Avaliação 2-2021 1

ME75G - Termodinâmica 2 – S43 (2ª avaliação, 01/09/2021) - 1ºSemestre 2021 UTFPR – Campus Curitiba, Sede Ecoville – DAMEC – NUEM 1ª Questão (6,0 pontos) Ciclo de Turbina a Gás (Ciclo Brayton) com regeneração. Dada a turbina a gás com regeneração (figura abaixo). Determinar a eficiência dessa turbina sabendo que no ponto 1 o fluido de trabalho (ar, como gás ideal) é admitido no compressor a 100 kPa de pressão e 17oC. No estado 2 a pressão é de 800 kPa, a mesma do estado 3. No estado 3 conhecemos a temperatura T3 que é de 1047oC. Na saída da turbina a pressão é 100 kPa. Supondo que as eficiências isentrópicas do compressor e da turbina sejam de 85%, e que o regenerador tenha uma efetividade de 80%, determine: (a) a transferência de calor necessária no combustor, em kJ/kg, e qual a redução dessa transferência de calor quando comparada à de um ciclo de turbina a gás sem regeneração. (b) calcule a eficiência térmica desse ciclo com regenerador, e compare com a eficiência térmica de um ciclo sem regeneração. (c) qual o trabalho líquido desse ciclo regenerativo? Lembrando que as hipóteses valem até 15% da questão. 2ª Questão (4,0 pontos) Um ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal usando o refrigerante R22 como fluido de trabalho tem temperatura de -22 oC no evaporador e uma pressão de 1 bar no condensador. O vapor saturado entra no compressor e o líquido saturado sai pelo condensador. A vazão mássica do refrigerante é de 5 kg/minuto. Determine: (a) o coeficiente de desempenho, (b) a potência necessária ao compressor, em kW, e (c) a capacidade frigorífica, em TR. Lembrando que cada TR (tonelada de refrigeração) equivale a 211 kJ/min, e que capacidade frigorífica é a quantidade de calor transferida para o ciclo, da região que se deseja refrigerar. Equações: Balanços de massa para sistemas abertos: 𝑑𝑚𝑣𝑐 𝑑𝑡 = ∑ 𝑚̇ 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 − ∑ 𝑚̇ 𝑠𝑎𝑖 𝑠𝑎𝑖 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 Balanços de energia para sistemas abertos: 𝑑𝐸𝑣𝑐 𝑑𝑡 = 𝑄̇ 𝑣𝑐 − 𝑊̇𝑣𝑐 + ∑ 𝑚̇ 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 (𝑔𝑧𝑒 + 𝑉𝑒2 2 + ℎ𝑒) − ∑ 𝑚̇ 𝑠𝑎𝑖 𝑠𝑎𝑖 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 (𝑔𝑧𝑠 + 𝑉𝑠2 2 + ℎ𝑠) Balanços de entropia para sistemas abertos: 𝑑𝑆𝑣𝑐 𝑑𝑡 = 𝑄̇ 𝑣𝑐 𝑇𝑏 + ∑ 𝑚̇ 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎(𝑠𝑒) − ∑ 𝑚̇ 𝑠𝑎𝑖 𝑠𝑎𝑖 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 (𝑠𝑠) + 𝜎̇𝑣𝑐 Eficiência isentrópicas de turbinas (1 é entrada e 2, saída): 𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏 = ℎ1−ℎ2 ℎ1−ℎ2𝑠 Eficiência isentrópica de compressores (1 é entrada e 2, saída): 𝜂𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟 = ℎ2𝑠−ℎ1 ℎ2−ℎ1 Eficiência térmica de sistemas de potência a vapor com reaquecimento: 𝜂 = 𝑊̇ 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑄̇ 𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜 Gás ideal (ar com M = 28,97 kg/kmol), R = 𝑅̅ 𝑀, 𝑐𝑜𝑚 ⁄ 𝑅̅ = 8,314 kJ/(kmol.K) Efetividade de Regeneradores = ℎ𝑥−ℎ2 ℎ4−ℎ2 Pressões relativas no compressor → 𝑃2 𝑃1 = 𝑃𝑟2 𝑃𝑟1 Pressões relativas na turbina → 𝑃3 𝑃4 = 𝑃𝑟3 𝑃𝑟4 Coeficiente de desempenho para um ciclo de refrigeração: 𝛽 = 𝑄̇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑊̇ 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜