Exercícios Resolvidos Cogeração e Turbinas a Gás - Termodinâmica

QUESTÃO 1 Considere a turbina a gás regenerativa a ar mostrada na Figura abaixo O ar entra no compressor a 1 bar 27C saindo a 4 bar A eficiência isentrópica do compressor é 80 e a efetividade do regenerador é 90 A potência líquida é 97 kW A temperatura do ar na entrada da turbina de alta pressão é 1200 K Ambas as turbinas têm eficiência isentrópica de 87 Calcule a A vazão mássica de ar em kgs 15 pontos b A eficiência térmica do ciclo em 08 pontos C A temperatura que o ar sai para a atmosfera em C 07 pontos QUESTÃO 3 Considere um ciclo combinado de cogeração com turbina a vapor de contrapressão O processo industrial a turbina as bombas e o desaerador são os mesmo da questão anterior O ar entra na caldeira de recuperação a 527 C e saem a 127 C A eficiência isentrópica da turbina é 90 e a do compressor é 80 A relação de pressão é 12 O ar entra no compressor a 1 bar e 27 C Desconsiderando a perdade pressão na câmara de combustão e na caldeira de recuperação a Faça o desenho esquemático da planta 05 pontos b Calcule a eficiência do ciclo de cogeração em 15 pontos QUESTÃO 2 Considere uma planta de cogeração com turbina a vapor de contrapressão O vapor entra na turbina a 25 bar e 330 C e sai a 2 bar e 140C A maior parte do vapor que sai da turbina vai para um processo industrial de onde volta condensada a 60 C e 1 bar A outra parte vai para um aquecedor regenerativo do tipo aberto desaerador que opera a 2 bar A água sai do desaerador como líquido saturado a 2 bar A demanda de vapor para o processo industrial é 32 kgs Considerando uma eficiência isentrópica de 85 nas bombas e desprezando as perdas de pressão na caldeira e no desaerador obtenha a O desenho esquemático da planta 05 pontos b A eficiência isentrópica da turbina em 10 ponto c A vazão mássica do vapor na entrada da turbina em kgs 15 pontos d A vazão mássica de combustível na caldeira em kgs Considere que o combustível é o metano gasoso e que a eficiência energética da caldeira é 92 10 ponto e A eficiência energética da planta de cogeração em 10 ponto questão 01 Regenerador ε 90 09 Combustor Turbina Compressor ηT 87 087 ηC 80 08 ηciclo mar T7 T4 1200 K P2 4 bar P1 1 bar T1 37C 310 K ηT 87 087 Wk 97 kW Considerações 1 Regime permanente 3 Turbina e regenerador adiabáticos 2 Energia cinética e potencial desprezíveis 4 Perda de carga desprezível 5 Ar considerado com comportamento de gás ideal Estado P kPa Pr T K h kJkg 1 100 312 300 30047 2a 40 446 44460 44663 2 40 586 48035 48317 3 40 4440 82984 85514 4 40 19117 1200 127783 5a 3940 9276 100283 104944 5 3940 10847 104269 109511 6 30 5324 86979 89979 6a 30 4716 84379 87024 7 30 798 52340 52750 Estado 1 T1 300 K h1 30047 kJkg Pca 31146 Estado 2a Processo isentrópico P2a P1 P2 P1 P2a 31146 40 10 P2a 44584 Estado 2 Eficiência isentrópica do compressor h2 h1 h2a h1 ηc h2 30047 144663 30047 08 h2 48317 kJkg h2 kJkg T1 K Pr2 48283 480 58466 48317 T2 Pr2 50936 500 67863 T2 48035 K Pr2 586 Estado 4 T4 1200 K h4 127783 kJkg Pcr 19117 Estado 5 W compressor W Turbina baixa pressão m h4 h5 mh5 h4 h5 h4 h2 h3 h5 127783 148317 30047 h5 109511 kJkg h kJkg T K Pr 104622 1000 931655 109911 T5 Pr5 T5 104269 K 118348 1050 11135 Pr5 10847 Estado 5a h5a h4 h4 h5 ηTrp h5a 127783 127783 109511 087 h5a 104944 kJkg h kJkg T K Pr 104622 1000 931655 104944 T5a Pr5a 110348 1050 11135 T5a 100283 K Pr5a 9276 Cálculo de P5a P5a P4 Pr5a Pr4 40 9276 19117 1940 kPa Estado 6a Processo isentrópico P6a Pr5a Pr6 P5 P6a 10847 30 23 P6a 4716 Pr Tr K h kJkg 38348 800 82220 4716 T6a h6a T6a 84351 K 48468 850 8774 h6a 87024 kJkg Estado 6 h6 h5 qt pr h5 h6 h6 109511 0187 109511 87924 h6 89947 KJKg h KJKg TI K Pr 87740 850 48468 89947 T6 Pr6 93315 900 691520 T6 86979 K Pr6 5324 Estado 3 h3 h2 nreg hg h2 h3 48317 09 89947 48317 h3 85514 KJKg h KJKg TI K Pr 82220 800 38388 85514 T3 Pr3 87740 850 48468 T3 82984 K Pr3 4440 Estado 7 Balança de massa no regenerador ṁ6 ṁ7 ṁ2 ṁ3 1a Lei no regenerador h2 h3 hg h7 0 h7 h6 h2 h3 h7 89947 48317 85514 h7 52750 KJKg h KJKg TI K Pr 52398 520 77900 52750 T7 Pr7 54469 540 89257 T7 52340 K Pr7 798 Vazão mássica do ar Wlig mar h5 h6 mar Wlig h5 h6 97 109511 89979 mar 04966 kg s Temperatura que o ar sai da atmosfera T7 52340 K T7 52340 27315 T7 25025 ºC Calor da câmera de combustão Qent mar h4 h3 Qent 04966 127783 85514 Qent 20989 KW Eficiência do ciclo ηcicio Wlig Qent 97 20989 ηcicio 04623 ηcicio 4623