SISTEMAS TÉRMICOS DE OTÊNCIA · Considerando-se que não haja perda de carga nos dutos de...
35
SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA PROF. RAMÓN SILVA Engenharia de Energia Dourados MS - 2013
Transcript of SISTEMAS TÉRMICOS DE OTÊNCIA · Considerando-se que não haja perda de carga nos dutos de...
SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA
PROF. RAMÓN SILVA
Engenharia de Energia
Dourados MS - 2013
CICLO REAL
Ram
ón
Silv
a -
20
13
2
CICLO SIMPLES -REAL
No ciclo real deve-se considerar as
irreversibilidades nos componentes.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
3
CICLO SIMPLES -REAL
Considerando-se que não haja perda de carga nos
dutos de admissão e escapamento, o seguinte
exercício pode ser utilizado para ilustrar o cálculo
de desempenho de uma turbina a gás.
Determinar os parâmetros de desempenho de um
conjunto gerador de gases de eixo único
considerando-se a atmosfera padrão ISA.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
4
CICLO SIMPLES -REAL Parâmetros de projeto
Ram
ón
Silv
a -
20
13
5
Ambiente
Temperatura 288 K
Pressão 101325 Pa
Compressor
Razão de compressão 10,3
Eficiência isoentrópica 88 %
Vazão mássica de ar 108 Kg/s
Câmara de Combustão
Perda de pressão total 5 %
PCI do Combustível (querosene) 41 MJ/kg
Eficiência de combustão 99 %
Turbina
Eficiência isoentrópica 89 %
Temperatura de entrada na turbina (TIT) máxima 1190 K
Temperatura de saída da turbina (TOT) 873 K
CICLO SIMPLES -REAL
Parâmetros de projeto
Notar que foi fixada uma temperatura máxima
na saída da turbina que poderá ser utilizada para
outros fins, ou seja, apenas parte da energia dos
gases quentes é extraída.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
6
Geral
Eficiência mecânica do motor 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
CICLO SIMPLES -REAL
Compressor
O compressor tem uma razão de compressão de 10,3;
portanto a temperatura isoentrópica (T2’) na saída do
compressor é calculada pela Eq.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
7
KP
PTT
k
k
05.5613,10.288' 4,1
14,11
1
212
CICLO SIMPLES -REAL
Compressor
Rearranjando para definir a temperatura real de
saída do compressor.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
8
KTT
TTcomp
26,59888,0
28876,5602881'2
12
CICLO SIMPLES -REAL
Compressor
A pressão na saída do compressor fica
Ram
ón
Silv
a -
20
13
9
PaPRCP 5,1043647101325*3,10. 12
CICLO SIMPLES -REAL
Compressor
E a potência consumida pelo compressor
Ram
ón
Silv
a -
20
13
10
WTTcmW frioparcomp7
12, 10.364,3)28826,598.(5,1004.108).(.
CICLO SIMPLES -REAL
Compressor
E a potência consumida pelo compressor
Ram
ón
Silv
a -
20
13
11
WTTcmW frioparcomp7
12, 10.364,3)28826,598.(5,1004.108).(.
CICLO SIMPLES -REAL
Câmara de combustão
A temperatura de saída da câmara de combustão
deve ser a temperatura máxima de entrada na
turbina.
Portanto o ganho de temperatura na câmara de
combustão deve ser a diferença entre a TIT e T2.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
12
KTTITTcc 74,59126,5981190)( 2
CICLO SIMPLES -REAL
Câmara de combustão
A potência térmica recebida pelos gases no interior da
câmara é definido pela Eq.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
13
)(. 2,, TTITcmQ qpargcc
CICLO SIMPLES -REAL
Câmara de combustão
A potência térmica liberada pelo combustível é
Ram
ón
Silv
a -
20
13
14
fffcc PCImQ .,
CICLO SIMPLES -REAL
Câmara de combustão
A eficiência de combustão pode ser definida como a
razão entre essas duas grandezas.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
15
ff
qpar
cc
PCIm
TTITcm
.
)(. 2,
CICLO SIMPLES -REAL
Câmara de combustão
Portanto a razão combustível/ar é definida por
Ram
ón
Silv
a -
20
13
16
01693,041000000*99,0
74,591.9,1148
.
)( 2,
fcc
qp
ar
f
PCI
TTITc
m
mf
CICLO SIMPLES -REAL
Câmara de combustão
Então a vazão mássica de combustível é determinada
por
Ram
ón
Silv
a -
20
13
17
skgfmm arf /809,1108.01693,0.
CICLO SIMPLES -REAL
Câmara de combustão
E a pressão na saída da câmara é determinada por
Ram
ón
Silv
a -
20
13
18
PaPPP cc 1,991465)05,01(*5,1043647)1.(23
CICLO SIMPLES -REAL
Turbina
A vazão dos gases na turbina é a soma das vazões de
combustível e ar
Ram
ón
Silv
a -
20
13
19
skgmmm arfgturb /809,109108809,1
CICLO SIMPLES -REAL
Turbina
A potência na turbina será
Ram
ón
Silv
a -
20
13
20
WTITTcmW qpgturbturb7
4, 10.99,3)8731190.(9,1148.809,109).(.
CICLO SIMPLES -REAL
Turbina
A potência na turbina será
Ram
ón
Silv
a -
20
13
21
WTITTcmW qpgturbturb7
4, 10.99,3)8731190.(9,1148.809,109).(.
CICLO SIMPLES -REAL
Motor
A potência líquida do gerador de gases é
Ram
ón
Silv
a -
20
13
22
WWW
Wmec
turbturbliq
677
10.14,699,0
10.364,310.99,3
CICLO SIMPLES -REAL
Motor
E a eficiência do motor
Ram
ón
Silv
a -
20
13
23
%6,8086,010.41.809,1
10.14,6
.6
6
PCIm
W
f
liq
eng
CICLO SIMPLES -REAL
Motor
E o consumo específico
Ram
ón
Silv
a -
20
13
24
MWskg
W
msfc
liq
f./282,0
14,6
809,1
TURBINA LIVRE
Exercício 2.3 – Considerando-se o gerador de
gases do exercício anterior, determinar a potência
no eixo da turbina livre, utilizada para aplicação
marítima, a relação ar/combustível e o consumo
específico.
Ram
ón
Silv
a -
20
13
25Turbina de Potência
Eficiência isoentrópica 89 %
Eficiência mecânica 99 %
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
26
Gerador de gases
Para o compressor e para a câmara de combustão
continuam valendo os cálculos realizados no exercício
anterior, porém para a turbina do compressor deve-se
considerar somente a potência gerada para suprir o
compressor. Portanto:
WW
Wmec
compturbcomp
77
10.398,399,0
10.364,3
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
27
E a temperatura real
KTTIT
TITTturb
34,88789,0
36,92011901190'4
4
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
28
E a pressão na saída da turbina do compressor
PaT
TPP
k
k
3549661,991465 14,1
4,11
3
434
PaT
TPP
k
k
3549661,991465 14,1
4,11
3
434
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
29
Considerando-se que não há perdas no
escapamento a temperatura isoentrópica na
saída da turbina de potência é:
PaT
TPP
k
k
3549661,991465 14,1
4,11
3
434
KP
PTT
k
k
2,620354966
101325.36,920'
4,1
14,11
4
545
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
30
E a temperatura real
KTTTT tp 58,649)2,62032,887(89,034,887)( '5445
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
31
E então a potência de eixo da turbina livre é
WTTcmW qpgturbturb7
54, 10.0,3)58,64934,887.(9,1148.809,109).(.
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
32
Considerando-se o rendimento mecânico
PaT
TPP
k
k
3549661,991465 14,1
4,11
3
434
WWW turbTLtl67 10.7,2610.0,3.99,0
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
33
Portanto o consumo específico
MWskg
W
msfc
tl
f./067,0
67,26
809,1
TURBINA LIVRE
Ram
ón
Silv
a -
20
13
34
E a eficiência
%3636,010.41.809,1
10.67,26
.6
6
PCIm
W
f
tleng
BIBLIOGRAFIA
Barbosa, J – MEM 41 – Notas de aula
Boyce, M. P. Gas turbine engineering handbook Boston Gulf, ;
c2006. 936 p. : il.
Cohen, H. Rogers, G.F.C. Saravanamuttoo, H.I.H., Gas turbine
theory.E, Pearson, 5th Ed. 2001
Ram
ón
Silv
a -
20
13
35
