Lista de Exercícios - Ciclo Brayton e Turbinas a Gás

LISTA 02 SISTEMAS TÉRMICOS II 1 Ar entra no compressor de um ciclo Brayton ideal a 100 kPa e 15C A pressão na seção de descarga do compressor é de 1 Mpa e a temperatura máxima no ciclo é 1100ºC Determine a a pressão e a temperatura em cada ponto do ciclo b o trabalho no compressor na turbina e o rendimento do ciclo Resp a Pressões 1 100 kPa 2 1000 kPa 3 1000 kPa 4 100 kPa Temperaturas 1 288 K 2 5564 K 3 1373 K 4 7106 K b 2693 kJkg 6647 kJkg 4824 2 Considere uma turbina a gás em que o ar entra no compressor nas mesmas condições do exemplo anterior Admita que as eficiências do compressor e da turbina são respectivamente iguais a 80 e 85 Sabendo que a perda de carga no escoamento de ar entre o compressor e a turbina é de 15 kPa determine o trabalho no compressor na turbina e o rendimento do ciclo Resp 3396 kJkg 56501 kJkg 2758 3 Considere que um regenerador ideal foi incorporado ao ciclo descrito no exemplo 1 Determine o rendimento térmico do ciclo modificado Resp 5948 4 Em grandes usinas de potência operadas por turbinas à gás o ar é préaquecido pelos gases de exaustão em um trocador de calor chamado regenerador antes de entrar na câmara de combustão O ar entra no regenerador a 1 MPa e 550 K com fluxo de massa de 800 kgmin O calor é transferido para o ar à taxa de 3200 kJs Os gases de exaustão entram no regenerador a 140 kPa e 800 K e saem a 130 kPa e 600 K Tratando os gases de exaustão como ar determine a temperatura de saída do ar e o fluxo de massa dos gases de exaustão Resp 775 K e 149 kgs 996 Considere um ciclo de turbina a gás ideal com dois estágios de compressão e dois estágios de expansão A razão de pressão de cada estágio do compressor da turbina é 3 Ar entra em cada estágio do compressor a 300 K e em cada estágio da turbina a 1200 K Determine o razão de consumo de trabalho a eficiência de térmico e b usado um regenerador com 75 de efetividade Use calores específicos variais 997 Repita o Problema 996 considerando uma eficiência de 80 para cada estágio do compressor e uma eficiência de 85 para cada estágio da turbina 998 Considere uma usina de potência com turbina a gás com dois estágios de compressão e dois estágios de expansão A razão de pressão global do ciclo é 6 Ar entra em cada estágio do compressor a 300 K e em cada estágio da turbina a 1200 K Considerando a variação dos calores específicos com a temperatura determine a mínima vazão mássica de ar necessária para desenvolver uma potência líquida de 110 MW Resposta 250 kgs 1069 O ciclo de turbina a gás de uma usina de potência com ciclo combinado gásvapor tem uma razão de pressão de 16 O ar entra no compressor a 300 K a vazão de 14 kgs e é aquecido a 1500 K na câmara de combustão Os gases de combustão que saem da turbina a gás são usados para aquecer o vapor até 400C a 10 MPa em um trocador de calor Os gases de combustão saem do trocador de calor a 420 K O vapor que deixa a turbina é condensado a 15 Kpa Considerando todos os processos de compressão e expansão sejam isotrópicos determine a o fluxo de massa do vapor b a potência líquida e c a eficiência térmica do ciclo combinado Para o ar considere calores específicos constantes a temperatura ambiente Respostas a 1275 kgs b 7819 kw c 664 1064 Considere uma usina de cogeração modificada com regeneração O vapor entra na turbina a 6 MPa e 450C e se expande até uma pressão de 04 MPa Nessa pressão 60 do vapor é extraído da turbina e o restante se expande a 10 kPa Parte do vapor extraído é usado para aquecer a água de alimentação como um aquecedor de água de alimentação aberto O restante do vapor extraído é usado para aquecimento e deixa a unidade de processamento em estado líquido saturado a 04 MPa Em seguida ele é misturado à água de alimentação e a mistura é bombedada até a pressão da caldeira Considerando que as turbinas e bombas sejam isotrópicas mostre o ciclo em um diagrama e determine o fluxo de massa de vapor na caldeira para uma potência líquida de 15 MW Resposta 177 kgs