14 Ciclos Exemplos

Exemplo 1 – Ciclo Rankine
Determine o rendimento de um ciclo Rankine que utiliza água como fluido de trabalho. A pressão no condensador do ciclo é igual a 10 KPa e a caldeira opera a 2 MPa. O vapor deixa a caldeira como vapor saturado.
1

2
4

3

Rendimento do Ciclo Rankine





Wliq
QH

Wliq
QH



 h1  h 2    h 4  h 3 
 h1  h 4 


QH  QC
QC
h2  h3 

1 
1 
 h1  h 4 
QH
QH

Exemplo 1 – Solução
Transferência de calor a pressão constante
P4=P1=2MPa

1 X=1 (vapor)

P=2MPa

4
Compressão
Isentrópica
S3=S4

X=?
(vapor+líquido)

2

Expansão
Isentrópica
S1=S2

P=10kPa
X=0 (líquido)
3

Transferência de calor a pressão constante
P2=P3=10kPa

Exemplo 1 – Solução
Da Tabela temos:
P=2MPa

P=10kPa

Exemplo 1 – Solução
Volume de controle: Bomba

Wb h 4  h 3
Na bomba o fluido de trabalho é a água
(líquido incompressível): e2 e2

Wb  pdV dp (Pe 2  Pe1 ) (P4  P3 ) e1 e1

Wb 0,00101(2000  10)  2kJ / kg

Exemplo 1 – Solução
X=1

Volume de controle: Turbina

Wt h1  h 2 h1 (P=2MPa)

h2 (P=10kPa)

h 2 h l  xh lv

Para achar o título: s s1  xs lv

e

X=?

Expansão
Isentrópica
S1=S2

s1 s 2 6,3408

6,3408 0,6492  x 7,5010 x 0,7588
WT 2799,51  2007,47 h 2 191,81  0,7588( 2392,8)
2007,47 kJ / kg

792 kJ / kg

Exemplo 1 – Solução
Volume de controle: Caldeira

Q cald h1  h 4

h1 (P=2MPa)

Wb h 4  h 3 h3 (P=10kPa)

h 4 Wb  h 3 2  191,81 193,81kJ / kg

Q cald 2799,51  193,81 2605,69kJ / kg

Exemplo 1 – Solução
Volume de controle: Condensador

Q cond h 2  h 3
2007,47  191,81
1815,7 kJ / kg
A eficiência térmica:

Wt  Wb 792  2


0,30318 30,32%
Q cald
2605,7

Exemplo 2 – Ciclo Brayton
Ar entra no compressor, de um ciclo padrão a ar Brayton a 0,1
Mpa e 15°C e deixa o compressor a 1 Mpa. A temperatura máxima no ciclo é 1100°C. Determine o trabalho no compressor, o trabalho na turbina, o calor adicionado e o rendimento térmico do ciclo. Considere ar como gás perfeito – padrão frio.

Rendimento do Ciclo