Ciclo Brayton Ideal - Problemas Resolvidos e Análise de Desempenho

936 Considere um ciclo padrão a ar Brayton ideal onde a pressão e a temperatura do ar que entra no compressor são respectivamente iguais a 100 kPa e 20 ºC e a relação de pressão do compressor é 12 para 1 A temperatura máxima do ciclo é 1100 ºC e a vazão de ar é 10 kgs Admitindo calor específico constante para o ar fornecido na Tab A10 a Determine o trabalho necessário no compressor o trabalho da turbina e o rendimento térmico do ciclo b Se esse ciclo fosse utilizado para uma máquina alternativa qual seria a pressão média efetiva Você recomendaria o ciclo Brayton para uma máquina alternativa 938 Um regenerador ideal é incorporado ao ciclo padrão a ar Brayton ideal descrito no Prob 936 Calcule o rendimento térmico do ciclo que apresenta esta modificação 939 Considere uma instalação estacionária de turbina a gás que opera segundo o ciclo Brayton ideal que fornece uma potência de 100 MW a um gerador elétrico A temperatura mínima do ciclo é 300 K e a máxima é 1600 K A pressão mínima do ciclo é 100 kPa e a relação de pressão no compressor é 14 para 1 a Calcule a potência desenvolvida pela turbina e determine a potência que é utilizada para acionar o compressor Quanto isto representa em porcentagem b Qual é o rendimento térmico do ciclo 943 Um ciclo de turbina a gás para uso veicular está mostrado na Fig P943 Na primeira turbina o gás expande até uma pressão Ps suficiente para que a turbina acione o compressor O gás é então expandido numa segunda turbina que aciona as rodas motrizes Os dados deste motor estão indicados na figura Considerando que o fluido de trabalho seja o ar através de todo o ciclo e admitindo que todos os processos sejam ideais determine a A pressão intermediária Ps b O trabalho líquido desenvolvido pelo motor por quilograma de ar e a vazão em massa através do motor c A temperatura do ar na seção de entrada da câmara de combustão Ts e o rendimento térmico do ciclo 952 A turbina de um motor a jato é alimentada com ar a 1250 K e 15 MPa A turbina descarrega o ar num bocal a 250 kPa o ar é expandido no bocal até a pressão atmosférica 100 kPa A eficiência isoentrópica da turbina é 85 e a do bocal é 95 Determine a temperatura na seção de saída da turbina e a velocidade na seção de saída do bocal Admita que as variações de energia cinética na turbina e no bocal são desprezíveis 955 Um motor a gasolina é alimentado com ar a 95 kPa e 300 K O ar então é comprimido num processo que apresenta relação de compressão volumétrica igual a 8 para 1 Sabendo que o combustível libera 1300 kJkg de ar de energia térmica no processo de combustão determine a temperatura e a pressão imediatamente após o processo de combustão 956 A relação de compressão de um motor a gasolina é de 9 para 1 O estado do ar antes da compressão é 290 K e 90 kPa e a temperatura máxima do ciclo é 1800 K Utilizando as propriedades da Tab A12 determine a pressão após a expansão o trabalho líquido e a eficiência do ciclo 961 Num ciclopadrão a ar Otto toda a transferência de calor qh ocorre a volume constante Seria mais realístico admitir que parte de qh ocorre após o pistão ter iniciado o movimento descendente do curso de expansão Portanto considere um ciclo idêntico ao de Otto com exceção de que os primeiros dois terços do qh total ocorrem a volume constante e que o terço final ocorre a pressão constante Admita que o qh total deste ciclo seja 2400 kJkg que a pressão e a temperatura no início do processo de compressão sejam iguais a 90 kPa e 20 ºC e que a relação de compressão seja 71 Calcule o rendimento térmico os valores máximos para a pressão e a temperatura no ciclo e compare os resultados obtidos com aqueles referentes ao ciclo Otto convencional que apresenta as mesmas características 962 Considere um ciclo padrão a ar Diesel ideal no qual o estado do ar antes do processo de compressão é 90 kPa e 290 K e a relação de compressão é 20 Qual deve ser a máxima temperatura no ciclo para que o rendimento térmico seja igual a 60 967 Considere um ciclo ideal de refrigeração que apresenta temperaturas no condensador e no evaporador respectivamente iguais a 45 ºC e 15 ºC Determine o coeficiente de eficácia para ciclos que utilizam R12 e amônia como fluido de trabalho 932 Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 95 kPa e 27ºC e são transferidos para o ar 750 kJkg de calor durante o processo de fornecimento de calor a volume constante Considerando a variação dos calores específicos com a temperatura determine a a temperatura e a pressão no final do processo de adição de calor b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica e d a pressão média efetiva do ciclo Respostas a 3898 kPa 1539 K b 3924 kJkg c 523 d 495 kPa 943 Um ciclo Diesel padrão a ar tem uma razão de compressão de 16 e uma razão de corte de 2 No início do processo de compressão o ar está a 95 kPa e 27ºC Considerando a variação dos calores específicos com a temperatura determine a a temperatura ao final do processo de fornecimento de calor b a eficiência térmica e c a pressão média efetiva Respostas a 17248 K b 563 c 6759 kPa 944 Repita o Problema 943 usando calores específicos constantes à temperatura ambiente 945 Um motor diesel ideal tem uma razão de compressão de 20 e usa ar como fluido de trabalho O estado do ar no início do processo de compressão é de 95 kPa e 20ºC Se a temperatura máxima do ciclo não puder exceder 2200 K determine a a eficiência térmica e b a pressão média efetiva Considere calores específicos constantes para o ar à temperatura ambiente Respostas a 635 b 933 kPa