Trabalho de Máquinas Térmicas

Máquinas Térmicas Trabalho 2 bimestre Prof Antônio Salvador Neto 1 Introdução O presente documento visa orientar a atividade de avaliativa processual da disciplina de Máquinas Térmicas oferecida no 2 período de 2024 pela Multivix Vila Velha A atividade consiste no projeto de um ciclo a vapor com regeneração e reaquecimento 2 Formação dos grupos Os alunos devem organizar grupos de 3 a 5 integrantes escolher um dos artigos relacionados no apêndice e informar ao professor em tempo de aula para que seja registrado Não será admitido mais de um grupo com o mesmo artigo A prioridade de escolha se dará por ordem de registro dos grupos 3 Entrega O trabalho deve ser entregue até o dia 15062022 por via eletrônica através do portal httpsavapmultivixedubrloginindexphp 4 Atividade A atividade consiste em realizar os cálculos de um ciclo Rankine com regeneração e reaquecimento usando como dados de entrada os parâmetros do apêndice I O ciclo possui um aquecedor aberto e outro fechado bem como um misturador A figura a seguir ilustra o ciclo e nomeia cada estado termodinâmico Enunciado Um ciclo Rankine como mostrado na figura opera com 4 diferentes pressões Pa Pb Pc e Pd A temperatura de superaquecimento é Ts Etapa 1 Parâmetro de projeto Cada aluno tem um conjunto de dados que são os parâmetros do projeto no apêndice I O grupo deve realizar o trabalho com os dados do aluno que aparece primeiro na lista deste apêndice Etapa 2 Estados termodinâmicos preliminares Indique a que estados se referem os dados de entrada e determine as propriedades termodinâmicas nesses pontos Etapa 3 Estados termodinâmicos Calcule as propriedades termodinâmicas para cada estado entre as transformações algumas só serão possíveis após a etapa 4 Etapa 4 Frações de vapor de regeneração Calcule as frações y e z Etapa 5 Energias no ciclo Calcule o trabalho em cada turbina e bomba bem como o trabalho líquido Calcule o calor de entrada e o calor rejeitado Calcule o rendimento do ciclo Figura 41 Ilustração do ciclo Rankine 5 Avaliação O trabalho terá valor máximo de três pontos e mínimo de zero pontos e será avaliado baseado em critérios Cada critério representa uma parcela dos pontos do trabalho A avaliação de cada critério pode conferir um valor igual ou inferior ao valor da parcela que ele representa Os critérios de avaliação serão os seguintes Critério Pontos O trabalho tem capa está organizado coerente usa linguagem padrão e descreve claramente o que se pede para ser feito na etapa 1 05 Descreve de forma clara e completa o que se pede na etapa 2 10 Descreve de forma clara e completa o que se pede na etapa 3 05 Descreve de forma clara e completa o que se pede na etapa 4 05 Descreve de forma clara e completa o que se pede na etapa 5 05 Apêndice I Aluno Pa kPa Pb kPa Pc kPa Pd kPa T C Alex Araujo Minini 17610 1610 410 40 620 Breno Barbosa Duarte 31660 1660 260 30 340 Breno Martins Lordes Machado 10170 4170 470 90 540 Breno Souza Bonadiman Garcia 17920 3920 220 50 560 Bruno Alcântara dos Santos 15230 4230 430 90 650 Caio Ferreira Lopes 31000 3000 400 130 540 Davi Lucas da Costa Sousa 24720 1720 420 110 640 Deyvson Silva Rodrigues 15110 3110 210 30 620 Fabrycio Henrique Oliveira de Souza 13030 4030 230 90 470 Felipe Vassoler Dos Santos 5930 3930 330 80 470 Gabriel Antonio de Oliveira Souza 13180 2180 480 80 690 Gabriel Guzzo De Carvalho 16800 2800 400 100 370 Gabriel Luciano de Souza 9150 3150 350 130 420 Guilherme Amaral Gomes Coutinho Mata 38240 2240 440 40 390 Guilherme Loss Binda 10890 3890 190 80 690 Gustavo Dela Costa Freire 8340 4340 340 60 580 Ian Auer Guss 3650 1650 450 80 360 Jader Fernandes de Oliveira 18470 1470 370 50 670 João Paulo Fagundes de Oliveira 28090 2090 390 50 590 Joao Pedro dos Santos 35190 2190 490 100 620 Julia Soares de Freitas 35790 2790 190 30 560 Lívia França dos Santos 17760 1760 260 30 530 Luana Aparecida dos Santos Bispo 29760 1760 360 20 440 Lucas Dos Santos Lucio 19810 3810 310 20 340 Luiz Filipe Lopes Campos Alves 37010 4010 310 60 500 Luiz Guilherme Campos Costa 6620 3620 520 120 350 Luiz Rycardo Rebuli Mesquita 26060 4060 260 50 340 Marco Aurélio Bezerra Silva 42420 2420 420 130 380 Mateus de Souza Santos Nascimento 32570 2570 470 100 700 Mateus Lahas Pazolini 21880 3880 180 60 590 Matheus Lima do Nascimento 22330 4330 430 80 620 Mauro Marcos Alves Pereira Junior 16830 3830 230 100 480 Pedro Henrique Finco dos Santos 5020 2020 220 20 440 Raphael Eduardo laiola rapozo 23440 1440 240 110 680 Rene Coli da Silva 28530 2530 430 30 400 Rubson Luiz Trancoso Junior 26750 1750 250 110 530 Sabino Bispo Filho 16900 2900 200 30 700 Sara Gambarini do Carmo 14790 1790 390 40 570 Taillon Dias Costa 33370 3370 370 110 660 Thiago do Nascimento Pereira 28010 4010 410 110 600 Victor Bigossi de Camargos Pereira 13370 1370 270 30 410 Vinícius Alves 40380 3380 180 20 640 Vinicius Brazil da Penha 33100 3100 400 50 700 Vitor da Silva Vieira 42210 4210 510 110 540 Yago Firme dos Santos 5050 3050 250 30 340 Yasmim de Santana Cravo Constante 18910 1910 210 100 470 Primeiro vamos destacar os dados que serão utilizados para análise do ciclo Rankine Agora vamos indicar a que estado pertence cada um dos dados de entrada destacados na tabela acima Pa é a pressão que a água sai da caldeira e entra na turbina de alta pressão Quando entra na turbina de alta pressão a água estará no estado termodinâmico de vapor superaquecido e na saída ainda permanece no mesmo estado Pb é a pressão que a água sai da caldeira e entra na turbina de baixa pressão após o processo de reaquecimento Quando entra na turbina de baixa pressão a água estará no estado de vapor superaquecido e na saída ainda permanece no mesmo estado Pc é pressão que a água deixa a turbina de baixa pressão e entra no aquecedor de água de alimentação aberto Quando entra no aquecedor de água de alimentação aberto o estado termodinâmico da água ainda é vapor superaquecido e sai como liquido saturado Pd é a pressão que sai da turbina de baixa pressão e entra no condensador Quando entra no aquecedor a água está no estado de mistura e sai do aquecedor como liquido saturado O nosso próximo passo é determinar as propriedades termodinâmicas para cada uma das transformações Todas as propriedades serão calculadas utilizando o software EES e a planilha disponibilizada Ponto 1 liquido saturado a pressão de 90 kPa T 196585C v10001041m 3kg u1404955kJ kg h1405055kJ kg s112694 kJ kgK Ponto 2 liquido comprimido a pressão de 430 kPa e entropia 12694 kJkgK T 29672 C v20001041m 3kg u2405kJ kg h24055kJ kg s212694 kJ kgK Ponto 3 liquido saturado a 430 kPa T 314622 C v30001086m 3kg u361566 kJ kg h361608kJ kg s31804 kJ kgK Ponto 4 liquido comprimido a 4230 kPa e entropia 1804 kJkgK T 4146 7 C v40001084 m 3kg u46158kJ kg h46204 kJ kg s41804kJ kgK Ponto 5 liquido comprimido a 4230 kPa Para a temperatura nesse ponto vamos fazer uma aproximação para a temperatura de saturação que é de aproximadamente 255 T 5255C v50001263m 3kg u51104 kJ kg h51110kJ kg s52838kJ kgK Ponto 6 liquido saturado a 4230 kPa T 6255C v60001263m 3kg u61104 kJkg h61110kJ kg s62838kJ kgK Ponto 7 liquido comprimido a 15230 kPa e entropia de 2838 kJkgK T 72579C v7000125m 3kg u71104kJ kg h71123kJ kg s72838kJ kgK Não conseguimos calcular as propriedades no ponto 8 por enquanto Logo iremos calcular a partir do ponto 9 Ponto 9 vapor superaquecido a 15230 kPa e 650 C T 9650C v9002636m 3kg u93307kJ kg h93709kJ kg s96812kJ kgK Ponto 10 vapor superaquecido a 4230 kPa e entropia de 6812 kJkgK T 104212 C v10007187m 3kg u102956 kJ kg h103260 kJ kg s106812kJ kgK Ponto 11 vapor superaquecido a 4230 kPa e 650 C T 11650 C v11009914 m 3 kg u113369kJ kg h113788kJ kg s11747kJ kgK Ponto 12 vapor superaquecido a 430 kPa e entropia 747 kJkgK T 122833 C v1205901m 3kg u122777 kJkg h123031kJ kg s12747 kJ kgK Ponto 13 vapor superaquecido 90 kPa e entropia 747 kJkgK T 131109C v131946m 3kg u132524 kJ kg h132699 kJkg s137 47kJ kgK Agora que temos todas as propriedades em cada ponto do ciclo vamos determinar as frações de vapor Primeiro vamos determinar o y aplicando um balanço de energia no aquecedor de água de alimentação fechado EentEsai y h101y h41y h5 y h6 y h10h4y h4h5y h5 y h6 y h10y h4 yh5y h6h5h4 y h10h4h5h6h5h4 y h5h4 h10h4h5h6 y 11106204 3260620411101110 y01855 Agora vamos determinar o z aplicando um balanço de energia no aquecedor de água de alimentação aberto EentEsai z h121yz h21 y h3 z h12h2y h2z h2h3y h3 z h12zh2h3y h3h2 y h2 zh12h2yh2h3h3h2 z yh2h3h3h2 h12h2 z018554055618 08 618084055 30314055 z0066 O próximo passo é calcular os trabalhos primeiro vamos calcular o trabalho em cada uma das bombas Bomba 1 W bom bIh2h1 W bom bI4055405055 W bom bI0445 kJkg Bomba 2 W bom bIIh4h3 W bom bII6204616 08 W bom bII432kJkg Bomba 3 W bom bIIIh7h6 W bom bIII11231110 W bom bII I13 kJkg Agora vamos calcular o trabalho na turbina de alta pressão W tur baltah9h10 W tur balta37093260 W tur balta449kJ kg Determinando também o trabalho na turbina de baixa pressão W tur bbaixa1y h11h121 yzh12h13 W tur bbaixa101855 37883031101855006630312699 W tur bbaixa8650785 kJ kg Portanto o trabalho liquido será W liqW turbaltaW turbbaixa1yz W bom bI1y W bom bII yW bomb II I W liq449865078510185500660445101855 4320185513 W liq13078153kJ kg Agora vamos determinar a quantidade de calor que entra no ciclo qenth9h81yh11h10 Ainda não temos a entalpia no ponto 8 no entanto com os dados que já possuímos conseguimos determinar a entalpia nesse ponto Para isso vamos aplicar um balanço de energia na câmara de mistura EentEsai h81y h5 y h7 h8101855 1110018551123 h811124115kJ kg Ponto 8 liquido comprimido a 4230 kPa e entalpia de 11124115 kJkg T 82537C v80001501m 3kg u81106kJ kg h811124115kJ kg s82844kJ kgK Agora vamos retornar ao cálculo do calor que entra no ciclo qent37091112411510185537883260 qent30266445kJ kg Agora vamos calcular o calor que sai do ciclo qsai1yzh13h1 qsai10185500662699405055 qsai17170178kJ kg Para finalizar nossas análises vamos determinar a eficiência do ciclo ηW liq qent η13078153 30266445 η04321 η4321 Referência ÇENGEL Y A BOLES M A 2006 Termodinâmica 5a Edição McGraw Hill São Paulo