Questão 13) Considere uma turbina a gás simples ideal que utiliza ar como fluido de trabalho, tem uma razão de pressão igual a 15 , uma temperatura máxima de ciclo de
e opera na admissão do compressor a 100 kPa e
. O que terá o maior impacto na razão de consumo de trabalho: uma eficiência isentrópica do compressor correspondente a 85% ou uma eficiência isentrópica da turbina igual a 85%? Admita que o calor específico do ar seja constante e igual a
e que k seja 1,39 .
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo Brayton simples com ar, razão de pressão
, temperatura de entrada na turbina
e condições na entrada do compressor
,
. Queremos ver qual isentropicidade (compressor ou turbina) de
afeta mais o trabalho líquido específico do ciclo. Vamos usar:
- Relação para temperatura após compressão ou expansão isentrópica
- Definição de eficiência isentrópica
- Travail específico
com
e
.
Passo 2
Calcular temperaturas e trabalhos no caso ideal
:
Passo 3
Caso apenas o compressor tenha
e
:
turbina ideal dá
, logo
Passo 4
Caso apenas a turbina tenha
e
:
compressor ideal dá
, logo
Passo 5
Comparando a queda no trabalho líquido em relação a
:
- Compressor 85 %:
cai para , queda de . - Turbina 85 %:
cai para , queda de .
Portanto, a eficiência isentrópica da turbina tem maior impacto no trabalho líquido do ciclo.
Resposta
A eficiência isentrópica da turbina igual a 85 % tem maior impacto no consumo de trabalho do ciclo.