Termodinâmica - Exercícios Resolvidos de Ciclos a Gás e Vapor

Questão 1 Considere o turbocompressor de um motor a combustão interna figura 1 onde os gases de exaustão entram na turbina a 450C a uma vazão de 002 kgs e saem a 400C O ar entra no compressor a 70C 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 Figura 1 Ar 70C 95 kPa 0018 kgs 400C Turbina Compressor Gás de exaustão 135 kPa 450C 002 kgs 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 C saindo da mesma a 370 C e por fim passa pelo trocador de calor deixandoo a 77 C 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 1 Turbina a gás Trocador de calor 2 3 4 5 Turbina a vapor 6 Calor especifico a pressão constante de vários gases ideais em função da temperatura Cp0 C0 C1θ C2θ2 C3θ3 kJkg K θ T Kelvin1000 Gás R kJkg K Fórmula C0 C1 C2 C3 Intervalo K Ar 0287 105 0365 085 039 501200 1 Estado 1 entrada da turbina T1 450C 723 K Dados tabelados T h 720 73482 730 74562 Interpolando h 73482 74562 73482 723 720 730 720 h1 73806 KJkg Estado 2 saida turbina T2 400C 673 K Dados tabelados T h 670 68114 680 69182 Interpolando h2 68114 69182 68114 673 670 680 670 h2 684344 KJkg Estado 3 entrada do compressor T3 70C 343 K Dados tabelados T h PR 340 34042 2149 350 35049 2379 Interpolando h3 34042 35049 34042 343 340 350 340 PR3 2149 2379 2149 h3 343441 KJkg PR3 2218 Estado 4S saida ideal do compressor PR4 PR3 P4 P3 PR4 2218 135 95 PR4 3512 Dados tabelados PR h 3481 39088 3806 40098 Interpolando h45 39088 40098 39088 3512 3481 3806 3481 h45 391843 KJkg Potência gerada na turbina Ẇt ṁ12 h1 h2 002 73806 684344 Ẇt 107432 KW Potência do Compressor Ẇc Ẇt ηmec 107432 095 Ẇc 1020604 KW Estado 4 Ẇc ṁ34 h4 h3 h4 h3 Ẇc ṁ34 h4 343447 1020604 0018 h4 4001412 KJkg Dados tabelados T h 390 39088 400 40098 Interpolando T4 390 400 390 4001412 39088 40098 39088 T4 399169 K T4 126169 C Saída do Compressor Eficiência do Compressor ηc h45 h3 h4 h3 391843 343447 4001412 343447 ηc 08536 Irreversibilidade no compressor Ȋcomp Ẇc 1 ηc 1020604 1 08536 Ȋcomp 01494 KW 2 Estado 1 h1 Cp T1 A 10065 1100 273 A h1 13819245 KJkg A Estado 2 h2 Cp T2 A 10065 370 273 A h2 6471795 KJkg A Estado 3 h3 Cp T3 A 10065 777 273 A h3 352275 KJKg A Estado 6 P6 20 kPa S6 78732 kJkgk Dados Tabelados hf hg sf sg 25142 26089 08320 79073 Interpolando h6 25142 26089 25142 78732 08320 79073 08320 h6 2597538 kJkg Estado 5 P5 700 kPa S5 78732 06977 85643 kJkgk Dados Tabelados h s 342585 84463 415745 86728 Interpolando hs 342585 415745 342585 85643 84463 86728 84463 hs 3808931 kJkg Estado 5 P65 20 kPa S65 85643 kJkg Dados Tabelados h s 2686225 82605 3279975 94235 Interpolando h65 26861225 3279975 2861225 85643 82605 94235 82605 h65 2871631 kJkg Eficiência isentrópica da turbina a vapor ηTV hs h6 hs h65 3808931 2597538 3808931 2871631 ηTV 07737 Estado 4 P4 700 kPa Q 45 ṁv hs h4 378 3808931 h4 h4 3430931 kJkg Dados tabelados T h 400 326925 500 348235 Interpolando T4 400 500 400 3430931 326925 348235 326925 T4 475871 C Potência Gerada P mg h1 h2 mv hs h6 1000 mg 13819245 6471795 mv 3808931 2597538 734745 mg 12711348 mv 1000 Balanço de energia no trocador 0 mg h2 h3 mv h4 h5 0 mg 6471795 352275 mv 3430931 3800931 294904 mg 378 mv 0 294904 mg 378 mv 0 Resolvendo o Sistema 734745 mg 1211348 mv 1000 294904 mg 378 mv 0 mg 05953 kgs mv 04644 kgs