Lista 3 de Termodinâmica

IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica Lista de exercícios LE3 1 Uma unidade de geração opera conforme um ciclo Rankine básico utilizando vapor saturado As temperaturas de geração do vapor e de condensação são respectivamente 230 ºC e 40 ºC Calcule para este ciclo a O trabalho na bomba Wb 281 kJkg b O calor fornecido na caldeira Q1 263360 kJkg c O trabalho da turbina e o título de saída Wt 86988 kJkg e x 0734 d O calor rejeitado no condensador Q2 176653 kJkg e O rendimento térmico η 3292 2 Uma termoelétrica utiliza o vapor superaquecido na sua geração O vapor deixa a caldeira com uma pressão igual a 5000 kPa e temperatura de 350 ºC A condensação do vapor ocorre numa pressão igual a 75 kPa Determine a O trabalho na bomba Wb 511 kJkg b O calor fornecido na caldeira Q1 267892 kJkg c O trabalho da turbina e o título de saída Wt 77229 kJkg e x 0839 d O calor rejeitado no condensador Q2 191174 kJkg e O rendimento térmico η 2864 3 Admitindo que seja possível inserir o reaquecimento do vapor na instalação do exercício anterior e considerando que o reaquecimento ocorrerá numa pressão de 1000 kPa e temperatura de 350 ºC Determine a O calor total fornecido na caldeira Q1 312096 kJkg b O trabalho total na turbina Wt 90444 kJkg c Os títulos de saída do vapor x3 0969 e x5 0975 d O calor rejeitado no condensador Q2 222163 kJkg e O rendimento térmico η 2882 4 Faça a análise dos resultados obtidos nos exercícios 2 e 3 e justifique o uso do reaquecimento explicitando as vantagens e desvantagens nos dois casos 5 Uma turbina estacionária funcionando conforme um ciclo Brayton simples apresenta na entrada do compressor uma pressão igual a 100 kPa e temperatura de 300 K O compressor apresenta uma relação de compressão igual a 10 e a temperatura na saída da câmara de combustão é de 1400 K Determinar Dados k 14 cp 10035 kJkg K a As temperaturas do ciclo T2 57921 K e T4 72513 K b O trabalho do compressor Wc 28019 kJkg c O calor fornecido ao fluido de trabalho Q1 82366 kJkg d O trabalho realizado na turbina Wt 67723 kJkg e O rendimento térmico η 4821 IFF Campus Macaé Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Fluminense Engenharias ECA e EE Termodinâmica 6 Admitindose que no exercício anterior a eficiência informada para o compressor é igual 89 e para a turbina é de 88 calcule admitindo as irreversibilidades os valores reais para a As temperaturas do ciclo T2r 61372 K e T4r 80611 K b O trabalho no compressor Wcr 31482 kJkg c O calor na câmara de combustão Q1r 78903 kJkg d O trabalho na turbina Wtr 59597 kJkg e O rendimento térmico η 3563 7 Considerando ainda a turbina estacionária do ciclo Brayton ideal do exercício 5 admita a possibilidade de instalação de um regenerador Determine o rendimento térmico para os dois casos a seguir a Um regenerador ideal η 5863 b Um regenerador de eficiência igual a 78 η 5597 2 Estado 1 Po 35KPa h1 13740 kjkg V1 0000003 Estado 2 agua comprimida apos bomba 5000 35 5 0004037 P3 P1 00010037 17653 5 kjkg Wb h1Wb 1374 5633 17653 kjkg Estado 3 vapor superaquedo Po 5 Mpra T3 360ºC h3 306929 kjkg Se 66732 kjkg Estado 4 turbina S4 s1 s4 s4 Sg 06926 kjkg Estado 4 saída da turbina Pa 25 KPa Se 06926 kjkg Sg 74940 kj Kg X4 S4 S1 Sg 67271 059126 06926 0841 h4 h1 x4hg h4 1340 134140 0883 020821 gg 18258 kjkg hg h4 18663 kjkg a Qin h3 h2 b Qim h1 h2 306929 17653 289292 78 kjkg c Ws h1 h4 18653 120394 120394 kjkg d Q h3 h2 120299 523100 4344 e h Wb Qin Estado 1 4 kg de vapor condedata Po 35KPa h1 13740 kjkg V1 0000303 m3kg Estado 2 P2 5 5000 kPa Wb h1 Wb 13740 5533 13653 kjkg Estado 2 P2 5 5000 kPa Wb h1 Wb 13740 5533 13653 kjkg Estado 3 vapor superaquado P3 5000 KPa T3 350ºC h3 306929 kjkg Se 66732 kjkg Estado 4 salda da turbina P4 5 KPa S4 S0 S4 S4 Sg 06926 kjkg Sg 7490 kjkg Est 4 saida da turbina Pb 25 KPa Ts 67271 059126 0843 tb4kub4 x4 s4 s4 sg x4 0883 0883 020831 25896 kjkg 0883 8 120361 25896 kjkg h4 h4 x4hg h4 1340 0883 020831 20887 hg 18653 kjkg 1 2993 kjkg a Qin h3h2 20877 b Qim h1 h2 306929 306929 0 c Wh h1 h4 18653 120394 10939 kjkg d Q h3 h2 306929 456529 456529 9312 2916 kjkg e h Wh Q 13411 1950 kjkg 1979765 521000 5041 BS455 Qin Estado 1 água Saturada 1 At no condensador P5 35 KPa h1 137140 kjkg V1 0000003 m3kg Estado 2 P3 P1 0001 500035 504 mjkg Wb h h2 wb 1414 5323 17653 kjkg Estado 3 vapor superaquado P3 5000 KPa T3 350ºC h3 68015 kjkg S3 66732 kjkg Estado 4 P4 10000 Kpa s0 s4 Estado 4 Saída do turbina Se S4 s4 Sg 06919 kj kg Sg 5902 kjkg hte 3626 kjhg Estado 4 Saída do turbina Sgs s3c41 x4sd s4 s4 Sg 05290 05460 kjkg hg 26302 kjkg Tbulo s4 s3 Se Sao Ss 06461 05290 0075 h4 h4 x4hg h4 1675 015 032042 h4 198915 Kjkg b Qin h3 h2 c Ws h2 h1 d Q h3 h2 e h Wh Wo 100 26285 100 3416 26285 4 O reaquecermento é uma técnica usada p melhorar eficiência e operação de turbinas a vapor Consiste em expandir parcialmente o vapor reaquecer e expandir novamente Vantagens rendimento térmico trabalho na turbina umidade na saída potência do ciclo Desvantagens consumo de calor tamanho da turbina 5 P1 100 KPa T1 300 K rc 10 T3 1400 K K 14 Cp 10035 KJKgK a Saída do compressor T2 T2 T1rc K1 K T2 30010 0414 57920 K Saída da turbina T4 T4 T3 rc 1K K T4 1400 04 14 72513 K b Wc Cp T2 T1 10035 57924 300 28019 KJKg trabalho do compressor c Qin Cp T3 T2 10035 1400 5792 82366 KJKg d Wt Cp T3 T4 10035 1400 72513 67724 KJKg e η 1 Wc Wt 1 28019 67724 5863 6 Compressor ηc Tc1 Tc Tc1 Tc e Tc1 Tc 1 098 57920 300 68372 300 098 Turbina hg4 h4 nh4 h5 T4 1400 0881140072513 80621 K 00035 68372 300 34188 KJKg b Wc cp T2 Tc1 00035 579 24 28019 KJKg c Qin cp T3 T2 10035 1400 62972 78903 KJKg d Wt cp T3 T4 10035 1400 80621 59596 KJKg e η 1 Wc Wt 1 34188 5956 4217 7 A Tmáx de aquecimento Tregen max T4 80621K T5 T1 thr T4 T1 300 097880621300 6947 K Qinregen Cp T3 T5 10035 1400 80621 70968 KJKg ideal Qsoi Cp T3 T5 10035 1400 6947 59697 KJKg real ηideal 1 50888 59697 1495 ηreal 1 50888 70768 2809