Termodinamica Flashcards
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.
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.
Qual o parâmetro que aumenta quanto mais alta é a temperatura do fluido de trabalho?
A qualidade da energia.
Quando mais alta a temperatura, maior a qualidade da energia.
As máquinas térmicas foram desenvolvidas com qual propósito?
Como o seu desempenho é medido?
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.
Qual a diferença entre os ciclo ideais e o ciclo de Carnot?
Qual a consequência dessas diferença?
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.
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?
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)
Qual o comportamento do fluido de trabalho, em um ciclo de potência a gás?
O fluido de trabalho permanece como um gás em todo o processo.
Quais as hipóteses do padrão a ar?
Quais as hipóteses do padrão a ar frio?
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.
Sobre Ciclo Otto:
Quais dispositivos utilizam esse ciclo termodinâmico?
Quais são os processos?
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)
A eficiência térmica de um Ciclo Otto Ideal depende de dois parâmetros, quais?
A razão de compressão do motor e da razão de compressão dos calores específicos.
nt, Otto = 1 - (1/r ^(k-1))
Utilizar altas razões de compressão em um motor de combustão interna por ignição por centelha pode trazer sérios problemas.
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.
A eficiência de motores reais por ignição por centelha varia de quanto a quanto?
25% a 30%
Qual dispositivo utiliza o ciclo ideal Diesel?
Quais são os processos desse ciclo?
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.
Qual peça é substituída em motores ciclo Otto e Diesel?
Nos motores a ciclo diesel é possível ter auto-ignição?
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.
Quando motores a combustão por ciclo Otto e Diesel operam na mesma razão de compressão qual tem a maior eficiência?
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.
Em condições normais a eficiência de motores a Diesel são maiores que a gasolina (Otto), quais os motivos?
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%
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?
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 que representam os processos de adição e rejeição de calor são 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.
Quais são os processos no Ciclo Stirling?
1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a volume constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a volume constante;
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;
Stirling
O Ciclo Ericsson é composto por quais processos termodinâmicos?
1-2 Expansão isotérmica
2-3 Regeneração a pressão constante;
3-4 Compressão isotérmica;
4-1 Regeneração a pressão constante;
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;
Ericsson
De que forma os ciclos Stirling e Ericsson se diferem do ciclo de Carnot?
Os dois processos isentrópicos do ciclo de Carnot são substituídos por dois processos regenerativos.
No Stirling a volume constante;
No Ericsson a pressão constante;
A regeneração é um processo o qual o calor…?
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.
Quais os ciclos que tem a mesma eficiência do ciclo de Carnot?
Qual é a fórmula da eficiência térmica para esses ciclos ?
Ciclo Stirling e Ericsson.
N = 1 - TL/TH
Qual a aplicabilidade os ciclo Stirling e Ericsson?
São referentes a motores de combustão externos. O combustível é queimado fora do cilindro.
O Ciclo Brayton é o ciclo ideal de que dispositivo?
Turbinas a gás.
Quais são os componentes que formam o ciclo Brayton fechado ideal?
Compressor, trocador de calor, Turbina e trocador de calor.
Quais são os processos termodinâmicos do ciclo Brayton?
1-2 Compressão Isentropica;
2-3 Adição de calor a pressão constante
3-4 expansão isentropica;
4-1 rejeição de calor a pressão constante;
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;
Brayton
Sob as hipóteses do padrão a ar, a eficiência do ciclo Brayton ideal depende…?
Da razão de pressão na turbina e razão dos calores específicos.
n = 1 - (1 / rp ^ ((k-1)/k))
Verdadeiro ou falso: em geral 30% do trabalho produzido na turbina é usada no compressor de um ciclo Brayton?
Errado. Aproximadamente 50%
O máximo é 80%
Quais são os 3 esforços realizados para melhorar a eficiência do ciclo Brayton?
1- Aumento da temperatura de entrada na turbina.
2) Aumentar a eficiência dos componentes
3) Acrescentar modificações ao sistema ( resfriamento intermediário, regeneração; reaquecimento)
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?
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.
Qual o ciclo ideal para os ciclos de potência a vapor?
Quais são os componentes que constituem esse ciclo?
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
Quais são os processos termodinâmicos que constituem o ciclo rankine?
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.
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.
Ciclo Rankine ideal
Como é calculada a eficiência térmica do ciclo ideal de potência a vapor?
A eficiência do ciclo Rankine é descrita pela equação abaixo:
n = w liq / q ent = 1 - (q sai /q ent)
Qual a ideia básica por trás de todas as modificações propostas para aumentar a eficiência térmica de um ciclo de potência (Rankine) ?
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.
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?
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.
Ciclo de potência a vapor. Na tentativa de aumentar a eficiência energética do ciclo existem 3 abordagens clássicas, quais?
1 - Redução da pressão no condensador
2 - Superaquecer o vapor a temperatura mais altas
3 - Aumentar a pressão na caldeira
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?
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.
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?
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.
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.
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
No que se difere o ciclo Rankine ideal com reaquecimento do ciclo ideal simples?
No ciclo com reaquecimento o processo de expansão ocorre em dois estágios.
Qual a única finalidade do ciclo Rankine com reaquecimento?
Reduzir o conteúdo de umidade do vapor nos estágios finais de expansão.
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?
Uma possibilidade é transferir calor do vapor que está expandindo na turbina ( extração) para o aquecimento da água de alimentação.
Qual o nome do dispositivo no qual a água de alimentação é aquecida por regeneração? Quais são os seus tipos?
Regenerador ou aquecedor de água de alimentação (AAA). Pode ser aberto ou fechado. Com mistura ou não dos vapor com a água de alimentação.
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?
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.
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.
Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor
No ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor a entropia do sistema é influenciada de que forma?
Ela é influenciada pelo calor, nos processos de absorção e rejeição de calor. Como também, no processo de estrangulamento
Ao contrário do ciclos ideais, o ciclo ideal de refrigeração..?
O ciclo de refrigeração por compressão de vapor não é um ciclo internamente reversível, uma vez que envolve um processo irreversível (Estrangulamento).
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:
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.
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?
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.
Quais são os componentes presentes no ciclo de refrigeração?
Compressor
Condensador
Válvula de expansão
Evaporador
Mantendo uma temperatura fixa de evaporação, o que acontece com o COP a medida que a temperatura de condensação aumenta?
O COP é reduzido.
Quando maior a diferença o entre as temperaturas de evaporação e condensação menor é o COP. COP menor menos eficiência.
COPr é dado pela fórmula? Qual a relação de entalpia?
COPr = qL / w liq, ent = h1 - h4 / (h2 - h1)
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.
Falso. Para a sentença estar correta é necessário trocar de lugar as palavras condensação e evaporação.
No que consiste o efeito Venturi( válvula de expansão)?
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
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.
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.
Ó comportamento da temperatura de um fluido durante o processo de estrangulamento é descrito por qual coeficiente?
Joule-Thompson.
mi:
- menor que zero a temperatura aumenta;
- igual a zero a temperatura é constante;
- maior que zero a temperatura diminui.
Sistema de refrigeração:
O que é a Carga térmica?
Carga térmica é o calor removido do ambiente.
Q_dot = m_dot * delta h
Referente a propriedade intensiva e extensiva, qual delas varia com a massa?
Propriedade intensiva - é independente da massa! (T,P, densidade)
Propriedade extensiva - varia diretamente com a massa (massa, volume)
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.
I - verdade P(T,v)
II - verdade
III - verdade
Os motores Stirling trabalham em alta ou baixa rotação?
Em baixa rotação. E possuem processos reversíveis, sendo assim possuem a mesma eficiência de Carnot.
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?
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.
Verdadeiro ou falso:
O processo de estrangulamento é um processo isentropico no qual a entropia é constante. Durante o estrangulamento não há realização de trabalho (W=0) e não há transgêneros de de calor (Q=0)
Falsa.
O processo de estrangulamento é ISENTÁLPICO (entalpia constante - h). O resto está correto.
É possível manter inalterada a a temperatura de um fluido de trabalho por meio de interações simultâneas com a vizinhança de transferência de energia na forma de calor e trabalho?
Verdadeiro. Trata-se de uma transformação isotérmica.
Na fórmula P V = m R T
Qual a pressão que deve ser utilizada manometrica ou absoluta?
Deve ser usada a absoluta!!!
Verdadeiro ou falso:
Em um ciclo-padrão a ar Brayton, o fluido de trabalho apresenta duas mudanças de fase nos trocadores de calor.
Falso! O fluido de trabalho em um ciclo Brayton não apresentada mudança de fase, sempre estando na fase de Vapor.
A eficiência isentropica expressa quantitativamente o quão…?
Eficiente um dispositivo real (irreversível) se aproxima de um dispositivo ideal (reversível). Utilizada para turbinas, compressores e bocais.
Explique a relação em sistema fechado e isolado.
Em um sistema fechado não há troca de massa com a vizinhança, mas pode haver passagem de calor e trabalho por sua fronteira.
Dentre os sistemas fechados há o sistema isolado, o qual não interage com a vizinhança.
No ciclo de refrigeração por compressão de vapor de Carnot o COP aumentará quando a diferença de temperatura?
Diminuir.
No ciclo de refrigeração por compressão de vapor de Carnot, na sucção do compressor contém apenas vapor saturado.
Falso: pode conter só vapor saturado ou uma mistura de vapor e líquido saturado.
Sempre que falar em COP o que devo lembrar?
B = Tc / (Th - Tc)
Em um ciclo de refrigeração por compressão de vapor de Carnot podemos obter os valores da quantidade de calor que entre e sai do sistema por qual fórmula?
Qent = Th * delta S
Q sai = Tc * delta S
Sobre eficiência de dispositivos mecânicos e elétricos.
Como são calculados as eficiências dos dispositivos abaixo:
Bomba, Turbina;
Motor, Gerador;
Moto-bomba, Turbo-gerador;
n_bomba = Delta_E_mec / Potencia_eixo_ent
n_turbina = Potencia_eixo_sai / Delta_E_mec,f
n_motor = Potencia_eixo_sai / potência_elet_ent
n_gerador = potencia_elet_sai / Potencia_eixo_ent
Eficiência global:
n_bomba_motor = Delta_E_mec / Potência_elet_ent
n_turbina_ger = Potência_elet_sai / Delta_E_mec,f
