uma Atividade de Máquinas Térmicas - Ciclo Combinado

Questão 2 Considere um ciclo combinado gás vapor conforme a configuração a seguir Com base na figura acima temse as seguintes definições Ciclo Brayton 1 Entrada do compressor 2 Saída do compressor Entrada da câmara de combustão 3 Saída da câmara de combustão Entrada da turbina 4 Saída da turbina Entrada do HRSG lado quente 5 Saída do HRSG lado quente Ciclo Rankine 6 Saída do HRSG lado frio Entrada da turbina a vapor 7 Saída da turbina a vapor Entrada do condensador lado quente 8 Saída do condensador lado quente Entrada da bomba de alimentação dágua 9 Saída da bomba de alimentação dágua Entrada do HRSG lado frio Considere ainda os seguintes parâmetros técnicos desta planta térmica Ciclo a Gás Razão de compressão 14 Fluxo de massa de ar 108 kgs Fluxo de massa de combustível 30 kgs Variação de pressão no combustor em relação à sua pressão de entrada 7 Eficiência isentrópica da turbina 90 Potência útil do ciclo térmico 40 MW Pressão na saída do duto quente do HRSG 1025 bar Temperatura dos gases quentes de exaustão na saída da turbina 820 K Aluno Exercício Final 1 Analise a sentença abaixo e justifique no que diz respeito à veracidade das informações nelas contidas 30 Considerandose um estudo técnico para elaboração de projeto de um ciclo combinado gás vapor não se levando em conta a possibilidade de queima suplementar e tendose como referência dois Ciclos Brayton em linha de produção com a mesma temperatura de entrada da turbina devese escolher o Ciclo Brayton que apresenta uma maior temperatura na saída da turbina a qual deve possuir também uma maior razão de compressão 2 Considere uma configuração de ciclo combinado gás vapor conforme a figura a seguir Universidade de Pernambuco UPE Escola Politécnica de Pernambuco Coordenação de Engenharia Mecânica Disciplina Máquinas Térmicas 2 Turma UN Semestre 20222 HRSG 1 GE Compressor Combustor Turbina Turbina GE Condensador Bomba dágua 2 3 b 9 8 7 6 5 4 G1 G2 Sa Ec a Ev Eficiência mecânica do eixo rotativo 100 Perda de pressão no duto quente do HRSG 0025 bar Poder calorífico inferior do combustível 35 MJkg Calor específico dos gases quentes de exaustão à pressão constante na turbina 1150 kJkgK Razão entre calores específicos dos gases quentes de exaustão na turbina 1333 Calor específico dos gases quentes de exaustão à pressão constante no HRSG 1010 kJkgK Ciclo a Vapor Pressão na entrada da turbina 6000 kPa Pressão na saída da turbina 10 kPa Eficiência isentrópica da bomba dágua 75 Eficiência isentrópica da turbina 88 Eficiência mecânica do eixo rotativo 100 Pinch Point de superaquecimento 2685 K Pinch Point de evaporação 1150 K Dados Complementares TK TC 273 15 Condições Ambientais 100 kPa e 28815K Pedese determinar a A temperatura de entrada da turbina do ciclo Brayton em K 05 b O fluxo de massa de água no ciclo Rankine em kgs 05 c A temperatura dos gases quentes de exaustão na saída do HRSG lado quente em K 10 Tabelas com Propriedades da Água 578 Fundamentos da Termodinâmica Tabela B12 Água saturada tabela em função da pressão Volume específico m3kg Energia interna kJkg Entalpia kJkg Entropia kJkg K Pressão kPa Temp ºC Líquido sat Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat P T vl vv ul ulv uv hl hlv hv sl slv sv 06113 001 0001000 206132 0 23753 23753 000 250130 250130 00000 91562 91562 1 698 0001000 12920802 2929 235569 238498 2929 248489 251418 01059 88697 89756 15 1303 0001001 8798013 5470 233863 239332 5470 247059 252530 01956 86322 88278 2 1750 0001001 6700385 7347 232602 239948 7347 246002 253349 02607 84629 87236 25 2108 0001002 5425385 8847 231593 240440 8847 245156 254003 03120 83311 86431 3 2408 0001003 4566502 10103 230748 240851 10103 244447 254550 03545 82231 85775 4 2896 0001004 3480015 12144 229373 241517 12144 243293 255437 04226 80520 84746 5 3288 0001005 2819251 13779 228270 242049 13779 242366 256145 04763 79187 83950 75 4029 0001008 1923775 16876 226174 243050 16877 240602 257479 05763 76751 82514 10 4581 0001010 1467355 19179 224610 243789 19181 239282 258463 06492 75010 81501 15 5397 0001014 1002218 22590 222283 244873 22591 237314 259906 07548 72536 80084 20 6006 0001017 764937 25135 220536 245671 25138 235833 260970 08319 70766 79085 25 6497 0001020 620424 27188 219121 246308 27190 234629 261819 08930 69383 78313 30 6910 0001022 522918 28918 217922 246840 28921 233607 262528 09439 68247 77686 40 7587 0001026 399345 31751 215949 247700 31755 231919 263674 10258 66441 76700 50 8133 0001030 324034 34042 214343 248385 34047 230540 264587 10910 65029 75939 75 9177 0001037 221711 39429 211239 249667 38436 227859 266296 12129 62434 74563 100 9962 0001043 169400 41733 208872 250606 41744 225802 267546 13025 60568 73593 125 10599 0001048 137490 44416 206932 251348 44430 224105 268535 13739 59104 72843 150 11137 0001053 115933 46692 205272 251964 46708 222646 269354 14335 57897 72232 175 11606 0001057 100363 48678 203812 252490 48697 221357 270053 14848 56868 71717 200 12023 0001061 088573 50447 202502 252949 50468 220196 270663 15300 55970 71271 225 12400 0001064 079325 52045 201310 253356 52069 219135 271204 15705 55173 70878 250 12743 0001067 071871 53508 200214 253721 53534 218155 271689 16072 54455 70526 275 13060 0001070 065731 54857 199195 254053 54887 217242 272129 16407 53801 70208 300 13355 0001073 060582 56113 198243 254355 56145 216385 272530 16717 53201 69918 325 13630 0001076 056201 57288 197346 254634 57323 215576 272899 17005 52646 69651 350 13888 0001079 052425 58393 196498 254892 58431 214810 273240 17274 52130 69404 375 14132 0001081 049137 59438 195693 255131 59479 214079 273558 17527 51647 69174 400 14363 0001084 046246 60429 194926 255355 60473 213381 273853 17766 51193 68958 450 14793 0001088 041398 62275 193487 255762 62324 212067 274391 18206 50359 68565 500 15186 0001093 037489 63966 192157 256123 64021 210847 274867 18606 49606 68212 550 15548 0001097 034268 65530 190917 256447 65591 209704 275294 18972 48920 67892 600 15885 0001101 031567 66988 189752 256740 67054 208626 275680 19311 48289 67600 650 16201 0001104 029268 68355 188651 257006 68426 207604 276030 19627 47704 67330 700 16497 0001108 027286 69643 187607 257249 69720 206630 276350 19922 47158 67080 750 16777 0001111 025560 70862 186611 257473 70945 205689 276643 20199 46647 66846 800 17043 0001115 024043 72020 185658 257679 72110 204804 276913 20461 46166 66627 termo 19indd 578 180509 122809 Apêndice B Tabelas Termodinâmicas 579 Tabela B12 continuação Água saturada tabela em função da pressão Volume específico m3kg Energia interna kJkg Entalpia kJkg Entropia kJkg K Pressão kPa Temp ºC Líquido sat Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat P T vl vv ul ulv uv hl hlv hv sl slv sv 850 17296 0001118 022698 73125 184745 257869 73220 203943 0277163 20709 45711 66421 900 17538 0001121 021497 74181 183865 258046 74282 203112 277394 20946 45280 66225 950 17769 0001124 020419 75194 183017 258211 75300 202308 277608 21171 44869 66040 1000 17991 0001127 019444 76167 182197 258364 76279 201529 277808 21386 44478 65864 1100 18409 0001133 017753 78008 180632 258640 78132 200036 278168 21791 43744 65535 1200 18799 0001139 016333 79727 179155 258882 79864 198619 278482 22165 43067 65233 1300 19164 0001144 015125 81342 177753 259095 81491 197267 278758 22514 42438 64953 1400 19507 0001149 014084 82868 176415 259283 83029 195972 279000 22842 41850 64692 1500 19832 0001154 013177 84314 175130 259450 84487 194728 279215 23150 41298 64448 1750 20576 0001166 011349 87644 172139 259783 87848 191795 279643 23851 40044 63895 2000 21242 0001177 009963 90642 169384 260026 90877 189074 279951 24473 38935 63408 2250 21845 0001187 008875 93381 166818 260198 93648 186519 280167 25034 37938 62971 2500 22399 0001197 007998 95909 164404 260313 96209 184098 280307 25546 37028 62574 2750 22912 0001207 007275 98265 162116 260381 98597 181789 280386 26018 36190 62208 3000 23390 0001216 006668 100476 159934 260410 100841 179573 280414 26456 35412 61869 3250 23838 0001226 006152 102562 157843 260404 102960 177437 280397 26866 34685 61551 3500 24260 0001235 005707 104541 155829 260370 104973 175370 280343 27252 34000 61252 4000 25040 0001252 004978 108228 151999 260227 108729 171409 280138 27963 32737 60700 5000 26399 0001286 003944 114778 144934 259712 115421 164012 279433 29201 30532 59733 6000 27564 0001319 003244 120541 138427 258969 121332 157100 278433 30266 28625 58891 7000 28588 0001351 002737 125751 132297 258048 126697 150510 277207 31210 26922 58132 8000 29506 0001384 002352 130554 126425 256979 131661 144133 275794 32067 25365 57431 9000 30340 0001418 002048 135047 120728 255775 136323 137888 274211 32857 23915 56771 10000 31106 0001452 001803 139300 115140 254441 140753 131714 272467 33595 22545 56140 11000 31815 0001489 001599 143368 109606 252974 145005 125555 270560 34294 21233 55527 12000 32475 0001527 001426 147292 104076 251367 149124 119359 268483 34961 19962 54923 13000 33093 0001567 001278 151109 98499 249608 153146 113076 266222 35604 18718 54323 14000 33675 0001611 001149 154853 92823 247676 157108 106647 263755 36231 17485 53716 15000 34224 0001658 001034 158558 86985 245543 161045 100004 261049 36847 16250 53097 16000 34743 0001711 000931 162263 80907 243170 165000 93059 258059 37460 14995 52454 17000 35237 0001770 000836 166016 74480 240496 169025 85690 254715 38078 13698 51776 18000 35706 0001840 000749 169886 67542 237428 173197 77713 250909 38713 12330 51044 19000 36154 0001924 000666 173987 59818 233805 177643 68811 246454 39387 10841 50227 20000 36581 0002035 000583 178547 50758 229305 182618 58356 240974 40137 09132 49269 21000 36989 0002206 000495 184197 38874 223071 188830 44642 233472 41073 06942 48015 22000 37380 0002808 000353 197316 10824 208139 203492 12404 215897 43307 01917 45224 22089 37414 0003155 000315 202958 000 202958 209926 000 209926 44297 00000 44297 termo 19indd 579 180509 122809 582 Fundamentos da Termodinâmica Tabela B13 continuação Vapor dágua superaquecido T v m3kg u kJkg h kJkg s kJkg K v m3kg u kJkg h kJkg s kJkg K v m3kg u kJkg h kJkg s kJkg K P 5000 kPa 26399 P 6000 kPa 27564 P 8000 kPa 29506 Sat 003944 259712 279433 59733 003244 258969 278433 58891 002352 256979 275794 57431 300 004532 269794 292453 62083 003616 266722 288419 60673 002426 259093 278498 57905 350 005194 280867 306839 64492 004223 278961 304297 63334 002995 274767 298730 61300 400 005781 290658 319564 66458 004739 289281 317717 65407 003432 286375 313828 63633 450 006330 299964 331615 68185 005214 298890 330176 67192 003817 296666 327199 65550 500 006857 309092 343376 69758 005665 308220 342212 68802 004175 306430 339827 67239 550 007368 318182 355023 71217 006101 317457 354062 70287 004516 315976 352101 68778 600 007869 327301 366647 72588 006525 326689 365840 71676 004845 325443 364203 70205 700 008849 345767 390013 75122 007352 345315 389428 74234 005481 344400 388247 72812 800 009811 364662 413717 77440 008160 364312 413274 76566 006097 363608 412384 75173 900 010762 384071 437882 79593 008958 383784 437529 78727 006702 383208 436826 77350 1000 011707 404035 462569 81612 009749 403783 462274 80751 007301 403281 461687 79384 1100 012648 424561 487802 83519 010536 424326 487542 82661 007896 423860 487025 81299 1200 013587 445630 513567 85330 011321 445400 513328 84473 008489 444945 512854 83115 1300 014526 467196 539824 87055 012106 466964 539597 86199 009080 466502 539146 84842 P 10 000 kPa 31106 P 15 000 kPa 34224 P 20 000 kPa 36581 Sat 001803 254441 272467 56140 001034 245543 261049 53097 000583 229305 240974 49269 350 002242 269916 292339 59442 001147 252036 269241 54420 400 002641 283238 309646 62119 001565 274070 297544 58810 000994 261922 281807 55539 450 002975 294332 324083 64189 001845 287947 315615 61403 001270 280616 306006 59016 500 003279 304577 337363 65965 002080 299652 330853 63442 001477 294282 323818 61400 550 003564 314454 350092 67561 002293 310471 344861 65198 001656 306234 339345 63347 600 003837 324168 362534 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quente 5 Saída do HRSG lado quente Ciclo Rankine 6 Saída do HRSG lado frio Entrada da turbina a vapor 7 Saída da turbina a vapor Entrada do condensador lado quente 8 Saída do condensador lado quente Entrada da bomba de alimentação dágua 9 Saída da bomba de alimentação dágua Entrada do HRSG lado frio Considere ainda os seguintes parâmetros técnicos desta planta térmica Ciclo a Gás Razão de compressão 14 Fluxo de massa de ar 108 kgs Fluxo de massa de combustível 30 kgs Variação de pressão no combustor em relação à sua pressão de entrada 7 Eficiência isentrópica da turbina 90 Potência útil do ciclo térmico 40 MW Pressão na saída do duto quente do HRSG 1025 bar Temperatura dos gases quentes de exaustão na saída da turbina 820 K Aluno Exercício Final 1 Analise a sentença abaixo e justifique no que diz respeito à veracidade das informações nelas contidas 30 Considerandose um estudo técnico para elaboração de projeto de um ciclo combinado gás vapor não se levando em conta a possibilidade de queima suplementar e tendose como referência dois Ciclos Brayton em linha de produção com a mesma temperatura de entrada da turbina devese escolher o Ciclo Brayton que apresenta uma maior temperatura na saída da turbina a qual deve possuir também uma maior razão de compressão 2 Considere uma configuração de ciclo combinado gás vapor conforme a figura a seguir Universidade de Pernambuco UPE Escola Politécnica de Pernambuco Coordenação de Engenharia Mecânica Disciplina Máquinas Térmicas 2 Turma UN Semestre 20222 HRSG 1 GE Compressor Combustor Turbina Turbina GE Condensador Bomba dágua 2 3 b 9 8 7 6 5 4 G1 G2 Sa Ec a Ev Eficiência mecânica do eixo rotativo 100 Perda de pressão no duto quente do HRSG 0025 bar Poder calorífico inferior do combustível 35 MJkg Calor específico dos gases quentes de exaustão à pressão constante na turbina 1150 kJkgK Razão entre calores específicos dos gases quentes de exaustão na turbina 1333 Calor específico dos gases quentes de exaustão à pressão constante no HRSG 1010 kJkgK Ciclo a Vapor Pressão na entrada da turbina 6000 kPa Pressão na saída da turbina 10 kPa Eficiência isentrópica da bomba dágua 75 Eficiência isentrópica da turbina 88 Eficiência mecânica do eixo rotativo 100 Pinch Point de superaquecimento 2685 K Pinch Point de evaporação 1150 K Dados Complementares TK TC 273 15 Condições Ambientais 100 kPa e 28815K Pedese determinar a A temperatura de entrada da turbina do ciclo Brayton em K 05 b O fluxo de massa de água no ciclo Rankine em kgs 05 c A temperatura dos gases quentes de exaustão na saída do HRSG lado quente em K 10 Tabelas com Propriedades da Água 578 Fundamentos da Termodinâmica Tabela B12 Água saturada tabela em função da pressão Volume específico m3kg Energia interna kJkg Entalpia kJkg Entropia kJkg K Pressão kPa Temp ºC Líquido sat Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat Líquido sat Evap Vapor sat P T vl vv ul ulv uv hl hlv hv sl slv sv 06113 001 0001000 206132 0 23753 23753 000 250130 250130 00000 91562 91562 1 698 0001000 12920802 2929 235569 238498 2929 248489 251418 01059 88697 89756 15 1303 0001001 8798013 5470 233863 239332 5470 247059 252530 01956 86322 88278 2 1750 0001001 6700385 7347 232602 239948 7347 246002 253349 02607 84629 87236 25 2108 0001002 5425385 8847 231593 240440 8847 245156 254003 03120 83311 86431 3 2408 0001003 4566502 10103 230748 240851 10103 244447 254550 03545 82231 85775 4 2896 0001004 3480015 12144 229373 241517 12144 243293 255437 04226 80520 84746 5 3288 0001005 2819251 13779 228270 242049 13779 242366 256145 04763 79187 83950 75 4029 0001008 1923775 16876 226174 243050 16877 240602 257479 05763 76751 82514 10 4581 0001010 1467355 19179 224610 243789 19181 239282 258463 06492 75010 81501 15 5397 0001014 1002218 22590 222283 244873 22591 237314 259906 07548 72536 80084 20 6006 0001017 764937 25135 220536 245671 25138 235833 260970 08319 70766 79085 25 6497 0001020 620424 27188 219121 246308 27190 234629 261819 08930 69383 78313 30 6910 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