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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 154

Determine a destruição total de exergia associada ao ciclo Brayton descrito no Prob. 9–116, considerando que a temperatura da fonte é de 1.500 K e que a temperatura do sumidouro é igual a 290 K. Determine, também, a exergia dos gases de exaustão na saída do regenerador.

Passo 1

Sabemos que a constante gasosa do ar é R = 0.287 k J / k g K .

A partir do Prob. 9-116, temos: q i n = 480.82 ,   q o u t = 372.73 k J / k g e

T 1 = 310 K → s 1 º = 1.73498 k J / k g K

h 2 = 618.26 k J / k g → s 2 º = 2.42763 k J / k g K

T 3 = 1150 K → s 3 º = 3.12900 k J / k g K

h 4 = 803.14 k J / k g → s 4 º = 2.69407 k J / k g K

h 5 = 738.43 k J / k g → s 5 º = 2.60815 k J / k g K

E, de um balanço energético na troca de calor, temos:

h 5 - h 2 = h 4 - h 6 → h 6 = 682.92 k J / k g

→ s 6 º = 2.52861 k J / k g K

Analisando a figura, nós chegaremos nas destruições de exergia:

x d e s t r u í d a , 12 = T 0 s g e r , 12 = T 0 ( s 2 - s 1 ) = T 0 ( s 2 º - s 1 º - R l n P 2 P 1 ) = 38.91   k J / k g

x d e s t r u í d a , 34 = T 0 s g e r , 34 = T 0 ( s 4 - s 3 ) = T 0 ( s 4 º - s 3 º - R l n P 4 P 3 ) = 35.83   k J / k g

x d e s t r u í d a , r e g e n =   T 0 s g e r , r e g e n = T 0 [ ( s 5 - s 2 ) + ( s 6 - s 4 ) ] = T 0 [ ( s 5 º - s 2 º ) + ( s 6 º - s 4 º ) ] = 4.37   k J / k g

x d e s t r u í d a , 53 = T 0 s g e r , 53 = T 0 ( s 3 - s 5 - q R , 53 T R ) = T 0 ( s 3 º - s 5 º - R l n P 3 P 5 - q e n t T H ) = 58.09   k J / k g

x d e s t r ú i d a , 61 = T 0 s g e r , 61 = T 0 ( s 1 - s 6 + q R , 61 T R ) = T 0 ( s 1 º - s 6 º - R l n P 1 P 6 + q s a í d a T L ) = 142.6   k J / k g

Passo 2

Notando que

h 0 = h à   290   K = 290.16   k J / k g   e   T 0 = 290   K   → s 1 º = 1.66802   k J / k g . K a exergia do fluxo na saída do regenerador (estado 6) é determinada a partir de

ϕ 6 = ( h 6 - h 0 ) - T 0 ( s 6 - s 0 ) + V 6 2 2 + g z 6

Onde,

s 6 - s 0 = s 6 - s 1 = s 6 º - s 1 º - R l n P 6 P 1 = 0.86059   k J / k g . K

E portanto, a exergia dos gases de exaustão na saída do regenerador será:

ϕ 6 = 143.2   k J / k g

Resposta

ϕ 6 = 143.2   k J / k g

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Repita o P r o b .9 – 98 considerando uma razão de pressão igual a 15 .
Considere um ciclo Brayton simples que utiliza ar como fluido de trabalho, tem uma razão de pressão igual a 12 , uma temperatura máxima de ciclo de 600° C e opera na admissão do compressor a 90k P ae1
Ar é usado como fluido de trabalho em um ciclo Brayton simples ideal que tem uma razão de pressão de 12 , uma temperatura de entrada no compressor de 300K e uma temperatura de entrada na turbina de 1.
Ar entra a 300K e 100k P a no compressor de um motor de turbina a gás, onde é comprimido até 700k P ae580K . Calor é então transferido para o ar na quantidade de 950k J / k g , antes que ele entre na
Repita o P r o b .9 – 96 , considerando calores específicos constantes à temperatura ambiente.