Questão 20) Uma usina de potência com turbina a gás opera em um ciclo Brayton simples entre os limites de pressão de 100 kPa e 1000 kPa . O ar entra no compressor a
e sai a
a uma vazão mássica de 100 kg/s. A temperatura máxima do ciclo é de 1500 K . Durante a operação do ciclo, a produção de potência líquida é medida experimentalmente, e obtém-se como resultado 80 MW . Considere as propriedades constantes para o ar a 300 K , com
e k =1,40.
(a) Represente graficamente o diagrama
-s do ciclo
(b) Determine a eficiência isentrópica da turbina para essas condições de funcionamento.
(c) Determine a eficiência térmica do ciclo
(a) Represente graficamente o diagrama
(b) Determine a eficiência isentrópica da turbina para essas condições de funcionamento.
(c) Determine a eficiência térmica do ciclo
Passo 1
O ciclo de interesse é o Brayton simples operando entre as pressões
e
. O ar entra no compressor em
e sai em
. Após aquecimento a pressão constante até a temperatura máxima
, o gás expande na turbina de volta à pressão de
. A vazão mássica é
e a potência líquida experimental é
. Propriedades constantes:
Vamos (a) esboçar o diagrama –
, (b) calcular a eficiência isentrópica da turbina e (c) a eficiência térmica do ciclo.
Vamos (a) esboçar o diagrama
Passo 2
Calcular o trabalho específico do compressor (é adiabático real, usamos
e
):
Logo, a potência de compressão é
Passo 3
Na turbina ideal (isentrópica) a temperatura de saída
vem de
O trabalho específico ideal da turbina é
Passo 4
Da potência líquida medida,
Então o trabalho específico real da turbina
satisfaz
Isso corresponde a uma temperatura de saída real
Passo 5
A eficiência isentrópica da turbina é a razão entre o trabalho real e o ideal:
Passo 6
A eficiência térmica do ciclo é
Logo
Resposta
(a) Diagrama
–
: quatro ramos — compressão adiabat. (
), aquecimento isobárico (
), expansão adiabat. (
), rejeição isobárica (
).
(b) .
(c) .
(b)
(c)