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Sistemas Térmicos Aula 203 – Ciclo Regenerativo com Intercooler A aula passada foi encerrada com o problema que o ciclo Brayton dispende uma grande quantidade de energia para efetuar a compressão de um gás. Isso ocorre, em grande parte, devido ao aumento de temperatura que a própria compressão causa. Assim sendo, é interessante ter uma alternativa à compressão convencional aonde se possa efetuar esse processo sem tanto aquecimento. Compressão com Intercooler Primeiramente vamos observar o diagrama de pressão e volume abaixo. Nota-se que o processo de compressão tem efeitos contraditórios no gás. Ao mesmo tempo que a compressão reduz volume, ela eleva a temperatura, o que aumenta o volume do gás e, por sua vez, torna o processo de compressão mais difícil, elevando o trabalho para efetuar esse processo. Assim sendo, parece vantajoso efetuar um processo de resfriamento enquanto o gás é comprimido. Esse processo é interessante, todavia, resfriar um gás enquanto ele é comprimido pode ser um processo complexo. Uma alternativa é efetuar o processo de compressão em estágios e efetuar processos de transferência de calor entre os estágios com um equipamento conhecido como intercooler, resfriando o gás nas etapas intermediárias, como na figura e no diagrama abaixo. O processo de compressão se torna: Compressão isentrópica 1-c Resfriamento isobárico c-d Compressão isentrópica d-2 O trabalho reduzido nesse processo de compressão é observado no diagrama p-v. Grandes compressores tem múltiplos estágios de intercooler e a determinação de quantos estágios são necessários é um problema de otimização. A figura abaixo mostra um compressor de duplo estágio com intercooler. A figura abaixo mostra um intercooler real de um grande compressor Um de menor potência http://transamcountry.com/community/index.php?topic=30424.0 Exemplo: Ar é comprimido de 100kPa, 300K a 1MPa em um compressor de dois estágios com intercooler entre eles. A pressão no intercooler é 300kPa. O ar é resfriado novamente a 300kPa antes de entrar no segundo compressor. Determine a temperatura na saída do segundo estágio de compressão, o trabalho consumido no processo de compressão e repita o cálculo caso fosse utilizado um compressor de único estágio para a mesma taxa de compressão. Solução Usando a relação de processo isentrópico: Assim: Para saber a temperatura na saída do primeiro compressor, usa-se a mesma relação: Assim, o trabalho de compressão é: Para compressão em um único estágio:
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