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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.

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1 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

2 Rendimento do Ciclo Rankine

3 Exemplo 1 – Solução P=2MPa P=10kPa X=0 (líquido) X=1 (vapor) Expansão Isentrópica S1=S2 Compressão Isentrópica S3=S4 Transferência de calor a pressão constante P2=P3=10kPa Transferência de calor a pressão constante P4=P1=2MPa X=? (vapor+líquido)

4 Exemplo 1 – Solução Da Tabela temos: P=2MPa P=10kPa

5 Volume de controle: Bomba Na bomba o fluido de trabalho é a água (líquido incompressível): Exemplo 1 – Solução

6 Volume de controle: Turbina Para achar o título: Exemplo 1 – Solução h1 (P=2MPa) h2 (P=10kPa) X=1 X=? Expansão Isentrópica S1=S2

7 Volume de controle: Caldeira Exemplo 1 – Solução h1 (P=2MPa) h3 (P=10kPa)

8 Volume de controle: Condensador A eficiência térmica: Exemplo 1 – Solução

9 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. Exemplo 2 – Ciclo Brayton

10 10 Rendimento do Ciclo Brayton Relações para processos isentrópicos e ar como gás ideal:

11 Exemplo 2 – Solução P1=0,1 MPa T1=15°C P2=1 MPa T3=1100°C Ar (gás ideal, padrão frio) cp=1,004 kJ/kg.K k=1,4

12 Volume de controle: Compressor Exemplo 2 – Solução

13 Volume de controle: Turbina Exemplo 2 – Solução

14 Volume de controle: Câmara de Combustão A eficiência térmica: Exemplo 2 – Solução

15 A relação de compressão num ciclo padrão a ar Otto é 10. No inicio do curso de compressão, a pressão é igual a 0,1 Mpa e a temperatura é 15°C. Sabendo que a transferência de calor ao ar, por ciclo, é igual 1800 kJ/kg de ar, determine o rendimento térmico do ciclo. Considere ar como gás ideal. Exemplo 3 – Ciclo Otto

16 16 Rendimento do Ciclo Otto Processo 1-2: compressão isentrópica do ar Processo 2-3: transferência de calor a volume constante Processo 3-4: expansão isentrópica Processo 4-1: escape

17 17 Rendimento do Ciclo Otto r = taxa de compressão Para processos isentrópicos Quando c v é constante:

18 Exemplo 3 – Solução r = P1=0,1MPa T1=15°C Q H =Q 2-3 =1800kJ/kg Ar como gás ideal: k = 1,4 c V =0,717 kJ/kg.k R = 0,287 kJ/kg.k

19 Exemplo 3 – Solução A eficiência térmica:

20 Um ciclo padrão a ar Diesel apresenta relação de compressão igual a 20 e o calor transferido ao fluido de trabalho, por ciclo, é 1800 kJ/kg. Sabendo que no início do processo de compressão, a pressão é igual a 0,1 MPa e a temperatura é 15°C, determine o rendimento térmico do ciclo. Considere ar como gás ideal. Exemplo 4 – Ciclo Diesel

21 21 Rendimento do Ciclo Diesel r c = razão de corte (V 3 /V 2 )

22 Exemplo 4 – Solução r = 20 Q H =Q 2-3 =1800kJ/kg P1=0,1MPa T1=15°C Ar como gás ideal: k = 1,4 c p =1,004 kJ/kg.k c V =0,717 kJ/kg.k R = 0,287 kJ/kg.k

23 Calculando v 2 Calculando T 2 : Calculando P 2 : Exemplo 4 – Solução Calculando v 1

24 Calculando T 3 : Calculando V 3 : P constante Exemplo 4 – Solução

25 Calculando T 4 : Calculando P 4 : Exemplo 4 – Solução

26 Calculando Q L : Exemplo 4 – Solução


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