Questão 14) Ar é usado como fluido de trabalho em uma turbina a gás simples ideal que tem uma razão de pressão de 12, uma temperatura de entrada no compressor de 290 K e uma temperatura de entrada na turbina de 1100 K . Determine a vazão mássica de ar necessária para produzir uma potência líquida de 70 MW , considerando que tanto o compressor como a turbina têm eficiências isentrópicas de (a)
e (b)
. Admita que o calor específico do ar seja constante e igual a
e que k seja 1,40 .
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS Departamento de Engenharia Mecânica
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo a gás simples (Ciclo Brayton) com ar como fluido de trabalho, razão de pressão
, temperatura na entrada do compressor
e temperatura na entrada da turbina
. Queremos a vazão mássica
que fornece potência líquida
sabendo
e
. Usamos:
– Processos isentrópicos para .
– Correção com eficiências isentrópicas .
– Trabalho líquido por kg e balanço de potência.
– Processos isentrópicos para
– Correção com eficiências isentrópicas
– Trabalho líquido por kg e balanço de potência.
Passo 2
Caso (a):
. As temperaturas nos fins de compressão e expansão são
Substituindo
,
,
,
, obtemos
Passo 3
Ainda em (a), o trabalho específico líquido é
Com
isso dá
A vazão mássica segue de
com
, logo
Passo 4
Caso (b):
. Para o compressor primeiro calculamos a saída isentrópica
e a saída real é
Passo 5
Em (b), para a turbina a saída isentrópica é
e a saída real
Passo 6
Calculamos os trabalhos específicos em (b):
O trabalho líquido é
e a vazão mássica
Resposta
(a)
(b)
(b)