Análise do Ciclo de Refrigeração Brayton

Ciclo de Refrigeração a Gás Prof Me André Chiconi Rialto Ciclo de Refrigeração Brayton Análise do Ciclo de Refrigeração Brayton Potência do Compressor 𝑊𝑐 𝑚 ℎ2 ℎ1 T1 7C e p1 35kPa Análise do Ciclo de Refrigeração Brayton Potência da Turbina 𝑊𝑡 𝑚 ℎ3 ℎ4 Ciclo Regenerativo Análise do Ciclo de Refrigeração Brayton Calor no evaporador 𝑄𝑒𝑛𝑡 𝑚 ℎ1 ℎ4 Análise do Ciclo de Refrigeração Brayton COP 𝐶𝑂𝑃 𝑄𝑒𝑛𝑡 𝑚 𝑊𝑐 𝑚 𝑊𝑡 𝑚 𝐶𝑂𝑃 ℎ1 ℎ4 ℎ2 ℎ1 ℎ3 ℎ4 Exemplo 1 O ar entra no compressor de ciclo ideal de refrigeração a gás a 7C e 35kPa e na turbina a 37C e 160 kPa A vazão mássica do ar através do ciclo é de 02 kgs Considerando calores específicos variáveis para o ar determine a a taxa de refrigeração b a entrada de potência líquida c o coeficiente de performance d Refaça o problema acima utilizando uma eficiência isentrópica do compressor de 80 e uma eficiência isentrópica da turbina de 85 Utilize arpadrão Estado 1 h1 28013 kJkg Pr1 10889 Estado 2 𝑃𝑟2 𝑃2 𝑃1 𝑃𝑟1 𝑃𝑟2 160 35 10889 𝑃𝑟2 49778 Estado 2 𝑃𝑟2 49778 ℎ2 43296 𝑘𝐽𝑘𝑔 Estado 3 T3 37C e p3 160 kPa Estado 3 h3 31024 kJkg Pr3 15546 Estado 4 𝑃𝑟4 𝑃4 𝑃3 𝑃𝑟3 𝑃𝑟4 35 160 15546 𝑃𝑟4 03401 Estado 4 𝑃𝑟4 03401 ℎ4 20068 𝑘𝐽𝑘𝑔 a a taxa de refrigeração 𝑄𝐿 𝑚ℎ1 ℎ4 𝑄𝐿 02 28013 20068 𝑄𝐿 1589 𝑘𝑊 b a entrada de potência líquida 𝑊𝑐 𝑚ℎ2 ℎ1 𝑊𝑡 𝑚ℎ3 ℎ4 𝑊𝑐 02 43296 28013 𝑊𝑡 02 31024 20068 𝑊𝑐 3057 𝑘𝑊 𝑊𝑡 2191𝑘𝑊 𝑊𝐿 𝑊𝑐 𝑊𝑡 𝑊𝐿 3057 2191 𝑊𝐿 866 𝑘𝑊 c o coeficiente de performance 𝐶𝑂𝑃 𝑄𝐿 𝑊𝐿 𝐶𝑂𝑃 1589 866 𝐶𝑂𝑃 183 d para o sistema real 𝜂𝑇 ℎ3 ℎ4 ℎ3 ℎ4𝑠 𝜂𝑐 ℎ2𝑠 ℎ1 ℎ2 ℎ1 ℎ4 ℎ3 𝜂𝑇ℎ3 ℎ4𝑠 ℎ4 31024 085 31024 20068 ℎ4 21711 𝑘𝐽𝑘𝑔 ℎ2 ℎ2𝑠 ℎ1 𝜂𝑐 ℎ1 ℎ2 43296 28013 08 28013 ℎ2 47117 𝑘𝐽𝑘𝑔 d para o sistema real a taxa de refrigeração 𝑄𝐿 𝑚ℎ1 ℎ4 𝑄𝐿 02 28013 21711 𝑄𝐿 126 𝑘𝑊 d para o sistema real a entrada de potência líquida 𝑊𝑐 𝑚ℎ2 ℎ1 𝑊𝑡 𝑚ℎ3 ℎ4 𝑊𝑐 02 47117 28013 𝑊𝑡 02 31024 21711 𝑊𝑐 3821 𝑘𝑊 𝑊𝑡 1863 𝑘𝑊 𝑊𝐿 𝑊𝑐 𝑊𝑡 𝑊𝐿 3821 1863 𝑊𝐿 1958 𝑘𝑊 d para o sistema real o coeficiente de performance 𝐶𝑂𝑃 𝑄𝐿 𝑊𝐿 𝐶𝑂𝑃 126 1958 𝐶𝑂𝑃 0644 Exemplo 2 Um sistema de refrigeração a gás que usa o ar como fluido de trabalho tem uma razão de pressão igual a 5 O ar entra no compressor a 0 C enquanto o ar a alta pressão é resfriado até 35 C pela rejeição do calor para a vizinhança O refrigerante sai da turbina a 80 C e em seguida absorve calor do espaço refrigerado antes de entrar no regenerador A vazão mássica do ar é 04 kgs Considerando eficiências isentrópicas de 80 para o compressor e de 85 para a turbina e utilizando calores específicos à temperatura ambiente determine a a eficácia do regenerador b a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado e c o COP do ciclo Determine também d a carga de refrigeração e o COP considerando agora que o sistema opera no ciclo de refrigeração a gás simples Considere a mesma temperatura de entrada no compressor a mesma temperatura de entrada na turbina e as mesmas eficiências do compressor e da turbina Utilize ar padrãofrio Estado 1 T1 0C 273K 𝑐𝑝 1005 𝑘𝐽𝑘𝑔𝐾 𝑘 14 Estado 2 𝑇2𝑠 𝑇1𝑃2 𝑃1 𝑘1 𝑘 𝑇2𝑠 273 5 141 14 𝑇2𝑠 43238 𝐾 𝜂𝑐 ℎ2𝑠 ℎ1 ℎ2 ℎ1 𝑇2𝑠 𝑇1 𝑇2 𝑇1 𝑇2 𝑇2𝑠 𝑇1 𝜂𝑐 𝑇1 𝑇2 43237 273 08 273 𝑇2 47221 𝐾 Estado 3 T₃ 308 K Estado 4 𝑇5𝑠 𝑇4𝑃5 𝑃4 𝑘1 𝑘 𝜂𝑇 ℎ4 ℎ5 ℎ4 ℎ5𝑠 𝑇4 𝑇5 𝑇4 𝑇5𝑠 𝑇5𝑠 𝑇4 𝑇4 𝑇5 𝜂𝑇 𝑇4𝑃5 𝑃4 𝑘1 𝑘 𝑇4 𝑇4 𝑇5 𝜂𝑇 𝑇4𝑃5 𝑃4 𝑘1 𝑘 1 1 𝜂𝑇 𝑇5 𝜂𝑇 𝑇41 5 141 14 1 1 085 193 085 𝑇4 28106𝐾 Estado 6 𝑚 𝑐𝑝 𝑇6 𝑚 𝑐𝑝 𝑇3 𝑚 𝑐𝑝 𝑇4 𝑚 𝑐𝑝 𝑇1 𝑇6 𝑇3 𝑇4 𝑇1 𝑇6 308 28106 273 𝑇6 24606 𝐾 Exemplo 2 determine a a eficácia do regenerador 𝜀 ℎ3 ℎ4 ℎ3 ℎ6 𝑇3 𝑇4 𝑇3 𝑇6 𝜀 308 28106 308 24606 𝜀 0435 determine b a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado 𝑄𝐿 𝑚 𝑐𝑝 𝑇6 𝑇5 𝑄𝐿 041005 24606 193 𝑄𝐿 2137 𝑘𝐽𝑘𝑔 determine c o COP do ciclo 𝐶𝑂𝑃 𝑄𝐿 𝑊𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑇5 𝑇6 𝑇2 𝑇1 𝑇4 𝑇5 𝐶𝑂𝑃 24606 193 47221 273 28106 193 𝐶𝑂𝑃 0477 Determine também d a carga de refrigeração e o COP considerando agora que o sistema opera no ciclo de refrigeração a gás simples Considere a mesma temperatura de entrada no compressor a mesma temperatura de entrada na turbina e as mesmas eficiências do compressor e da turbina 𝑇3 308 𝐾 𝑇1 273 𝐾 𝑇2 47221 𝐾 𝑇4𝑠 𝑇3𝑃4 𝑃3 𝑘1 𝑘 𝑇4𝑠 308 1 5 141 14 𝑇4𝑠 19447 𝐾 𝑇4 𝑇3 𝜂𝑇𝑇3 𝑇4𝑠 𝑇4 308 085 308 19447 𝑇4 21150 𝐾 Determine também d a carga de refrigeração e o COP considerando agora que o sistema opera no ciclo de refrigeração a gás simples Considere a mesma temperatura de entrada no compressor a mesma temperatura de entrada na turbina e as mesmas eficiências do compressor e da turbina 𝑇3 308 𝐾 𝑇1 273 𝐾 𝑇2 47221 𝐾 𝑇4 21150 𝐾 𝐶𝑂𝑃 𝑇1 𝑇4 𝑇2 𝑇1 𝑇3 𝑇4 𝐶𝑂𝑃 273 2115 47221 273 308 2115 𝐶𝑂𝑃 0598