2a Prova de Avaliação SHT-solução - 1_2014.pdf
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PRÓ-REITORIA ACADÊMICA Curso de Engenharia Elétrica AL0056: Sistemas Hidráulicos e Térmicos Campus Alegrete 1/3 2 a . Avaliação Sistemas Hidráulicos e Térmicos – 2014 1. (2,0) Que diferenças de processo são encontradas entre os ciclos térmicos de Rankine e Brayton? Em que condições particulares eles são empregados? Que combustíveis são mais utilizados em cada ciclo? Rankine Brayton Utiliza o vapor como fluído térmico Utiliza o Ar como fluído térmico Transferência de Energia Térmica indireta – o combustível transfere para o vapor e este se expande na turbina Transferência de Energia Térmica direta – o combustível misturado ao ar explode e expande-se na turbina O vapor é reutilizado no ciclo térmico, condensando-se na forma pressurizada O ar não pode ser reutilizado no processo, constitui-se em um ciclo aberto 2. (1,5) Conceitue entropia e entalpia em ciclos térmicos. Como elas se inter- relacionam? Entalpia é a grandeza física que descreve a energia interna total de um sistema (conteúdo calorífico de uma substância química), [ Joule por mol]. A entropia é uma grandeza termodinâmica . Ela mede a parte da energia que não pode ser transformada em trabalho e então é dissipada na forma de calor. Ou seja, a entalpia estuda a energia total de um sistema, enquanto que a entropia estuda a energia que não pode ser transformada em trabalho (energia dissipada) 3. (1,5) O que se entende por sistemas de cogeração? Como são classificados em função dos produtos gerados? A cogeração, definida como o processo de transformação de energia térmica de um combustível em mais de uma forma de energia útil. As formas de energia úteis mais frequentes são a energia mecânica e a térmica. A energia mecânica pode ser utilizada diretamente no acionamento de equipamentos ou para geração de energia elétrica. A energia térmica é utilizada diretamente no atendimento das necessidades de calor para processos, ou indiretamente na produção de vapor ou na produção de frio. Existem dois grandes grupos básicos de sistemas de Cogeração definido em função da sequencia de utilização de energia: “topping cycle” e “bottoming cycle”. Topping cycle - o energético é utilizado primeiro para a obtenção de energia elétrica (mecânica) em turbinas ou motores e o calor rejeitado é recuperado para produção de energia térmica. Bottoming cycle - o energético é utilizado primeiro para gerar vapor que é utilizado na produção de energia elétrica em turbinas a vapor. Em seguida o vapor é repassado ao processo.
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PR-REITORIA ACADMICA Curso de Engenharia Eltrica AL0056: Sistemas Hidrulicos e Trmicos Campus Alegrete
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2a. Avaliao Sistemas Hidrulicos e Trmicos 2014
1. (2,0) Que diferenas de processo so encontradas entre os ciclos trmicos de
Rankine e Brayton? Em que condies particulares eles so empregados? Que
combustveis so mais utilizados em cada ciclo?
Rankine Brayton
Utiliza o vapor como fludo trmico Utiliza o Ar como fludo trmico
Transferncia de Energia Trmica indireta o combustvel transfere para o vapor e este se expande na turbina
Transferncia de Energia Trmica direta o combustvel misturado ao ar explode e expande-se na turbina
O vapor reutilizado no ciclo trmico, condensando-se na forma pressurizada
O ar no pode ser reutilizado no processo, constitui-se em um ciclo aberto
2. (1,5) Conceitue entropia e entalpia em ciclos trmicos. Como elas se inter-
relacionam?
Entalpia a grandeza fsica que descreve a energia interna total de um sistema
(contedo calorfico de uma substncia qumica), [ Joule por mol].
A entropia uma grandeza termodinmica . Ela mede a parte da energia que no pode
ser transformada em trabalho e ento dissipada na forma de calor.
Ou seja, a entalpia estuda a energia total de um sistema, enquanto que a entropia
estuda a energia que no pode ser transformada em trabalho (energia dissipada)
3. (1,5) O que se entende por sistemas de cogerao? Como so classificados em
funo dos produtos gerados?
A cogerao, definida como o processo de transformao de energia trmica de
um combustvel em mais de uma forma de energia til. As formas de energia
teis mais frequentes so a energia mecnica e a trmica. A energia mecnica
pode ser utilizada diretamente no acionamento de equipamentos ou para
gerao de energia eltrica. A energia trmica utilizada diretamente no
atendimento das necessidades de calor para processos, ou indiretamente na
produo de vapor ou na produo de frio.
Existem dois grandes grupos bsicos de sistemas de Cogerao definido em
funo da sequencia de utilizao de energia: topping cycle e bottoming
cycle.
Topping cycle - o energtico utilizado primeiro para a obteno de energia
eltrica (mecnica) em turbinas ou motores e o calor rejeitado recuperado para
produo de energia trmica.
Bottoming cycle - o energtico utilizado primeiro para gerar vapor que
utilizado na produo de energia eltrica em turbinas a vapor. Em seguida o
vapor repassado ao processo.
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4. (2,5) Uma central termeltrica de 500 MW opera segundo um ciclo ideal de
Rankine operando a caldeira com 5 MPa, 450C e c= 75% calor rejeitado a 25
kPa por uma turbina com T= 96%. Considerando os valores referenciais abaixo, determine: (a) Trace o diagrama do ciclo e o diagrama T S. (b) os
rendimentos trmico e do ciclo, (c) a massa de combustvel por hora, para um
poder calorfico de 29.300 kJ/kg.
Estado Trmico Volume Especfico
Entalpia [kJ/kg]
Entropia
[kJ/kg. K ] [m3/kg] Lquido Vapor Lquido Vapor
gua Saturada Condensada 0,001020 271,96 2.345,5 0,8932 6,9375
Vapor Superaquecido 0,006330 3.317,2 6,8210
Agua Saturada Pressurizada 0,0010267 277,03 1,0723
Ponto [m3/kg] Lquido [hf] Vapor [hfg] Lquido [sf] Vapor [sfg]
1,4 gua Saturada Condensada 0,00102 271,96 2.345,50 0,8932 6,9375
3 Vapor Superaquecido 0,00633
2 Agua Saturada Pressurizada 0,0010267
P= 500 MW
PCS= 29.300 kJ/kg
p2=p3= 5 Mpa
T3 450oC
Caldeira 75%
Turbina 96%
p4= 25 kPa
Soluo:
h1= 271,96 kJ/kg
v1= 0,00102 m3/kg
5,0745 kJ/kg
Ponto 2
277,03 kJ/kg
Ponto 3
p2=p3= 5 Mpa h3= 3.317,20 kJ/kg
T3 450oC s3= 6,821 kJ/kg
oK
Ponto 4
85,45%
h4=h2+x4*Hfg= 2.276,09 kJ/kg
qin=(h3 - h2)= 3.040,17 kJ/kg
2.004,13
34,08%
24,54%
2.037.794,00 kJ
m=Qin/PCS 69,55 kg/s 250,38 T/h
h2=h1 + wB=
x4=(s4 - sf)/sfg=
qout=(h4 - h1)=
Trmico=(1-qout/qin)=
global=Trmico+Caldeira+Turbina =
Qin=P/global
3.317,20 6,821
277,03 1,0723
Trabalho na Bomba
wB=v1*(p2-p1)=
Estado Trmico
Volume
Especfico
Entalpia [h]
[kJ/kg]
Entropia [s]
[kJ/kg. K ]
Caldeira
Turbina
Bomba
Condensador
Wbomba,in
Wturbina,out
Wbomba,in
Wturbina,out5 MPa
25 kPa
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5. (2,5) Uma mquina trmica opera segundo um Ciclo Ideal de Carnot. A fonte
quente opera a 250C, com uma entalpia de vapor de 1.715,3 kJ/kg e rejeitando
calor uma presso de 10 kPa e temperatura de 45,8C. (a) Trace o diagrama T
S determinando (b) o rendimento trmico e (c) o trabalho lquido.
lCombustv e
Entrada
Global
entrada
entrada
sadaTrmicoabBomba
v
pk
1k
1
2
1
2
H
LH
H
L
H
LL
PCS
Qm
PQ
q
q1)pp(*W
c
ck
p
p
T
Tp.W
Q
WQQW
T
T
Q
Q
W
Q
=
===
=
======
TH= 250oC 523
oK
TL= 45,8oC 318,8
oK
hH= 1715,3 kJ/kg
pL= 10 kPa
Soluo
Th= 0,39044 39,04%
hH=qin= 1715,3 kJ/kg
qout= 1.045,58 kJ/kg
wLiq= 669,72 kJ/kg
H
LTh
T
T1=
H
Linout
T
T*qq =
inThLiq q*=
