Trabalho Resolucao de Problemas Ciclos Termodinamicos de Potencia e Turbinas

Máquinas Térmicas EMENTA Fluido Compressível ciclos termodinâmicos de potência ciclos de vapor ciclos de turbina a gás ciclos combinados e cogeração BIBLIOGRAFIA BÁSICA MORAN M J SHAPIRO H N Princípios de Termodinâmica para Engenharia 6a Edição LTC Rio de Janeiro 2009 VAN WYLEN G SONTAG R E Fundamentos de Termodinâmica Clássica 4ª Ed Ed Edgar Blücher São Paulo 1995 Ar entra nas condições ambientes em um compressor e é comprimido até 1200 KPa sendo em dois passos o primeiro até 500 KPa e outro até a pressão final sendo a temperatura de saída do interresfriador de 320k A vazão ar de 6 kgs As temperaturas das duas entradas das turbinas são de 1460 K e o reaquecimento opera a 500 KPa O regenerador possui uma efetividade de 100 Determine 1 Faça o desenho da planta de potência apresentada mostrando as entradas e saídas de potência e calor os pontos dos estados e o nome de cada equipamento 2 Desenho o diagrama TxS do ciclo Brayton apresentado no texto 3 Determine as entalpias de todos os pontos do ciclo Brayton apresentado no texto 4 Termine o rendimento do ciclo Brayton 5 Termine a potência das turbinas Vapor entra na turbina de primeiro estágio a 18 Mpa e 560C e se expande até 08 Mpa onde parte do vapor é extraído para um aquecedor regenerativo aberto O restante do vapor se expande pelo segundo estágio da turbina até 300 kPa Considerando processos isentrópicos nas turbinas e bombas 6 Faça o desenho da planta de potência apresentada mostrando as entradas e saídas de potência e calor os pontos dos estados e o nome de cada equipamento 7 Desenho o diagrama TxS do ciclo Rankine apresentado no texto 8 Determine as entalpias de todos os pontos do ciclo Rankine apresentado no texto 9 Termine o rendimento do ciclo Rankine 10 Termine a potência necessária da turbina para gerar 80 MW de potência líquida Conforme Portaria a avaliação será por meio de um trabalho a ser entregue pelo portal acadêmico VALOR 10 pontos Todos os alunos deverão de forma individual postar a resolução no portal acadêmico Não será aceito trabalhos fora do prazo ou por email MÁQUINAS TÉRMICAS CICLO BRAYTON Hipóteses Regime permanente Variações de energia cinética e potencial desprezíveis Compressores adiabáticos reversíveis Ciclo padrão a ar Gás ideal com calores específicos constantes QUESTÃO 1 𝑸 𝒔𝒂𝒊 𝑾 𝒔𝒂𝒊 𝑸 𝟐𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 𝑸 𝟏𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 𝟐𝟗𝟖 𝑲 𝟏𝟎𝟎 𝒌𝑷𝒂 𝟔 𝒌𝒈𝒔 𝟓𝟎𝟎 𝒌𝑷𝒂 𝟏𝟐𝟎𝟎 𝒌𝑷𝒂 𝟑𝟐𝟎 𝑲 𝟏𝟒𝟔𝟎 𝑲 𝟏𝟒𝟔𝟎 𝑲 𝟓𝟎𝟎 𝒌𝑷𝒂 𝑸 𝒔𝒂𝒊 𝑾 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 QUESTÃO 2 QUESTÃO 3 Estado 1 𝑇1 298 𝐾 𝑝𝑟1 13543 ℎ1 29818 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐻1 29818 𝑘𝐽 𝑘𝑔 6 𝑘𝑔 𝑠 𝑯𝟏 𝟏𝟕𝟖𝟗𝟎𝟖 𝒌𝑾 Estado 2 𝑃2 500 𝑘𝑃𝑎 𝑠2 𝑠1 𝑝𝑟2 𝑃2 𝑃1 𝑝𝑟1 𝑝𝑟2 500 100 13543 𝑝𝑟2 67715 Interpolando ℎ2 47281 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐻2 47281 𝑘𝐽 𝑘𝑔 6 𝑘𝑔 𝑠 𝑯𝟐 𝟐𝟖𝟑𝟔𝟖𝟔 𝒌𝑾 Estado 3 𝑇3 320 𝐾 𝑝𝑟3 17375 𝑘𝑃𝑎 ℎ3 32029 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐻3 32029 𝑘𝐽 𝑘𝑔 6 𝑘𝑔 𝑠 𝑯𝟑 𝟏𝟗𝟐𝟏𝟕𝟒 𝒌𝑾 Estado 4 𝑃2 𝑃3 500 𝑘𝑃𝑎 𝑠3 𝑠4 𝑝𝑟4 𝑃4 𝑃3 𝑝𝑟3 𝑝𝑟4 1200 500 17375 𝑝𝑟3 417 Interpolando ℎ4 41159 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐻4 41159 𝑘𝐽 𝑘𝑔 6 𝑘𝑔 𝑠 𝑯𝟒 𝟐𝟒𝟔𝟗𝟓𝟒 𝒌𝑾 Estado 6 𝑇6 1460 𝐾 𝑃6 1200 𝑘𝑃𝑎 𝑝𝑟6 5371 𝑘𝑃𝑎 ℎ6 158763 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐻3 158763 𝑘𝐽 𝑘𝑔 6 𝑘𝑔 𝑠 𝑯𝟔 𝟗𝟓𝟐𝟓𝟕𝟖 𝒌𝑾 Estado 7 𝑠6 𝑠7 𝑃7 500 𝑘𝑃𝑎 𝑝𝑟7 𝑃7 𝑃6 𝑝𝑟6 𝑝𝑟7 500 1200 5371 𝑝𝑟7 22379 Interpolando ℎ7 125670 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐻7 125670 𝑘𝐽 𝑘𝑔 6 𝑘𝑔 𝑠 𝑯𝟕 𝟕𝟓𝟒𝟎𝟐 𝒌𝑾 Estado 8 ℎ6 ℎ8 158763 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐻8 158763 𝑘𝐽 𝑘𝑔 6 𝑘𝑔 𝑠 𝑯𝟖 𝟗𝟓𝟐𝟓𝟕𝟖 𝒌𝑾 Estado 9 𝑠8 𝑠9 𝑃9 100 𝑘𝑃𝑎 𝑝𝑟9 𝑃9 𝑃8 𝑝𝑟8 𝑝𝑟9 100 1200 5371 𝑝𝑟9 4476 Interpolando ℎ9 80705 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐻9 80705 𝑘𝐽 𝑘𝑔 6 𝑘𝑔 𝑠 𝑯𝟗 𝟒𝟖𝟒𝟐𝟑 𝒌𝑾 Estado 5 Pela eficiência do regenerador 𝜂𝑟𝑒𝑔 𝐻5 𝐻4 𝐻9 𝐻4 ℎ5 ℎ4 𝜂𝑟𝑒𝑔 ℎ9 ℎ4 𝐻5 246954 1 48423 246954 𝑯𝟓 𝟒𝟖𝟒𝟐𝟑 𝒌𝑾 QUESTÃO 4 Calculando a potência exercida pela turbina 𝑊𝑡 𝐻6 𝐻7 𝐻8 𝐻9 𝑊𝑡 952578 75402 952578 48423 𝑊𝑡 666906 𝑘𝑊 Calculando a potência total fornecida ao compressor 𝑊𝑐 𝐻2 𝐻1 𝐻4 𝐻3 𝑊𝑐 283686 178908 246954 192174 𝑊𝑐 159558 𝑘𝑊 Calculando o calor total que entra 𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝐻6 𝐻5 𝐻8 𝐻7 𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 952578 48423 952578 75402 𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 666906 𝑘𝑊 Calculando o rendimento 𝜂 666906 159558 666906 𝜼 𝟕𝟔𝟎𝟕 QUESTÃO 5 𝑊 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑊 𝑡 𝑊𝑐 𝑊 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 666906 159558 𝑾 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 𝟓𝟎𝟕𝟑𝟒𝟖 𝒌𝑾 CICLO RANKINE Hipóteses Regime permanente Variações de energia cinética e potencial desprezíveis Considerando líquido saturado na saída do aquecedor de água de alimentação e na saída do condensador As turbinas bombas e o aquecedor da água de alimentação são adiabáticos QUESTÃO 6 𝑸 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 𝑸 𝒔𝒂𝒊 𝑾 𝒔𝒂𝒊 𝑾 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 𝑾 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 𝟏𝟖 𝑴𝑷𝒂 𝟓𝟔𝟎 º𝑪 𝟎𝟖 𝑴𝑷𝒂 𝟑𝟎𝟎 𝒌𝑷𝒂 QUESTÃO 7 QUESTÃO 8 Encontrando as propriedades de cada estado Estado 1 Vapor Superaquecido 𝑃1 18 𝑀𝑃𝑎 𝑇1 560 º𝐶 𝑠1 64427 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐾 𝒉𝟏 𝟑𝟒𝟒𝟔𝟔𝟐 𝒌𝑱𝒌𝒈 Estado 2 Vapor Superaquecido 𝑃2 08 𝑀𝑃𝑎 𝑇2 560 º𝐶 𝒉𝟐 𝟑𝟔𝟏𝟏𝟖𝟐 𝒌𝑱𝒌𝒈 Estado 3 Líquido e Vapor 𝑃3 300 𝑘𝑃𝑎 𝑠1 𝑠3 64427 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐾 Calculando o título 𝑥3 𝑠3 𝑠𝐿 𝑠𝑉 𝑠𝐿 𝑥3 64427 16717 69917 16717 08968 Calculando a entalpia ℎ3 ℎ𝐿 𝑥3 ℎ𝐿𝑉 ℎ3 56143 08968 21635 𝒉𝟑 𝟐𝟓𝟎𝟏𝟔𝟔 𝒌𝑱𝒌𝒈 Estado 4 Líquido Saturado 𝑃3 𝑃4 300 𝑘𝑃𝑎 𝑣4 0001073 𝑚3𝑘𝑔 𝒉𝟒 𝟓𝟔𝟏𝟒𝟑 𝒌𝑱𝒌𝒈 Estado 5 𝑃2 𝑃5 08 𝑀𝑃𝑎 𝑣4 𝑣5 0001073 𝑚3𝑘𝑔 Calculando o trabalho da bomba 1 𝑤𝑏1 𝑣5 𝑃5 𝑃4 𝑤𝑏1 0001073 800 300 𝑤𝑏1 05365 𝑘𝐽𝑘𝑔 Calculando a entalpia ℎ5 ℎ4 𝑤𝑏 ℎ5 56143 05365 𝒉𝟓 𝟓𝟔𝟏𝟔𝟗 𝒌𝑱𝒌𝒈 Estado 6 Líquido Saturado 𝑃6 𝑃2 𝑃5 08 𝑀𝑃𝑎 𝑣6 0001115 𝑚3𝑘𝑔 𝒉𝟔 𝟕𝟐𝟎𝟖𝟕 𝒌𝑱𝒌𝒈 Determinando a fração mássica de vapor y 𝑦 ℎ2 1 𝑦 ℎ5 ℎ6 𝑦 361182 1 𝑦 56169 72087 𝑦 04205 Estado 7 𝑃7 𝑃1 18 𝑀𝑃𝑎 Calculando o trabalho da bomba 2 𝑤𝑏2 𝑣6 𝑃7 𝑃6 𝑤𝑏2 0001115 18000 800 𝑤𝑏2 19178 𝑘𝐽𝑘𝑔 Calculando a entalpia ℎ7 ℎ6 𝑤𝑏2 ℎ7 72087 19178 𝒉𝟕 𝟕𝟒𝟎𝟎𝟓 𝒌𝑱𝒌𝒈 QUESTÃO 9 Calculando o trabalho na turbina 𝑤𝑡 ℎ1 ℎ2 1 𝑦 ℎ2 ℎ3 𝑤𝑡 344662 361182 1 04205 361182 250166 𝑤𝑡 47814 𝑘𝐽𝑘𝑔 Calculando o calor da caldeira 𝑄𝑞 ℎ1 ℎ7 𝑄𝑞 344662 74005 𝑄𝑞 270657 𝑘𝐽𝑘𝑔 Calculando o rendimento 𝜂 𝑤𝑡 1 𝑦 𝑤𝑏1 𝑤𝑏2 𝑄𝑞 𝜂 47814 1 04205 05365 19178 270657 𝜼 𝟏𝟖𝟑𝟔 QUESTÃO 10 Calculando a potência bruta do ciclo 𝑊 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 80 01836 43573 𝑀𝑊 Calculando a vazão mássica 𝑊 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑊𝑡 𝑊 𝑏 𝑊 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑚 𝑊𝑡 𝑚 𝑊 𝑏 𝑚 43573 103 𝑚 47814 18867 𝑚 87671 𝑘𝑔𝑠 Calculando a potência da turbina 𝑊𝑡 47814 87671 𝑾 𝒕 𝟒𝟏𝟗𝟏𝟗 𝑴𝑾