Lista de Exercicios Resolvidos - Termodinamica e Ciclos Termicos

EXERCÍCIOS 9 ATIVIDADE M2 Questão 1 Considere o turbocompressor de um motor a combustão interna figura 1 onde os gases de exaustão entram na turbina a 450ºC a uma vazão de 002 kgs e saem a 400ºC O ar entra no compressor a 70ºC e 95 kPa e sai a uma vazão de 0018 kgs a 135 kPa A eficiência mecânica entre a turbina e o compressor é de 95 Usando as propriedades do ar para os gases de exaustão determine a temperatura de saída no compressor e a irreversibilidade no compressor Questão 2 Em processos industriais é comum encontrar sistemas integrados compartilhando energias Figura 2 Num destes sistemas têmse um ciclo a gás ar e outro a vapor água produzindo uma potência nominal de 1 MW No conjunto a gás na entrada da turbina se encontra a 2 MPa e 1100 ºC saindo da mesma a 370 ºC e por fim passa pelo trocador de calor deixandoo a 77 ºC O ciclo a vapor passa pelo trocador a 700 kPa recebendo 378 kJkg no processo Na saída da turbina está a 20 kPa com uma entropia específica de 78732 kJkgK Sabese que pela presença de perdas no processo há uma variação de entropia na turbina de 06917 kJkgK Considerandose as propriedades do ar de cp 10065 kJkgK e R 0287 kJkgK determine as vazões em massa de ar e de vapor a eficiência isoentrópica na turbina a vapor e a temperatura no ponto 4 Figura 2 Figura 1 Analisando o trocador de calor temos pela 1ª Lei m6h2 h3 mah5 h4 vapor gás vapor do vapor m6 mah5 h4 h2 h3 ma 276825 231025 65238 35078 m6 1251 ma Pela definição de potência total do ciclo Wtot Wtg Wta Wtot m6h1 h2 mah5 h6 Wtot 1251 ma h1 h2 mah5 h6 ma 1251h1 h2 h5 h6 Wtot ma Wtot 1251h1 h2 h5 h6 1000 1251148314 65238 276825 25979 ma 0827 Kgs Logo m6 1251 ma 1035 Kgs Estado 6 p6 20 KPa 71815 5 71815 KJKg água saturada X65 Δ65 Δ2 λ20 71815 08319 70766 0897 h65 λhx6 1x h0 26097 0897 1 0897 25138 236742 KJKg Logo da definição de eficiência isentrópica ηis Wreal Wideal ma h5 h6 ma h5 h65 276825 25979 276825 236742 ηis 0425 ou 425 Exercícios 9 1 Estado 1 T1 450C da tabela h1 45214 KJKg m1 002 Kgs entrada da turbina Estado 2 T2 400C da tabela h2 4013 KJKg saída da turbina Potência da turbina Wturb mh1 h2 002 x 45214 4013 Wturb 1017 KW Entrada do compressor Estado 3 T3 70C ou 34315K na tabela temos que h3 343875 KJKg T3 7042 KJKgK Potência do compressor Wcomp ηWturb 0966 KW Logo temos que Wcomp mch4 h3 h4 h3 Wcomp mc 343875 0966 0018 h4 39754 KJKg da tabela T4 3963K temperatura de saída do ar do compressor Compressor isentrópico Δs 0 sT4 sT3 R lnP4P3 0 sT4 sT3 R lnP4P3 sT4 7042 0287 ln13595 ΔsT4 71428 KJKgK pela tabela h45 39488 KJKg Na definição de eficiência isentrópica temos que ηis Wcompideal Wcompreal mch45 h3 0966 0018 39488 343875 0966 ηis 0984 ou 984 Logo o compressor terá 16 de irreversibilidade 2 Wtot 1 MW Estado 1 p1 2 MPa T1 1100C ou 137315 K da tabela h1 148314 KJKg Estado 2 T2 370C ou 64315 K da tabela h2 65288 KJKg Estado 3 T3 77C ou 350 K da tabela h3 35078 KJKg Estado 4 p4 700 KPa h4 h5 378 276825 378 239025 KJKg Estado 5 p5 700 KPa h5 78732 06917 71815 KJKg vapor d água superaqueçodo Estado 6 p6 20 KPa Δ6 78732 KJKgK água saturada X6 Δ6 Δ2 λ2 78732 08319 70766 0995 λ6 xh0 1 x λ6 099526097 1 0995 25138