolver irreversibilidades externas ao sistema como:

Answer 51

Transferência de calor com uma diferença de temperatura finita.

Assim, a eficiência térmica de um ciclo ideal geralmente menor que aquela de um ciclo totalmente reversível que opera entre os mesmo limites de temperatura.

Question 52

Sabemos que um compressor mais eficiente gera a mesma pressão em uma temperatura menor. Como isso influencia na válvula de expansão e na eficiência do ciclo?

Answer 52

É ideal que o refrigerante ao passar na válvula de expansão esteja na fase líquida, fluido incompressível, no qual a válvula de expansão pode atuar levando de líquido em alta pressão para líquido de baixa pressão e, consequentemente, reduzindo a temperatura.

Uma temperatura menor de saída do compressor, requer uma quantidade de calor retirado pelo condensador para se transformar em líquido.

Question 53

Quais são os componentes presentes no ciclo de refrigeração?

Answer 53

Compressor
Condensador
Válvula de expansão
Evaporador

Question 54

Mantendo uma temperatura fixa de evaporação, o que acontece com o COP a medida que a temperatura de condensação aumenta?

Answer 54

O COP é reduzido.

Quando maior a diferença o entre as temperaturas de evaporação e condensação menor é o COP. COP menor menos eficiência.

Question 55

COPr é dado pela fórmula? Qual a relação de entalpia?

Answer 55

COPr = qL / w liq, ent = h1 - h4 / (h2 - h1)

Question 56

Verdadeiro ou falso:
O COP melhora para cada grau celsius de elevação da temperatura de condensação ou para cada graus celsius de diminuição da temperatura de evaporação.

Answer 56

Falso. Para a sentença estar correta é necessário trocar de lugar as palavras condensação e evaporação.

Question 57

No que consiste o efeito Venturi( válvula de expansão)?

Answer 57

Em um sistema fechado, a alteração da seção transversal, maior para menor, ocorre o aumento da velocidade do fluido, e consequentemente, a diminuição da pressão.

A equação de Bernoulli pode ser usada para comprovar esse efeito:

P + 1/2 rho V^2 + rho g h

Question 58

A pressão de estagnação pode ser obtida pela equação de Bernoulli, dado dois pontos 1 e 2 de análise. Explique o exemplo da corrente contra uma parede e tudo de pitot.

Answer 58

Imagine dois pontos:

1 - velocidade e pressão;

2- velocidade igual a 0, encontro com uma parede.

Usando a equação de Bernoulli é possível encontrar a pressão de estagnação: P2.

Princípio para o tubo de pitot.

Question 59

Ó comportamento da temperatura de um fluido durante o processo de estrangulamento é descrito por qual coeficiente?

Answer 59

Joule-Thompson.
mi:
- menor que zero a temperatura aumenta;
- igual a zero a temperatura é constante;
- maior que zero a temperatura diminui.

Question 60

Sistema de refrigeração:

O que é a Carga térmica?

Answer 60

Carga térmica é o calor removido do ambiente.

Q_dot = m_dot * delta h

Question 61

Referente a propriedade intensiva e extensiva, qual delas varia com a massa?

Answer 61

Propriedade intensiva - é independente da massa! (T,P, densidade)

Propriedade extensiva - varia diretamente com a massa (massa, volume)

Question 62

Verdadeiro ou falso:

I - a temperatura e o volume específico são propriedades independentes, e a pressão pode ser obtida em função dessas duas.

II - a entalpia é obtida pela soma da energia interna e do produto da pressão pelo volume.

III - um estado crítico é aquele no qual os limites de fase desaparecem.

Answer 62

I - verdade P(T,v)

II - verdade

III - verdade

Question 63

Os motores Stirling trabalham em alta ou baixa rotação?

Answer 63

Em baixa rotação. E possuem processos reversíveis, sendo assim possuem a mesma eficiência de Carnot.

Question 64

Com relação a TURBINAS A GÁS:

Como funciona uma turbina a gás com regeneração?

Como funciona uma turbina a gás com reaquecimento?

É benéfico combinar regeneração e reaquecimento em turbinas a gás?

Answer 64

1- regeneração: os gases de exaustão na saída da turbina são injetados na entrada da câmara de combustão, diminuindo a necessidade de combustível, aumentando assim a eficiência termina da turbina, mas não aumentando o trabalho líquido por unidade de massa.

2 - reaquecimento: para evitar problemas associados a metalurgia proveniente de altas temperaturas na turbina é injetado ar em excesso, o ar em excesso não é totalmente queimado, assim é feita uma nova combustão. O processo não aumenta a eficiência térmica da turbina, mas aumenta o trabalho líquido por unidade de massa.

3 a combinação dos dois pode resultar em um grande aumento de eficiência da turbina a gás.