Uma central de potência é baseada na combinação de um ciclo Brayton com um ciclo Rankine. No ciclo a gás, o ar entra no compressor a 25 °C e 100 Kp...

Para calcular o rendimento térmico do ciclo combinado, é necessário calcular o rendimento térmico do ciclo Brayton e do ciclo Rankine e, em seguida, calcular o rendimento térmico do ciclo combinado. a) Para o fluxo de massa de ar igual ao fluxo de massa de vapor, temos: - Ciclo Brayton: A razão de pressão do compressor é 14, portanto a pressão de saída do compressor é de 14 x 100 Kpa = 1400 Kpa. A temperatura de saída do compressor é determinada pela relação de pressão e pela temperatura de entrada, usando a relação de compressão adiabática. Assumindo um coeficiente de eficiência isentrópico de 80%, temos: T2 = 25 °C x (1 + (14^0.286 - 1) / 0.8) = 414,6 °C A temperatura de saída dos gases da turbina é de 500 °C. Portanto, a eficiência térmica do ciclo Brayton é: ηB = 1 - (T1 / T2) = 1 - (298 K / 688,6 K) = 0,567 - Ciclo Rankine: A pressão de entrada da turbina é de 12,5 Mpa e a pressão de saída é de 10 Kpa. A temperatura de entrada da turbina é de 500 °C. A eficiência térmica do ciclo Rankine é determinada pela relação entre o trabalho líquido produzido pela turbina e o calor fornecido ao ciclo. Assumindo um coeficiente de eficiência isentrópico de 80%, temos: h3 = h2 - (h2 - h4) / ηt = 3439,5 - (3439,5 - 191,8) / 0,8 = 3075,3 kJ/kg h4 = h1 = 191,8 kJ/kg qin = h3 - h4 = 3075,3 - 191,8 = 2883,5 kJ/kg ηR = (Wturbina - Wbomba) / qin = (h3 - h4 - h2 + h1) / (h3 - h4) = 0,308 - Ciclo combinado: O calor recebido no ciclo a gás é 30% do calor recebido no ciclo a vapor. Portanto, o calor recebido no ciclo a gás é: qinB = 0,3 x qin = 0,3 x 2883,5 = 865,05 kJ/kg O trabalho líquido produzido pelo ciclo combinado é a soma dos trabalhos líquidos produzidos pelos ciclos Brayton e Rankine. Portanto: Wliquido = WturbinaB + WturbinaR = qinB x (1 / ηB) + qin x (1 / ηR) = 865,05 x (1 / 0,567) + 2883,5 x (1 / 0,308) = 7585,5 kJ/kg O calor fornecido ao ciclo combinado é a soma dos calores fornecidos aos ciclos Brayton e Rankine. Portanto: qin = qinB + qinR = 865,05 + 2883,5 = 3748,55 kJ/kg O rendimento térmico do ciclo combinado é determinado pela relação entre o trabalho líquido produzido pelo ciclo combinado e o calor fornecido ao ciclo combinado. Portanto: ηCC = Wliquido / qin = 7585,5 / 3748,55 = 2,025 b) Para o fluxo de massa de ar de 50 Kg/s e o fluxo de massa de vapor de 30 Kg/s, temos: - Ciclo Brayton: O fluxo de massa de ar é de 50 Kg/s. A razão de pressão do compressor é 14, portanto a pressão de saída do compressor é de 14 x 100 Kpa = 1400 Kpa. A temperatura de saída do compressor é determinada pela relação de pressão e pela temperatura de entrada, usando a relação de compressão adiabática. Assumindo um coeficiente de eficiência isentrópico de 80%, temos: T2 = 25 °C x (1 + (14^0.286 - 1) / 0.8) = 414,6 °C A temperatura de saída dos gases da turbina é de 500 °C. Portanto, a eficiência térmica do ciclo Brayton é: ηB = 1 - (T1 / T2) = 1 - (298 K / 688,6 K) = 0,567 - Ciclo Rankine: O fluxo de massa de vapor é de 30 Kg/s. A pressão de entrada da turbina é de 12,5 Mpa e a pressão de saída é de 10 Kpa. A temperatura de entrada da turbina é de 500 °C. A eficiência térmica do ciclo Rankine é determinada pela relação entre o trabalho líquido produzido pela turbina e o calor fornecido ao ciclo. Assumindo um coeficiente de eficiência isentrópico de 80%, temos: h3 = h2 - (h2 - h4) / ηt = 3439,5 - (3439,5 - 191,8) / 0,8 = 3075,3 kJ/kg h4 = h1 = 191,8 kJ/kg qin = h3 - h4 = 3075,3 - 191,8 = 2883,5 kJ/kg ηR = (Wturbina - Wbomba) / qin = (h3 - h4 - h2 + h1) / (h3 - h4) = 0,308 - Ciclo combinado: O calor recebido no ciclo a gás é 30% do calor recebido no ciclo a vapor. Portanto, o calor recebido no ciclo a gás é: qinB = 0,3 x qin = 0,3 x 2883,5 = 865,05 kJ/kg O trabalho líquido produzido pelo ciclo combinado é a soma dos trabalhos líquidos produzidos pelos ciclos Brayton e Rankine. Portanto: Wliquido = WturbinaB + WturbinaR = (50 x qinB x (1 / ηB)) + (30 x qin x (1 / ηR)) = (50 x 865,05 x (1 / 0,567)) + (30 x 2883,5 x (1 / 0,308)) = 104.947,5 kJ/s O calor fornecido ao ciclo combinado é a soma dos calores fornecidos aos ciclos Brayton e Rankine. Portanto: qin = qinB + qinR = 865,05 + 2883,5 = 3748,55 kJ/kg O rendimento térmico do ciclo combinado é determinado pela relação entre o trabalho líquido produzido pelo ciclo combinado e o calor fornecido ao ciclo combinado. Portanto: ηCC = Wliquido / qin = 104.947,5 / (80 x 3748,55) = 0,350 Portanto, o rendimento térmico do ciclo combinado é de 35,0%.