Termodinâmica - Lista de Exercícios 04 - Compressão, Turbinas e Turboalimentação

Termodinâmica 202401 Lista 04 de Exercícios 1 Ar é comprimido em um compressor centrífugo em regime permanente de um estado 1 a 1 100 P kPa e T1 17 0C para um estado 2 a P2 600 kPa à uma vazão de m25 102 kgs Figura 1 a Usando a primeira lei para sistemas abertos e admitindo o processo como isentrópico determine a temperatura de saída do ar e a potência do compressor b admita agora que a temperatura de saída do ar tenha sido medida como T2 2500C calcule a potência real consumida pelo compressor c Calcule a eficiência isentrópica do compressor d Usando a segunda lei para sistemas abertos determine a entropia gerada no compressor admitindo que a a compressão é adiabática Admita calores especícos constantes para o ar 2 Air is compressed by an adiabatic turbo jet compressor Figure 2 from 100 kPa and 25C to a pressure of 800 kPa at a steady rate of 1 kgs If the isentropic efficiency of the compressor is 80 percent find a the exit temperature of air b the required power input to the compressor 3 A figura 2 esquematiza uma turbina a gás usada em aviões a jato Considere a tubeira entre as seções 1 e 2 onde a energia termodinâmica é transformada em cinética Os dados medidos em regime permanente foram 0 2 1 1 1 1 300 400 C 1 V 30 P kPa T A m m s 0 2 2 100 T 350 C P kPa a Simplifique a equação de balanço da energia para o problema admitindo que não haja troca de calor e calcule a velocidade dos gases de combustão na saída do bocal supondo que possam ser considerados como com as mesmas propriedades do Obs Cuidado com as unidades b Calcule a vazão destes gases c Qual seria a temperatura na saída se a expansão fosse isentrópica d Calcule a entropia gerada na tubeira e Calcule a área de saída da tubeira 4 O sistema de turboalimentação de um motor de combustão interna é representado nas figuras abaixo e consiste de um compressor que aumenta a pressão do ar de admissão acionado por uma turbina que por sua vez é impulsionada pelos gases de exaustão do motor A turbina transforma a energia térmica residual dos gases de exaustão do motor em potência de eixo Esta potência de eixo é usada para comprimir o ar de admissão e com isso aumentar a potência do motor a Turbina Considere que os gases de exaustão são produzidos com uma vazão de 014 kgs e deixam os cilindros do motor com uma pressão de 110 kPa e temperatura de 700 0C Estes gases expandem na turbina até uma pressão de 100 kPa Determine a potência que será gerada na turbina admitindo que a expansão é isentrópica e que as propriedades termodinâmicas dos gases de exaustão sejam as mesmas do ar b Compressor Considere agora que o ar de alimentação do motor seja admitido no compressor a uma pressão de 100 kPa e temperatura de 20 0C e sofre uma compressão na razão de 15 1 Determine a temperatura e a densidade do ar na saída do compressor e a sua vazão em kgs admitindo a compressão como isentrópica c Potência Qual o aumento da densidade do ar nos cilindros do motor quando o sistema com turboalimentação é comparado ao sistema em que o ar é aspirado a T20 0C e P100 kPaO que você pode concluir em relação à potência do motor considerando que uma massa maior de ar exige uma massa maior de combustível 5 Um motor turbohélice PT6 Pratt Whitney de 500 HP 373 kW de propulsão tem o seu esquema mostrado na figura abaixo A temperatura e pressão foram medidas nas seções 16 indicadas na figura encontrandose os valores mostrados na Tabela abaixo O motor tem duas turbinas separadas a primeira sendo usada para gerar a potência necessária para acionar os compressores e a segunda para girar a hélice Admita i que os gases de combustão possam ser considerados com as mesmas propriedades do ar ii que a variação de energia cinética possa ser desprezada nos vários estágios do motor iii que o regime seja estacionário Determine Para a turbina propulsora da hélice a A vazão dos gases na turbina de propulsão necessária para fornecer 500 HP 373 kW de propulsão para a hélice considerando os dados medidos nos pontos 5 e 6 e considerando o processo como adiabático b A geração interna de entropia na turbina de propulsão Para a turbina que aciona o compressor c A potência gerada na turbina que aciona o compressor considerando os dados medidos nos pontos 4 e 5 e considerando o processo como adiabático Para o compressor d A potência requerida pelo conjunto de compressores considerando os dados medidos nos pontos 1 e 3 e considerando o processo como adiabático 6 Um compressor a dois estágios opera em regime estacionário com um intercooler que retira o calor do ar que deixa o primeiro estágio fazendoo retornar à temperatura de admissão de 250C A vazão de ar é 1kgs Admita que a compressão é isentrópica e considere que na admissão T250C e P100 kPa e que a razão de compressão em cada um dos estágios é de 3 1 Determine a A temperatura do ar após o primeiro estágio b a quantidade de calor que é necessário retirar do ar no intercooler para que o ar retorne a 250C c a potência requerida por cada um dos estágios do compressor d a temperatura de saída e a potência que seria requerida pelo compressor caso a razão de compressão de 91 fosse realizada em um único estágio