Considere o projeto de uma tubbina a gás para operar com gás liquefeito de petröleo e produzir 5000 WWh de energia elétrica. Para garantir a integridade estrutural da turbina um sistema by-pass foi instalado no ciclo para redurir a temperatura dos gases na entrada da turbina.
Considere o poder calorifico inferior do gás liquefeito de petróleo (GLP): PCi=11750 kcal/kg.
Admita: ar ambiente à 25^circ extC, eficiência do compressor e turbina de 82 %, eficiència do gerador elétrico de 92 %, eficiência do TC (trocador de calor) de 80 %, P[2] / P[1]=10, eficiência de combustão de 93 %, admita uma vazão de ar de 60 ton / h no ponto 1 e T[3]=1500^circ C.
Para fins de cálculo do balanço de massa despreze a vazão de combustível após o ponto 3. Admita propriedades do ar em todos os pontos do ciclo. Determine:
Determine a razão mássica Ar/GLP para o ciclo proposto. Apresente o procedimento de cálculo. (5 pontos)

Passo 1

Beleza, então a gente tem um ciclo da turbina a gás (Brayton) com compressor, regenerador (trocador de calor de 80 % de eficiência), câmara de combustão (93 % de eficiência) e turbina (82 % de eficiência).
O que temos e o que vamos usar:
  • Dados:
    • Temperatura ambiente:
    • Razão de pressão:
    • Eficiência do compressor
    • Eficiência da turbina
    • Eficiência do regenerador
    • Eficiência de combustão
    • Poder calorífico inferior do GLP:
    • Temperatura de entrada da turbina:
    • Fluxo de ar: 60 t/h (só pra você ter em mente, mas a razão mássica vai sair sem precisar desse valor absoluto)
  • O que vamos fazer:
    1. Calcular na saída do compressor (isentrópico + eficiência).
    2. Calcular na saída da turbina (isentrópico + eficiência).
    3. Calcular após o regenerador: .
    4. Fazer o balanço de energia na câmara de combustão para achar .
Usaremos para o ar e .

Passo 2

Calcular T2s ;=; T1;gl(dfracP2P1gr)^tfracgamma-1gamma ;=;298cdot10^tfrac0,41,4 approx298cdot1,93approx576; K (compressor real):
  1. temperatura isentrópica:
T2 ;=; T1 ;+;dfracT2s-T1etac ;=;298 ;+;dfrac576-2980,82 approx298+339approx637; K
  1. levando em conta eficiência :

Passo 3

Calcular T4s ;=; T3;l(tfracP1P2r)^tfracgamma-1gamma ;=;1773cdot10^-tfrac0,41,4 approx1773cdot0,518approx918; K (turbina real):
  1. temperatura isentrópica de saída
T4 ;=; T3 ;-;etat,(T3 - T4s) ;=;1773 ;-;0,82,(1773-918) approx1773-701approx1072; K
  1. com eficiência :

Passo 4

Regenerador (trocador) aquece o ar de T5 ;=; T2 ;+;varepsilon,(T4 - T2) ;=;637 +0,80,(1072-637) ;=;637 +0,80cdot435 approx637+348approx985; K até usando gás exausto em :

Passo 5

Balanço de energia na câmara de combustão:
o ar entra a mrm ar,cp,(T3 - T5);=;mrm GLP,PCi,etarm comb e sai a mrm armrm GLP =PCi,etarm combcp,(T3 - T5) =49114cdot0,931,005,(1773-985) , e essa diferença vem do combustível:
mrm armrm GLP approx45616792approx57,6
Dividindo tudo por e isolando a razão mássica:
Calculemos passo a passo:



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Resposta

A razão mássica ar/GLP para o ciclo é aproximadamente 58 (ou seja, cerca de 58 kg de ar para cada 1 kg de GLP).

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