Análise do Ciclo Brayton: Etapas e Eficácia Térmica

Ciclo Brayton Prof Me André Chiconi Rialto Ciclo Brayton Fisicamente esse ciclo pode ser representado pelos equipamentos a seguir Ciclo Brayton O ciclo Brayton possui 4 etapas 12 Ocorre uma compressão isentrópica do ar 23 Ocorre o fornecimento de calor isobárico para o gás Ciclo Brayton O ciclo Brayton possui 4 etapas 34 Ocorre uma expansão isentrópica do ar 41 Ocorre a rejeição de calor isobárica para o ambiente Os diagramas Ts e Pv estão mostrados a seguir Análise do Ciclo Brayton Aplicando as leis da termodinâmica em cada uma das etapas do ciclos e desprezando as perdas de energia por atrito e as energias potenciais e cinéticas é possível obter o trabalho e o calor em cada uma das etapas Análise do Ciclo Brayton Para cada processo 𝑊12 𝑚 ℎ2 ℎ1 𝑄23 𝑚 ℎ3 ℎ2 𝑊34 𝑚 ℎ3 ℎ4 𝑄41 𝑚 ℎ4 ℎ1 Análise do Ciclo Brayton O trabalho liquido do ciclo pela conservação de energia deve ser igual à diferença de calor que entra pela que sai então 𝑊𝑙𝑖𝑞 𝑄23 𝑄41 Análise do Ciclo Brayton O rendimento ou eficiência do ciclo é dado por η 𝑊𝑙𝑖𝑞 𝑄23 Análise do Ciclo Brayton Para auxiliar na solução de um ciclo definese a variável rp como sendo a razão de pressão entre o ponto 2 e 1 𝑟𝑝 𝑃2 𝑃1 𝑃3 𝑃4 Análise do Ciclo Brayton Por fim das relações termodinâmicas para o ar padrão ideal com calor específico constante 𝑇2 𝑇1 𝑃2 𝑃1 𝑘1 𝑘 𝑇3 𝑇4 𝑃3 𝑃4 𝑘1 𝑘 Análise do Ciclo Brayton Para obter as pressões temse as relações 𝑃𝑖𝑉𝑖 𝑇𝑖 𝑃𝑓𝑉𝑓 𝑇𝑓 Onde i é um estado inicial e f é um estado final Exemplo 1 Uma usina a turbina a gás que opera em um ciclo Brayton ideal tem razão de pressão de 8 A temperatura do gás é de 3000K na entrada do compressor e 13000K na entrada da turbina Determine para k14 a A temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b O trabalho líquido produzido c A eficiência térmica e Exemplo 2 Ar entra no compressor de um ciclo de arpadrão ideal Brayton a 1000kPa 3000K com uma vazão volumétrica de 50m³s A relação de pressão é de 10 A temperatura na entrada da turbina é de 1400K Sabendo que o R do ar é 2870kJkgK Determine para k14 a A temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b O trabalho líquido produzido c A eficiência térmica e Bibliografia MORAN MJ et al Princípios da Termodinâmica para Engenharia ed 7