Ar entra no compressor de um ciclo de refrigeração Brayton a 100 kPa e 260 K e é comprimido adiabaticamente até 300 kPa. O ar entra na turbina a 300 kPa e 300 K e expande-se adiabaticamente até 100 kPa. Para esse ciclo

(a) determine o trabalho líquido por unidade de massa de ar, em kJ/kg, e o coeficiente de desempenho se as eficiências isentrópicas do compressor e da turbina forem ambas de 100%.

(b) esboce graficamente o trabalho líquido por unidade de massa de ar, em kJ/kg, e o coeficiente de desempenho para iguais eficiências isentrópicas do compressor e da turbina para um intervalo de 80% a 100%.

O diagrama que representa o ciclo de Brayton

Pegamos os valores de e da tabela de propriedade do ar como gás ideal, usando a temperatura na entrada do compressor

Calculamos o valor de usando

Pegamos os valores de no ponto 2 da tabela de propriedade do ar como gás ideal, interpolando entre e

Pegamos os valores de e da tabela de propriedade do ar como gás ideal, usando a temperatura na entrada do compressor

Calculamos o valor de usando

Pegamos os valores de no ponto 4 da tabela de propriedade do ar como gás ideal, interpolando entre e

O trabalho no compressor é dado por

O trabalho da turbina é dado por

O trabalho líquido total de entrada do ciclo por unidade de massa é dado por

Determinamos a capacidade de refrigeração usando

O coeficiente de performance do ciclo é dado por

Considerando o ciclo de refrigeração de Brayton atual

Podemos plotar valores para o trabalho líquido X eficiência e X eficiência

Consideramos a seguinte expressão para o trabalho do compressor e da turbina em termos da eficiência isentrópica

Então, temos que o trabalho líquido do ciclo é

Considerando o processo atual de expansão 3-4, e o processo isentrópico 3-4s

Calculando a capacidade de refrigeração do ciclo atual

Determinando o coeficiente de performance do ciclo

Variando de 80% a 100% podemos plotar os resultados

Combinando os dois: