Termodinamica II - Lista de Exercicios Resolvidos sobre Ciclo de Potencia a Vapor

Termodinâmica II EXERCÍCIOS 7 Prof Fausto Mori Viana Questão 1 Um modelo de ciclo de potência à vapor de água com sistema regenerativo aquecedor de água de alimentação têm na entrada da turbina ideal uma pressão de 5 MPa e temperatura de 1100 ºC e na saída do condensador a 20 kPa Na entrada do purgador se encontra saturado à 12 MPa Sabendose que a bomba adiabática tem 20 de irreversibilidades e que o fluxo na saída do condensador é de 4 kgs determine a as vazões em massa nos pontos 2 e 3 b as temperaturas nos pontos 5 6 e 8 e c a eficiência térmica do ciclo Pressão kPa T ºC h kJkg s kJkgK ou v m3kg 1 5000 1100 487802 83519 2 1200 408949 83519 3 20 273412 83519 4 20 25138 0001017 5 5000 6158 25771 6 5000 26399 115421 7 1200 79864 8 20 6006 79864 Solução Procurar os valores de entalpia 1 dados P1 5000 kPa e T1 1100ºC fixase P1 T1 Tsat P1 VSA procurando na TB VSA 2 P2 1200 kPa s2 sV P2 VSA procurando na TB VSA 3 P3 20 kPa s3 sV P3 VSA procurando na TB VSA 4 entrada da bomba LS 5 saída da bomba trabalho incompressível wBs h5s h4 v4P5 P4 wBs 5065 kJkg LC h5s 25645 kJkg com eficiência isoentrópica ηB wBs wB 08 VSA h1 487802 kJkg s1 83519 kJkgK s3 s2 s1 VSA h2 408949 kJkg h10 265409 h50 29742 VSA h3 273412 kJkg LS h4 25138 kJkg v4 0001017 m3kg Solução Procurar os valores de entalpia cont LC h5s 25645 kJkg com eficiência isoentrópica ηB wBs wB 08 wB 633 kJkg LC h5 25771 kJkg h5 hL T5 6 e 7 saída do trocador fechado LS h hL P 8 passagem pelo purgador h7 1200 kPa h8 20 kPa 79864 kJkg hL h8 hV SAT Encontrar as vazões ṁ2 e ṁ3 balanço no trocador fechado Σṁehe Σṁshs ṁ2h2 ṁ5h5 ṁ6h6 ṁ7h7 ṁ2 ṁ7 e ṁ5 ṁ6 ṁ1 4 kgs ṁ2h2 h7 ṁ5h6 h5 ṁ2 109 kgs ṁ3 ṁ1 ṁ2 ṁ3 291 kgs LS T5 6158ºC LS h6 5000 kPa 115421 kJkg LS h7 1200 kPa 79864 kJkg SAT T8 6006ºC LS T6 26399ºC Solução Eficiência térmica Pressão kPa T ºC h kJkg s kJkgK ou v m3kg 1 5000 1100 487802 83519 2 1200 408949 83519 3 20 273412 83519 4 20 25138 0001017 5 5000 6158 25771 6 5000 26399 115421 7 1200 79864 8 20 6006 79864 ηt ẆL 𝐐e Σṁehe Σṁshs ΣẆ ṁ1h1 ṁ2h2 ṁ3h3 ẆT ẆB ṁ4wB ẆT ṁ1h1 ṁ2h2 ṁ3h3 ẆT 709825 kW ẆB 2532 kW 𝐐e ṁ4wB Σ 𝐐vc Σṁehe Σṁshs 𝐐e ṁ1h1 h6 𝐐e 1489524 kW ẆL ẆT ẆB 707293 kW ηt ẆL 𝐐e 047485 4749 Questão 2 Um compressor de ar e um trocador de calor regenerativo em um sistema de turbina a gás operando em regime permanente Ar flui do compressor através do regenerador e outra corrente de ar passa pelo regenerador em contracorrente Os dados operacionais do sistema encontramse na figura Efeitos de dispersão térmica de energia cinética e potencial são desprezíveis e podem ser ignorados assim como adotar as propriedades do ar constantes a 300 K A potência de operação do compressor é 6700 kW Determine a vazão mássica de ar que entra no compressor em kgs a temperatura do ar que sai do regenerador na saída 5 em K e o percentual de irreversibilidade do compressor Solução Determinar as constantes para o ar cp 300 K 100647 kJkgK n 13989 e n 1n 0285153 n cp cv cp cp R Procurar os valores de vazão e irreversibilidade Do balanço de potência Σ 𝐐vc Σṁehe Σṁshs ΣẆ para o compressor ẆC ṁhe hs logo como h cpT ẆC ṁcpTe Ts ṁ ẆC cpTe Ts ṁ 6700 kW 32207 kJkg1 ṁ 208029 kgs Com o processo politrópico encontrase a temperatura ideal de saída do compressor T2s T1120285153 T2s 60933 K eficiência isoentrópica ηC ẆCs ẆC potência ideal do compressor ηC 09667 9667 ẆCs ṁcpT2s T1 64766 kW Irreversibilidade 00333 333 cp cv R Solução Do balanço de potência no trocador de calor Σṁehe Σṁshs ṁ2h2 ṁ4h4 ṁ3h3 ṁ5h5 ṁ2 ṁ3 ṁ4 ṁ5 ṁ1 e h cpT logo T2 T4 T3 T5 T5 640 K Questão 3 Um modelo de condicionador de ar que opera com R134a como fluido de trabalho será adquirido para manter uma sala a 20 ºC rejeitando calor para o ambiente externo a 33 ºC A sala ganha calor pelas paredes e janelas a uma taxa de 150 kJs enquanto o calor gerado pelo conjunto formado por computador TV e lâmpadas equivale a 900 kW No condicionador o refrigerante entra no compressor como vapor saturado a 220 kPa e sai à 1200 kPa numa vazão constante de 03 kgs O sistema apresenta uma falha no ciclo que recebe uma carga de calor de 25 kJkg antes da entrada no evapovador Considerandose estas informações analise a situação e determine o COP real e a vazão em massa mínima de refrigerante no compressor de um condicionador Primeiramente vamos calcular as entalpias de entrada e saída do compressor Sabemos que na entrada do compressor teremos x1 logo he hv Conferindo a tabela e interpolando Pe 220 kPa Interpolação I 2017 kPa 220 kPa 2445 kPa 392285 kJkg he 395340 kJkg he 393591 kJkg Achareremos também a entropia de entrada Interpolando e esse dado é muito importante pois se s2 no compressor Interpolação II 2017 220 2445 17319 s2e 17288 s2e 17316 kSkgK Agora que temos s2 vamos procurar este valor na tabela de R134 a superaquecido na pressão de saída Ps1200 kPa teremos que interpolar duas vezes uma para descobrir a temperatura e outra para descobrir a entalpia de saída hs Interpolando 1 50C T 60C 172373 s2 175837 s2e T5227C 2 50C 5227C 60C 426845 hs 438210 hs 429425 kJkg Agora vamos calcular o trabalho do compressor o calor do ciclo Qh o COPreal e a vazão em massa mínima Trabalho do compressor Wc minhs he Wc 03 kgs 429425 393591 kJkg Wc 1075 kW min foi dado como 03 kgs Para o cálculo de QL calor gerado pelo conjunto computador TV e lâmpadas 900 W Calor gerado pela falha 25 kJkg 03 kgs 75 kW Calor pelas janelas e paredes 150 kW QL 150 kW 75 kW 09 kW Qh 1584 kW COPreal COPreal Qh Wc 1584 kW 1075 kW 1473 COPreal 1473 r o vJ LtLC 5 3J3 sq 1