Considere uma turbina a gás com regeneração com dois estágios de compressão e dois estágios de expansão. A razão de pressão total do ciclo é igual a 9 . 0 ar entra em cada estágio do compressor a
e em cada estágio da turbina a 1200 K. Determine a vazão mássica mínima de ar necessária para fornecimento de uma potência de saída de 110 MW.
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que o problema está nos pedindo. Temos uma turbina a gás com regeneração, usando dois estágios de compressão e dois estágios de expansão. A razão de pressão total do ciclo é 9,0. O ar entra em cada compressor a 300 K e em cada turbina a 1200 K. Precisamos descobrir a vazão mássica mínima de ar necessária para gerar uma potência de saída de 110 MW.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especificamente sobre ciclos de turbina a gás, trabalho realizado pelos compressores e turbinas, e relações de energia para encontrar a vazão mássica. Vamos passo a passo!
Passo 2
Primeiro, vamos entender a razão de pressão total do ciclo. A razão de pressão total é a relação entre a pressão de saída e a pressão de entrada. Aqui, a razão de pressão total é 9,0, e temos dois estágios de compressão. Assim, a razão de pressão por estágio é:
Então, cada compressor aumenta a pressão em um fator de 3.
Passo 3
Agora, vamos calcular o trabalho realizado pelos compressores. Para isso, usamos a equação do trabalho em compressão para um gás ideal:
Onde
é a capacidade calorífica a pressão constante. Vamos assumir
para o ar.
Como temos dois estágios de compressão e a temperatura de entrada é 300 K, precisamos calcular a temperatura de saída de cada estágio. Sabemos que a relação de compressão é 3 por estágio, e usando a relação de temperaturas para compressão adiabática:
Assumindo
para o ar,
Então, o trabalho em cada compressor é:
Total para dois estágios:
Passo 4
Vamos agora calcular o trabalho realizado pelas turbinas. Usamos uma equação semelhante:
A temperatura de entrada nas turbinas é 1200 K. Assumindo que a expansão é adiabática e que a razão de pressão é 3 por estágio, similar à compressão, a temperatura de saída de cada estágio é:
Então, o trabalho em cada turbina é:
Total para dois estágios:
Passo 5
Com os trabalhos dos compressores e turbinas calculados, podemos agora encontrar o trabalho líquido por unidade de massa:
Isso significa que cada kg de ar fornece 473,334 kJ de energia útil.
Passo 6
Sabemos que a potência de saída desejada é 110 MW, ou seja, 110.000 kW. Para encontrar a vazão mássica mínima (
), usamos a relação:
Resolvendo para
:
Resposta
A vazão mássica mínima de ar necessária é aproximadamente 233 kg/s.
Exercícios relacionados
A fonte primária de energia para as células é o metabolismo aeróbico (oxidação) da glicose (C6H12O6). A oxidação da glicose produz CO 2 e H2O através da seguinte reação química global:
Determine os valores dos coeficientes
e
que permitem equilibrar esta equação.
Ar é comprimido de
para
em um compressor de dois estágios com resfriamento entre os estágios. A pressão no intercooling é de
ar é resfriado levando sua temperatura para
antes de entrar no segundo estágio de compressão. Os dois processos de compressão são isentrópicos. Determine:
(a) A temperatura na saída do segundo estágio do compressor.
(b) 0 trabalho fornecido ao compressor.
© Repita o exercício para um compressor com um único estágio de compressão para o mesmo estado termodinâmico do ar na entrada e mesma pressão ao final da compressão.
(a) A temperatura na saída do segundo estágio do compressor.
(b) 0 trabalho fornecido ao compressor.
© Repita o exercício para um compressor com um único estágio de compressão para o mesmo estado termodinâmico do ar na entrada e mesma pressão ao final da compressão.
Se você alimentar 10 g de N2 gás e 10 g de H2 gás em um reator:
a) Qual o número máximo de gramas de NH3 que poderá ser produzido?
b) Qual é o reagente limitante?
c) Qual é o reagente em excesso? Qual a percentagem em excesso?
a) Qual o número máximo de gramas de NH3 que poderá ser produzido?
b) Qual é o reagente limitante?
c) Qual é o reagente em excesso? Qual a percentagem em excesso?
Uma turbina a gás regenerativa com resfriamento e reaquecimento opera em regime estacionário.
ar entra no compressor a
com vazão mássica de
. A razão de pressão de todo compressor é igual a 10. A razão de pressão em todo processo de expansão também é igual a 10 . O intercooler e o reaquecedor operam a
entrada dos dois estágios da turbina a temperatura é de
. A temperatura da entrada no segundo estágio de compressão é 300 K. A eficiência isentrópica em cada estágio de compressão e expansão é igual a
. A efetividade do regenerador é de
. Determine:
(a) A eficiência térmica do ciclo
(b) A razão de trabalho reverso (back work ratio)
© A potência líquida desenvolvida, em .
(a) A eficiência térmica do ciclo
(b) A razão de trabalho reverso (back work ratio)
© A potência líquida desenvolvida, em