SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

Transcrição

1 SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA PROF. RAMÓN SILVA Engenharia de Energia Dourados MS

2 CICLO REAL 2

3 No ciclo real deve-se considerar as irreversibilidades nos coponentes. 3

4 Considerando-se que não haja perda de carga nos dutos de adissão e escapaento, o seguinte exercício pode ser utilizado para ilustrar o cálculo de desepenho de ua turbina a gás. Deterinar os parâetros de desepenho de u conjunto gerador de gases de eixo único considerando-se a atosfera padrão ISA. 4

5 Parâetros de projeto Abiente Teperatura 288 K Pressão Pa Copressor Razão de copressão 10,3 Eficiência isoentrópica 88 % Vazão ássica de ar 108 Kg/s Câara de Cobustão Perda de pressão total 5 % PCI do Cobustível (querosene) 41 MJ/kg Eficiência de cobustão 99 % Turbina Eficiência isoentrópica 89 % Teperatura de entrada na turbina (TIT) áxia 1190 K Teperatura de saída da turbina (TOT) 873 K 5

6 Parâetros de projeto Geral Eficiência ecânica do otor 99 % Calor específico a pressão constante parte fria 1004,5 J/kgK Calor específico a pressão constante parte quente 1148,9 J/kgK Constante do ar 287 J/kgK Razão entre calores específicos 1,4 Notar que foi fixada ua teperatura áxia na saída da turbina que poderá ser utilizada para outros fins, ou seja, apenas parte da energia dos gases quentes é extraída. 6

7 Copressor O copressor te ua razão de copressão de 10,3; portanto a teperatura isoentrópica (T2 ) na saída do copressor é calculada pela Eq. k1 1,41 P k 2 1,4 T2 ' T ,3 P K 7

8 Copressor Rearranjando para definir a teperatura real de saída do copressor. T2' T1 560, T2 T ,88 cop 598,26K 8

9 Copressor A pressão na saída do copressor fica P RC P 10,3* , 5Pa

10 Copressor cop E a potência consuida pelo copressor ar. c p, frio.( T2 T1 ) ,5.(598,26 288) 3,

11 Copressor cop E a potência consuida pelo copressor ar. c p, frio.( T2 T1 ) ,5.(598,26 288) 3,

12 Câara de cobustão A teperatura de saída da câara de cobustão deve ser a teperatura áxia de entrada na turbina. Portanto o ganho de teperatura na câara de cobustão deve ser a diferença entre a TIT e T2. T cc ( TIT T2 ) ,26 591, 74K 12

13 Câara de cobustão A potência térica recebida pelos gases no interior da câara é definido pela Eq. Q cc, g ar T. c p, q ( TIT 2) 13

14 Câara de cobustão A potência térica liberada pelo cobustível é Q. PCI cc, f f f 14

15 Câara de cobustão A eficiência de cobustão pode ser definida coo a razão entre essas duas grandezas. cc ar. c p, q ( TIT T2 f. PCI f ) 15

16 Câara de cobustão Portanto a razão cobustível/ar é definida por f f ar c p, q ( TIT T2 ). PCI cc f 1148,9.591,74 0,99* ,

17 Câara de cobustão Então a vazão ássica de cobustível é deterinada por f ar. f 0, ,809kg / s 17

18 Câara de cobustão E a pressão na saída da câara é deterinada por P3 P2.(1 Pcc ) ,5*(1 0,05) , 1Pa 18

19 Turbina A vazão dos gases na turbina é a soa das vazões de cobustível e ar gturb f ar 1, ,809kg / s 19

20 Turbina A potência na turbina será turb gturb. c p, q.( T4 TIT ) 109, ,9.( ) 3,

21 Turbina A potência na turbina será turb gturb. c p, q.( T4 TIT ) 109, ,9.( ) 3,

22 Motor A potência líquida do gerador de gases é liq turb ec turb 3, , ,99 7 6,

23 Motor E a eficiência do otor eng f liq. PCI 6, , ,086 8,6% 23

24 Motor E o consuo específico sfc f liq 1,809 6,14 0,282kg / s. M 24

25 TURBINA LIVRE Exercício 2.3 Considerando-se o gerador de gases do exercício anterior, deterinar a potência no eixo da turbina livre, utilizada para aplicação arítia, a relação ar/cobustível e o consuo específico. Turbina de Potência Eficiência isoentrópica 89 % Eficiência ecânica 99 % 25

26 TURBINA LIVRE Gerador de gases Para o copressor e para a câara de cobustão continua valendo os cálculos realizados no exercício anterior, poré para a turbina do copressor deve-se considerar soente a potência gerada para suprir o copressor. Portanto: turbcop cop ec 3, ,99 7 3,

27 TURBINA LIVRE E a teperatura real TIT T4' ,36 T4 TIT ,89 turb 887,34K 27

28 k 1,4 k1 1, ,1 T4 P P3 T Pa TURBINA LIVRE E a pressão na saída da turbina do copressor k 1,4 T k 1 4 1,4 1 P4 P ,1 T Pa 28

29 k 1,4 k1 1, ,1 T4 P P3 T Pa TURBINA LIVRE Considerando-se que não há perdas no escapaento a teperatura isoentrópica na saída da turbina de potência é: k1 1,41 P k ,4 T5 ' T4 920,36. P ,2K 29

30 TURBINA LIVRE E a teperatura real T T tp T T ) 887,34 0,89(887,32 620,2) 649, 58K 5 4 ( 4 5' 30

31 TURBINA LIVRE E então a potência de eixo da turbina livre é turb gturb. c p, q.( T4 T5 ) 109, ,9.(887,34 649,58) 3,

32 k 1,4 k1 1, ,1 T4 P P3 T Pa TURBINA LIVRE Considerando-se o rendiento ecânico tl TL turb 7 0,99.3, ,

33 TURBINA LIVRE Portanto o consuo específico sfc f tl 1,809 26,67 0,067kg / s. M 33

34 TURBINA LIVRE E a eficiência eng f tl. PCI 26, , ,36 36% 34

35 BIBLIOGRAFIA Barbosa, J MEM 41 Notas de aula Boyce, M. P. Gas turbine engineering handbook Boston Gulf, ; c p. : il. Cohen, H. Rogers, G.F.C. Saravanauttoo, H.I.H., Gas turbine theory.e, Pearson, 5th Ed