Resolução de Questões da Materia Maquinas Termicas

1 PETROBRAS 2018 Engenheiro de Equipamentos Júnior Mecânica BANCA Cesgranrio OBS Questão modificada Durante o treinamento de uma nova turma de engenheiros de equipamentos júnior o instrutor apresentou o diagrama temperaturaentropia ilustrado na Figura abaixo Ao perguntar à turma de qual ciclo ideal esse diagrama seria típico o instrutor deverá obter como resposta o ciclo 10 ponto A Rankine ideal simples B Rankine ideal com reaquecimento C Rankine ideal regenerativo com reaquecimento D Rankine real simples E Rankine real com reaquecimento 2 Se a variação de entalpia através das pás móveis e das pás fixas de um estágio de uma turbina a vapor é respectivamente 10 kJkg e 15 kJkg então o grau de reação do estágio é 10 ponto A 33 B 40 C 50 D 60 E 67 3 Cite uma vantagem e uma desvantagem para as situações nas quais uma planta de potência a vapor apresenta vapor superaquecido na entrada do condensador saída da última turbina de baixa pressão 10 ponto 4 Um condensador de uma grande central de potência a vapor opera a uma pressão de 008 bar Consideremos que este aparelho térmico opera com perda de carga desprezível Sabe se que a entalpia específica do fluido de trabalho H2O após a passagem pelo condensador é de 17628 kJkg Discuta sobre as consequências desse valor para o funcionamento dos demais equipamentos da planta 10 ponto O enunciado a seguir serve de base para a resolução das questões 5 6 e 7 A água é o fluido de trabalho em um ciclo ideal regenerativo de Rankine com um aquecedor de água de alimentação fechado O vapor superaquecido entra na turbina a 16 MPa e 560 C e a pressão no condensador é de 8 kPa O ciclo tem um aquecedor de água de alimentação fechado que utiliza o vapor extraído a 1 MPa O condensado é drenado do aquecedor de água de alimentação como líquido saturado a 1 MPa e é purgado para dentro do condensador A água de alimentação deixa o aquecedor a 16 MPa e a uma temperatura igual à temperatura de saturação a 1 MPa A vazão mássica do vapor que entra na primeira turbina é de 120 kgs Determine 5 A potência líquida produzida em kW 20 pontos 6 A taxa de transferência de calor para o vapor que passa pela caldeira em kW 20 pontos 7 A eficiência térmica 20 pontos ① B Rankine ideal com reaquecimento ② B 40 10 kJkg 10 kJkg 15 kJkg 1025 04 40 ③ Vantagem Melhora a eficiência alta temperatura do vapor causa melhora da eficiência Desvantagem Aumento do custo inicial tubo caldeira turbina etc devem ser capazes de suportar altas temperaturas e pressões ④ Os condensadores aumentam as quedas de entalpia e o trabalho da turbina diminuindo a pressão na saída da turbina Baixas P como 008 bar geram maior η e potência À medida que P aumenta a eficiência térmica e a potência líquida diminuem e o consumo de vapor aumenta A P do condensador é afetada pela T da água H2O de resfriamento e pela vazão mássica m Quando P do condensador aumenta h entalpia aumenta Isso leva à redução na geração de energia devido ao aumento no fluxo de vapor necessário para manter a carga com o aumento da pressão do condensador T S 560C 16 MPa 7 6 1 MPa 2 1y 3 4 8 KPa 5 ① P1 16 MPa T1 560C vapor superaquecido h1 34654 kJkg S1 65132 kJkgK Estados do Gráfico ② P2 1 MPa S2 S1 65132 kJkgK S2 Sf2 x2 Sg2 Sf2 X2 S2 Sf2 Sg2 Sf2 65132 21387 65863 21387 09836 h2 hf2 x2hfg2 76281 0983620153 h2 27451 kJkg ③ P3 8 kPa S3 S2 65132 kJkgK X3 S3 Sf3 Sg3 Sf3 65132 05926 82287 05926 07753 h3 hf3 X3hfg3 17388 0775324031 h3 2037 kJkg ④ P4 8 kPa liquido saturado h4 hf3 17388 kJkg ⑤ h5 h4 vf P5 P4 17388 000100841000 kPa 8 kPa h5 17488 kJkg ⑥ Pe 1 MPa 1000 kPa he 76281 kJkg ⑦ h7 he ce Pe Pl 76281 0001127316000 1000 h7 77972 kJkg Questão 5 m 120 kgs Turbina WT m h1 h2 1 γ h3 h2 1 γ 1 h6 h5 h2 h5 WT 120 34654 27451 1 76281 17488 27451 17488 27451 2037 WT 15197091 kW Bomba WB m 1 h6 h5 h2 h5 h5 h4 h7 h6 WB 120 1 76281 17488 27451 17488 17488 17388 77972 76281 WB 212175 kW Potência líquida WT WB 14984916 kW Questão 6 Q m h1 h7 120 34654 77972 Q 3222816 kW Questão 7 η 14984916 kW 3222816 kW 0465 465 ① B Rankine ideal com reaquecimento ② B 40 10 kJkg 10 kJkg 15 kJkg 1025 04 40 ③ Vantagem Melhora a eficiência alta Temperatura do vapor causa melhora da eficiência Desvantagem Aumento do custo inicial tubo caldeira turbina etc devem ser capazes de suportar altas Temperaturas e Pressões ④ Os condensadores aumentam as quedas de entalpia e o trabalho da turbina diminuindo a pressão na saída da turbina Baixas P como 008 bar geram maior η e Potência À medida que P aumenta a eficiência térmica e a potência líquida diminuem e o consumo de vapor aumenta A P do condensador é afetada pela T da água H2O de resfriamento e pela vazão mássica m Quando P do condensador aumenta h entalpia aumenta Isso leva à redução na geração de energia devido ao aumento no fluxo de vapor necessário para manter a carga com o aumento da pressão do condensador P1 16MPa T1 560ºC Vapor superaquecido hi 34654 kJkg S1 65132 kJkgK P2 1MPa S2 S1 65132 kJkgK S2 Sf2 x2 Sg2 Sf2 X2 S2 Sf2 Sg2 Sf2 65132 21387 65863 21387 09836 h2 hf2 x2 hf g2 76281 09836 20153 h2 27451 kJkg P3 8kPa S3 S2 65132 kJkgK X3 S3 Sf3 Sg3 Sf3 65132 05926 82287 05926 07753 h3 hf3 x3 hf g3 17388 07753 24031 h3 2037 kJkg P4 8kPa líquido saturado h4 hf3 17388 kJkg h5 h4 v4 P5 P4 17388 00010084 1000kPa 8kPa h5 17488 kJkg Pe 1MPa 1000kPa he 76281 kJ h7 he Ve P7 Pe 76281 00011273 16000 1000 h7 77972 kJkg Questão 5 ṁ 120 kgs Turbina WT ṁ h1 h2 1 Y h3 h2 1 Y 1 h6 h5 h2 h5 WT 120 34654 27451 1 76281 17488 27451 17488 27451 2037 WT 15197091 kW Bomba WB ṁ1 h6 h5 h2 h5 h5 h4 h7 h6 WB 120 1 76281 17488 27451 17488 17488 17388 77972 76281 WB 212175 kW Potência líquida WT WB 14984916 kW Questão 6 Q mh1 h7 12034654 77972 Q 3222816 kW Questão 7 η 14984916 kW 3222816 kW 0465 465