Uma planta de ciclo combinado opera com metano como combustível em regime permanente. Ar entra no compressor da turbina a gás a 100 kPa e 300 K , sendo comprimido até 1200 kPa . A eficiência isentrópica do compressor é de
. A temperatura máxima admissível dos gases na entrada da turbina (saída do compressor) é de 1400 K e a perda de carga no combustor é de 100 kPa . Os gases deixam a turbina, que tem
de eficiência isentrópica, a uma pressão de 100 kPa . Em seguida, os gases passam por um trocador de calor (Caldeira de Recuperação) conectado a um ciclo Rankine. Considere, no Ciclo Rankine, eficiências isentrópicas de
na bomba e
na turbina e uma temperatura de
no condensador. Adote 40 bar para a pressão na caldeira do ciclo Rankine e pinch-points de
na entrada do tubulão de vapor e na saída do superaquecedor. Considere um salto de
entre o préaquecedor de água e o tubulão de vapor. Nestas condições, determine:
A eficiência da turbina a gás;
A eficiência da turbina a gás;
Passo 1
Beleza, vou resumir a parada: a gente tem um ciclo de gás (Brayton) com metano como combustível, operando em regime permanente. O ar entra a 100 kPa e 300 K, é comprimido a 1200 kPa com eficiência isentrópica do compressor de 74 %. Depois passa no combustor (queda de 100 kPa), sai a 1400 K na entrada da turbina, expande até 100 kPa com eficiência isentrópica da turbina de 88 %. A gente quer achar só a eficiência térmica desse ciclo de gás (turbina a gás).
Conteúdo: termodinâmica de gases ideais, ciclo de Brayton, eficiência isentrópica e balanço de energia. Vamos precisar de e
do ar (vou usar
e
) e das fórmulas de eficiência isentrópica e rendimento do ciclo:
Conteúdo: termodinâmica de gases ideais, ciclo de Brayton, eficiência isentrópica e balanço de energia. Vamos precisar de
- Compressor:
- Turbina:
- Rendimento Brayton:
.
Passo 2
Calcular a temperatura isentrópica de saída do compressor (
) e a real (
).
- Razão de pressão no compressor:
. -
- Usando
:
Passo 3
Calcular a temperatura isentrópica de saída da turbina (
) e a real (
).
- Pressão na turbina:
, .
Razão de pressão:. -
- Com
:
Passo 4
Determinar trabalhos e calor para achar o rendimento.
- Trabalho do compressor por kg de ar:
- Trabalho da turbina:
- Calor fornecido no combustor:
- Rendimento do ciclo de gás:
Resposta
A eficiência térmica da turbina a gás (ciclo de Brayton) é de aproximadamente 28,2 %.