(4 valores) Uma usina utiliza uma turbina a gás com regenerador ideal. O ar entra no compressor a 100 kPa e 300 K , é comprimido até 1000 kPa , e depois passa pelo regenerador, onde sua temperatura aumenta antes de entrar na câmara de combustão.
ar é então aquecido até 1200 K e expandido na turbina até 100 kPa . Determinar: a) Temperaturas em todos os pontos do ciclo (incluindo saída do regenerador); b) Trabalhos do compressor e turbina; c)Eficiência térmica do ciclo real com regeneração.
Suposições:
- Regenerador é ideal (eficiência 100%)
- Vazão mássica unitária de ar (1 kg)
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo Brayton com regenerador ideal usando ar como fluido de trabalho. Os estados são:
– : entrada do compressor (
,
);
– : saída do compressor (
);
– : saída do regenerador (pré-aquecido antes da combustão);
– : saída da câmara de combustão (
,
);
– : saída da turbina (
).
Assumimos ar ideal com calor específico constante e
. A vazão mássica é
, mas todos os cálculos ficam por kg.
–
–
–
–
–
Assumimos ar ideal com calor específico constante
Passo 2
Calcular a temperatura de saída do compressor usando a relação de transformação isotrópica:
onde
.
Passo 3
Calcular a temperatura de saída da turbina (estado
) pela expansão isotrópica de
a
:
com
.
Passo 4
Num regenerador ideal (eficácia
%), o ar na entrada da combustão (estado
) é pré-aquecido até a temperatura de saída da turbina, logo
Passo 5
Fazendo as contas numéricas:
e portanto
Passo 6
Calcular os trabalhos específicos do compressor (
) e da turbina (
):
Passo 7
Numerando:
Passo 8
A eficiência térmica do ciclo com regeneração é
onde o calor de entrada
ocorre de
a
:
Logo
Resposta
a)
,
,
,
,
.
b) ,
.
c) .
b)
c)