2- Uma planta de energia elétrica opera com ar e de acordo com o ciclo ideal Brayton. No início do processo de compressão, o ar está a
e
; e ao final do processo de combustão está a
e
. Determine o trabalho líquido produzido e a eficiência térmica dessa planta. Considere
. Resp:
.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo ideal de Brayton operando com ar, em que sabemos:
– Estado 1 (início da compressão): ,
.
– Estado 3 (fim da combustão, início da expansão): ,
.
Os processos 1–2 e 3–4 são isentrópicos e 2–3 e 4–1 ocorrem à pressão constante. Precisamos usar as relações isentrópicas para obter e
, depois calcular o trabalho líquido específico e a eficiência térmica. Dados:
e
.
– Estado 1 (início da compressão):
– Estado 3 (fim da combustão, início da expansão):
Os processos 1–2 e 3–4 são isentrópicos e 2–3 e 4–1 ocorrem à pressão constante. Precisamos usar as relações isentrópicas para obter
Passo 2
Calcular a relação de pressão (taxa de compressão) e a temperatura no fim da compressão isentrópica 1–2.
A razão de pressão é
A razão de pressão é
Para um processo isentrópico em gás perfeito,
Passo 3
Calcular a temperatura no fim da expansão isentrópica 3–4.
Como , tem-se
Como
Passo 4
Determinar o trabalho líquido específico
.
No ciclo de Brayton ideal,
No ciclo de Brayton ideal,
Substituindo valores:
Passo 5
Calcular a eficiência térmica
.
A energia fornecida (calor de entrada) é
A energia fornecida (calor de entrada) é
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Resposta
Trabalho líquido específico:
Eficiência térmica:
Eficiência térmica: