Termodinamica - Resolucao Exercicios Classicos

Termodinâmica
RESOLUÇÃO EXAME FINAL 2002.11.14

1- Um volume de 2412.3 dm3 de ar à pressão de 0.500 bar é comprimido segundo a lei pvn=cte até um estado final com um volume de 764.1 dm3, uma pressão de 3.00 bar e uma temperatura de 150ºC. Em seguida o ar é expandido isotermicamente até à pressão inicial.

a) Caracterize todos os estados, indicando a pressão, o volume específico e a temperatura.
b) Calcule o trabalho, o calor e a variação da energia interna para cada transformação sofrida pelo fluido.
c) Calcule ainda a variação total da entropia do ar.
d) Represente os vários pontos e processos em diagramas p-v e T-s

(M = 28.9 kg/kmol,  = 1.4, R = 8 314.4 J/(kmole.K))

Ponto 1

Ponto 2

Ponto 3
V1 = 2 412.3 dm3

V2 = 764.1 dm3

V3 = 4585.7 dm3 p1 = 0.500 bar pVn=cte p2 = 3.00 bar
T = cte p3 = 0.500 bar
T1 = -50.65 ºC

T2 = 150ºC pV =cte
T3 = T2 = 150ºC v1 = 1280.4 dm3/kg

v2 = 405.6 dm3/kg

v3 = 2434 dm3/kg

a) Nota: A negrito os resultados. Os restantes são dados do problema.

Do ponto 2, temos:

Ponto 1:

Ponto3:

b) 1  2. Necessitamos de calcular o valor de n da politrópica para o cálculo do trabalho.

Para a determinação de cv, foi utilizado o seguinte sistema:

2  3. Por ser isotérmica e por conseguinte . Virá então

c)

2- Duas turbinas de vapor de água ligadas pelo veio debitam exactamente a mesma potência. Vapor de água entra na 1ª turbina à pressão de 40.0 bar e à temperatura de 400ºC, saindo à pressão de 20.0 bar. Este vapor é re-aquecido numa caldeira, sendo-lhe fornecido 20.0 MW de calor, e entra na 2ª turbina de onde sai no estado de vapor saturado a 1.00 bar. Neste estado entra num condensador (permutador de calor) saindo a 60ºC, fornecendo a sua entalpia a um caudal de água que entra a 20.0ºC e sai também a 60.0ºC.

a) Desenhe o diagrama da instalação e calcule a temperatura, pressão e volume, entalpia e entropia específicos em cada ponto.