Lista de Exercicios Resolvidos Turbinas a Gas e Vapor - Termodinamica

Exercícios QUESTÃO 1 Considere a turbina a gás regenerativa a ar mostrada na Figura abaixo O ar entra no compressor a 1 bar 27 C saindo a 4 bar A eficiência isentrópica do compressor é 80 e a efetividade do regenerador é 90 A potência líquida é 97 kW A temperatura do ar na entrada da turbina de alta pressão é 1200 K Ambas as turbinas têm eficiência isentrópica de 87 Calcule a A vazão mássica de ar em kgs 15 pontos b A eficiência térmica do ciclo em 08 pontos C A temperatura que o ar sai para a atmosfera em C 07 pontos QUESTÃO 2 Considere uma planta de cogeração com turbina a vapor de contrapressão O vapor entra na turbina a 25 bar e 330 C e sai a 2 bar e 140 C A maior parte do vapor que sai da turbina vai para um processo industrial de onde volta condensada a 60 C e 1 bar A outra parte vai para um aquecedor regenerativo do tipo aberto desaerador que opera a 2 bar A água sai do desaerador como líquido saturado a 2 bar A demanda de vapor para o processo industrial é 32 kgs Considerando uma eficiência isentrópica de 85 nas bombas e desprezando as perdas de pressão na caldeira e no desaerador obtenha a O desenho esquemático da planta 05 pontos b A eficiência isentrópica da turbina em 10 ponto c A vazão mássica do vapor na entrada da turbina em kgs 15 pontos d A vazão mássica de combustível na caldeira em kgs Considere que o combustível é o metano gasoso e que a eficiência energética da caldeira é 92 10 ponto e A eficiência energética da planta de cogeração em 10 ponto QUESTÃO 3 Considere um ciclo combinado de cogeração com turbina a vapor de contrapressão O processo industrial a turbina as bombas e o desaerador são os mesmo da questão anterior O ar entra na caldeira de recuperação a 527 C e saem a 127 C A eficiência isentrópica da turbina é 90 e a do compressor é 80 A relação de pressão é 12 O ar entra no compressor a 1 bar e 27 C Desconsiderando a perdade pressão na câmara de combustão e na caldeira de recuperação a Faça o desenho esquemático da planta 05 pontos b Calcule a eficiência do ciclo de cogeração em 15 pontos 1 Wuia 97KW ηC 80 ηT 87 ηREG 90 T4 1200 K mAR ηTER T7 modelagem com arpadrão Fhio cp cte 1005 kJkgK k cpe cv 14 Comp T25 T1 P2 P1k1k T2s T1 P2 P1k1k ηC T2s T1 T2 T1 T2 T1 T2s T1 ηC Regenerador ηR T3 T2 T6 T2 T3 T2 ηR T6 T2 TA T5s T4 P5 P4k1k T5s T4 P5 P4k1k ηT T4 T5 T4 T5s T5 T4 ηT T4 T5s BALANÇO DE ENERGIA NO REG T6 T7 T3 T2 T7 T6 T2 T3 T1 27 273 300 K T2s 446 K T2 4825 K T4 1200 K T5 10175 K T5s 99025 K Ty T5 T2 TL T5 10175K T5s 99023 K T5s T4 P5 P4k1k P5 P4 T5s T4k k1 P5 204 bar T6s T5 P6P5k1k T6s 830 K T6 8544 K T3 8172 K T7 5197 K Wua m cp T5 T6 m 97 100510175 8544 mAR 0592 Kgs ηtérmico Wuia Qin 97 m cp T4 T3 97 059210051200 8172 ηtérmico 4261 Modelagem usando ciclo arpadrão 2 PT cp cte Pressão reduzida Pr2 Pr1 P2 Pr1 T 300K R 1386 h 30019 kJkg Pr2 5544 pela tabela com Pr2 interpol h 451761 5332 h2s 5544 4518 5775 ηo h2s h1 h2 h1 h2 h1 h2s h1 ηo h2 44649 kJkg BE comp turbina h2 h1 h4 h5 T 1200 44649 30019 h5 127779 h5 113149 kJkg ηT h4 h5 h4 h5s h5s 110963 kJkg h5s tabela Pr5 T5s h 109185 1333 110963 Pr5 111486 1439 111486 109185 110963 109185 1439 1333 Pr5 1333 Pr5 14349 Pr5 Pr4 Pr5 Pr4 Pr5 Pr4 Pr5 Pr4 4 14349 238 241 bar Pr6 Pr5 P6 P5 Pr6 Pr5 P6 P5 Pr6 5954 Pr6 tabela h6s h Pt 86608 5760 h6s 5954 88827 6309 88827 86608 6309 5760 5954 5760 h6s 87392 kJkg η7 h5 h6 h5 h6s h6 h5 η7 h5 h6s h6 9074 kJkg ηR h3 h2 h6 h2 h3 h2 ηR h6 h2 h3 86131 kJkg BE regenerador h3 h2 h6 h7 h7 49258 kJkg mAR Wuia h6 h6 97 113149 9074 mAR 04329 Kgs η Wuia Qin 97 mARh4 h3 η 97 127779 8613104329 η 538 com h7 interpolar p sachv T7 490K 2 25 bar 330 ºC X TURBINA h4 25 bar 140 ºC X32 32 Kgs PROCESSO DESAERATOR 2 bar Qutil 60ºC 1 bar diarr comprimido x Estado 1 h13140 KJKg Estado 2 h22760 KJKg Estado 3 h32600 KJKg Estado 3 h325113 KJKg Estado 45 h45h3v3p4p3 v3 v2 a 60ºC 10172103 m3Kg h452511310172103 21 1005105 h4525123 KJKg Estado 4 mBB h45h3h4h3 h4 h3 h45h3vBB h425125 KJKg Estado 5 hs50470 KJKg vs 10605103 m3Kg Estado 6 h6s hs vsp0p5 5047 10605 103 252 105 h6s50714 KJKg Estado 6 vBA h6sh5h6h5 h6 hs h6sh5vBA h65076 KJKg 7 b etat h1h2h1h2s 3140276031402600 etat7037 c BALANCO DE ENERGIA NO DESAERATOR X32 h2 32 h4 X hs 2760 x 32 2760 32 25125 X 5047 x 22553 8028 X36 Kgs b CH4g PCI 50020 NJKg etaCOMBQABSQFORN xh1h6mcomB PCI 092 36 31405076mcomb 50020 mcomb021 KgCH4s e etaEPC Wdig QutilQin WT xh1h2 1368 KW WBB 32 h4h3 0384 KW WBA x h6h5 1044 KW Qutil 32 h2h3 8028384 KW Qin mcomB PCI 1050412 KW etaEPC WT WBA WBB QutilQin etaEPC 8935 8 3 Qin COMPRESSOR TURBINA etac 80 PA 1 bar TA 27ºC etat 80 etaciclo WliqTGWliqTVQutilQin 127ºC CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR 1 61048 K 68806 K 0 106 Cp 076 TB5 TA PBPA K TB5 TA PBPAk1k etac TB5TATBTA TB TA TB5TAetac TB 127ºC TD5TC PDPCk1k 1RP k1k TC TD5 RP K1k etat TCTDTCTD5 TDS TC TATDetat etat TC TCα TCα vT TDα vT TO 1α 1α TDαvT TG TD α vT α12 TC1475 K Vazão de ar mAR TD TE mv h1 h6 mAR mv h1 h6 cpAR TD TE mAR 2357 kgs WT mAR cpAR Tc TD WT 1598575 KW WC mAR cpAR TB TA WC 9918875 KW Wua WT WC 6797 KW Qin mAR cp TC TIS Qin 1864092 KW ηciclo Wliq tg Wliq tv Qub Qin ηciclo 8684