Entra ar no compressor de um ciclo Brayton de ar-padrão frio com regeneração, inter-resfriamento e reaquecimento a
e com uma vazão mássica de ar de
. A razão de pressão do compressor é 10 , e as razões de pressão são as mesmas em cada estágio do compressor. Tanto o inter-resfriamento como o reaquecedor operam à mesma pressão. A temperatura de entrada do segundo estágio do compressor é 300 K e a temperatura de entrada para cada estágio da turbina é de 1400 K . Tanto os estágios do compressor como os da turbina têm eficiência isentrópica de
e a efetividade do regenerador é de
. Para
, calcule:
a) a eficiência térmica do ciclo.
b) a razão de trabalho reverso.
c) a potência liquida desenvolvida, em kW.
d) a taxa de destruição de exergia nos estágios do compressor e da turbina, assim como no regenerador, em kW, para
.
Resp: a)
b) 0,4654 c)
d) Edc1 = 123 kW ; Edc2 = 123 kW ; Edt1 =
; dt1 =
; Edr =
a) a eficiência térmica do ciclo.
b) a razão de trabalho reverso.
c) a potência liquida desenvolvida, em kW.
d) a taxa de destruição de exergia nos estágios do compressor e da turbina, assim como no regenerador, em kW, para
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Brayton de ar-padrão com duas etapas de compressão (com inter-resfriamento), duas etapas de expansão (com reaquecimento) e regeneração. Os dados são:
– Estado inicial:
– Razão de pressão total do compressor , dividida igualmente em duas etapas, logo
.
– Inter-resfriador leva a .
– Entrada em cada estágio da turbina , com mesma razão de pressão por estágio (
).
– Eficiências isentrópicas: .
– Efetividade do regenerador .
– ,
,
.
Vamos calcular as temperaturas em todos os pontos, os trabalhos, calor fornecido, eficiência térmica, razão de trabalho reverso, potência líquida e destruições de exergia.
– Estado inicial:
– Razão de pressão total do compressor
– Inter-resfriador leva a
– Entrada em cada estágio da turbina
– Eficiências isentrópicas:
– Efetividade do regenerador
–
Vamos calcular as temperaturas em todos os pontos, os trabalhos, calor fornecido, eficiência térmica, razão de trabalho reverso, potência líquida e destruições de exergia.
Passo 2
Calcule a razão de pressão em cada estágio:
A relação de temperatura isentrópica é
Como
, na prática
Após intercool, retorna a
. Repetindo o mesmo para a segunda etapa:
Passo 3
Na turbina, a relação inversa de temperatura isentrópica em cada estágio é
e com
Após reaquecimento volta a
. A segunda etapa de expansão é análoga, resultando
Passo 4
No regenerador, o fluido frio entra a
e sai a
O fluido quente sai então a
Passo 5
Calcule os calores e trabalhos por kg:
– Trabalho total do compressor
– Trabalho total do compressor
– Trabalho total da turbina
– Calor fornecido (combustor
reaquecedor)
– Trabalho líquido por kg
Passo 6
a) Eficiência térmica
b) Razão de trabalho reverso (reverser work ratio), definida como
:
c) Potência líquida desenvolvida
Passo 7
Destruição de exergia em cada estágio (usando
):
Resposta
a)
b)
c)
d)
b)
c)
d)