Considere uma termelétrica em que a água sai da caldeira a 2MPa a uma temperatura de em uma vazão de . A água então, sem qualquer perda, entra na turbina e sai a 15 kPa e um título de , seguindo então para o condensador. Na saída do condensador o fluido se encontra a recebendo nesse momento um trabalho de 4 kW da bomba.
a) Encontre o calor trocado no condensador.
b) Encontre o calor trocado na caldeira.
c) Encontre a potência da turbina.

Passo 1

Vamos começar resumindo o enunciado do exercício. Temos uma termelétrica onde a água sai da caldeira a uma pressão de 2 MPa e temperatura de , com uma vazão de 0,25 kg/s. Essa água entra na turbina, expande sem perdas até uma pressão de 15 kPa e sai com um título de 90%. Depois, ela vai para o condensador, onde retorna a 45°C, recebendo um trabalho de 4 kW da bomba.
Para resolver as partes a), b) e c), vamos utilizar os conceitos do ciclo de Rankine, que envolve processos de aquecimento, expansão, condensação e bombeamento da água. Precisaremos consultar as tabelas de vapor para determinar as entalpias nos diferentes estados do ciclo.

Passo 2

Identificando os Estados do Ciclo:
  1. Estado 1: Saída da caldeira / entrada da turbina
    • Pressão ( ) = 2 MPa
    • Temperatura ( ) =
  2. Estado 2: Saída da turbina
    • Pressão ( ) = 15 kPa
    • Título ( ) = 90% (indica mistura de líquido e vapor)
  3. Estado 3: Saída do condensador
    • Temperatura ( ) =
  4. Estado 4: Saída da bomba
    • Recebe trabalho ( ) = 4 kW

Passo 3

Determinação das Entalpias nos Diferentes Estados:
  1. Estado 1 ( ):
    • Utilizando as tabelas de vapor para e , encontramos .
  2. Estado 2 ( ):
    • Na saída da turbina, temos uma mistura de líquido e vapor com título .
    • Encontramos as entalpias do líquido saturado ( ) e do vapor saturado ( ) em .
    • Calculamos usando:
  3. Estado 3 ( ):
    • No condensador, a água está saturada a .
    • Assim, correspondente a .
  4. Estado 4 ( ):
    • A bomba realiza trabalho para elevar a pressão de para .
    • A entalpia é calculada por:Onde:
      • = 4 kW
      • = 0,25 kg/s

Passo 4

Cálculo do Trabalho da Bomba ( ):

Passo 5

a) Encontrar o Calor Troco no Condensador ( ):
O calor rejeitado no condensador é a diferença de entalpia entre a saída da turbina e a saída do condensador, multiplicada pela vazão de massa:
Onde:
  • e foram determinados anteriormente.

Passo 6

b) Encontrar o Calor Troco na Caldeira ( ):
O calor adicionado na caldeira é a diferença de entalpia entre a entrada na turbina e a saída da bomba, multiplicada pela vazão de massa:

Passo 7

c) Encontrar a Potência da Turbina ( ):
A potência da turbina é a diferença de entalpia entre a entrada e a saída da turbina, multiplicada pela vazão de massa:

Resposta

a) O calor trocado no condensador é dado por:
b) O calor trocado na caldeira é:
c) A potência da turbina é:
Para obter os valores numéricos finais, é necessário consultar as tabelas de vapor para determinar , , e nas condições especificadas e substituir nas equações acima.

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considere um conjunto de 9 aletas retangulares de alumínio fixadas à uma superfície plana de dimensões: (largura ; altura e espessura ). As aletas são todas iguais e possuem as seguintes dimensões (comprimento , largura e altura ) e estão igualmente distribuídas na superfície da parede. Tanto as aletas quanto a face da parede onde estão as aletas foram fixadas, estão sujeitas ao resfriamento por convecção forçada de Ar , cuja temperatura é de e coeficiente de transferência de calor é igual a . Tomando as propriedades do alumínio como sendo e , e a temperatura da base da parede como , determine: c) o desempenho (efetividade) da aleta e diga se é viável a utilização dessa aleta.
Determine o fator de compressibilidade do nitrogênio a
a.
b.
c.
Uma pequena cápsula esférica é utilizada para liberação controlada de fármaco no sistema gastrointestinal. Em particular, uma capsula de diâmetro de tem uma concentração inicial uniforme de do fármaco griseofulvina (espécie A). Determine o tempo que levará para que a concentração média da especie A atinja do valor inicial. A difusividade da griseofulvina no meio é . Após a liberação, o fármaco é imediatamente consumido de modo que a concentração superficial seja essencialmente zero. Resp.: 3050 s.
Julgue (V ou F) as afirmações que seguem:
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( ) a taxa de transferência de calor por convecção é quantificada macroscopicamente pela lei de StefanBoltzmann.
( ) a condução é um mecanismo de transferência de calor que ocorre em escala macroscópica, devido ao movimento global de um fluido.
( ) a convecção é o mecanismo de transferência de calor existente entre uma superfície sólida e um fluido que precisa estar em movimento.
( ) a radiação térmica é o mecanismo de transferência de calor que está relacionado à radiação eletromagnética e que em relação a duas superfícies é propagada como resultado de uma diferença de temperatura.
( ) a troca de calor radiante entre duas superfícies é proporcional à diferença de temperatura elevada à quarta potência, ou seja, calor .
( ) chamando de a taxa de transferência de calor por convecção, de a área de troca térmica e de o módulo da diferença de temperatura entre uma superfície sólida e um fluido, o coeficiente de transferência de calor fica definido como a razão .
( ) os processos de propagação de calor por condução e convecção ocorrem em todos os tipos de meios.
( ) o processo de irradiação de calor ocorre somente no vácuo.
( ) a convecção é o processo de propagação de calor que proporciona o efeito das brisas marítimas.
( ) a transferência de calor de um corpo para outro ocorre em virtude da diferença de temperatura entre eles.
( ) a energia gerada no Sol alcança a Terra por radiação.
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