Questão 2 (
pts.) O ar entra no compressor de um motor de turbina a gás regenerativo a 100 kPa e 300 K , onde é comprimido com uma razão de pressão de 10 . O regenerador tem uma efetividade de
, e o ar entra na turbina a 1400 K . Considerando a turbina e o compressor isentrópicos, determine (a) a quantidade de calor fornecida ao ar na câmara de combustão (b) O trabalho produzido na turbina e o trabalho consumido pelo compressor, (c) a razão de consumo de trabalho,
e (d) a eficiência térmica do ciclo. Assuma calor específico constante, avaliado à temperatura ambiente (
).
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de turbina a gás regenerativo (ciclo de Brayton com regenerador). Dados: entrada do compressor em
,
; razão de pressão do compressor
; eficácia do regenerador
; temperatura de entrada na turbina
. O compressor e a turbina são isentrópicos e consideramos calor específico constante (
,
). Vamos calcular, passo a passo, as temperaturas em cada estado, o calor fornecido na câmara de combustão, os trabalhos, a razão de consumo de trabalho e a eficiência térmica do ciclo.
Passo 2
Calcular a temperatura de saída do compressor (
) assumindo processo isentrópico:
Substituindo:
Passo 3
Calcular a temperatura de saída da turbina (
) em expansão isentrópica de
até
, ou seja, razão
:
Logo,
Passo 4
Determinar a temperatura de saída do regenerador (
) aplicando a eficácia
:
Logo,
Passo 5
Calcular o calor fornecido na câmara de combustão (
), elevando
a
:
Passo 6
Calcular os trabalhos da turbina (
) e do compressor (
) por unidade de massa:
Substituindo:
Passo 7
Calcular a razão de consumo de trabalho
, definida como trabalho consumido pelo compressor dividido pelo trabalho produzido pela turbina:
Passo 8
Calcular a eficiência térmica do ciclo
como razão entre o trabalho líquido e o calor de entrada:
Resposta
(a)
(b) e
(c)
(d) (56,2 %).
(b)
(c)
(d)