Ciclos Combinados - Brayton/Rankine

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Sistemas Térmicos
Aula 204 – Ciclos Combinados
Uma boa alternativa para aumentar o rendimento de uma máquina térmica é utilizar um ciclo misto entre gás e vapor. Esse ciclo é chamado de “Ciclo combinado”. Esse ciclo é tal que a energia rejeitada pelo ciclo a gás é utilizada para aquecer o líquido do ciclo a vapor, como na figura.
O rendimento desse ciclo é:
Isso, considerando que não seja necessário colocar uma caldeira extra para concluir o aquecimento do ciclo a vapor.
A relação teórica do aquecimento do vapor é:
Ou:
Todavia, sabe-se que isso seria para um trocador de calor perfeito. Pode-se usar um coeficiente de aproveitamento de calor (da ordem de 0,85):
Mas:
Assim:
Exemplo: Uma planta com ciclo combinado tem uma saída líquida de potência de 45MW. Ar entra no compressor da turbina a gás a 100kPa, 300K e é comprimido a 1.200kPa. A temperatura máxima desse ciclo é 1400K. Ar expande na turbina a uma pressão de 100kPa. Esse ar passa por um trocador de calor e é descarregado a 400K. Do lado do vapor, água entra na bomba como líquido saturado a 8kPa. Vapor entra na turbina a 8MPa e 400°C. Determine as vazões de gás e vapor, a potência líquida entregue por cada parte do ciclo e a eficiência geral.
Solução
1º Passo: Compressor a gás
Sei: P1, T1, P2
Quero: WCG
Da relação de um processo isentrópico:
Assim:
2º Passo: Determinar as vazões
Sei: P3, T3, P4, WTG
Quero: 
Da relação de um processo isentrópico:
Assim:
Ou:
Para determinar h6, é preciso determinar o trabalho de compressão:
Para a entalpia:
Das tabelas de vapor superaquecido, h7=3.138,3kJ/kg
Voltando à equação anterior:
Observando a equação do trabalho líquido:
Ainda falta determinar o h8:
3º passo: Turbina
Conheço: h3 (tabela), e P1 (enunciado)
Não conheço: Wt
O processo é isentrópico
A entalpia:
Tem-se tudo o que precisa. Dividindo tudo por :
Os trabalhos:
Para a eficiência térmica:
Assim: