CICLOSBR 1996/Cesgranrio 01. Usinas termoelétricas, para geração de energia elétrica, com potencia necessária para o atendimento de uma cidade grande, operam segundo o Ciclo Térmico: a) Rankine com reaquecimento apenas. b) Rankine com regeneração apenas. c) Rankine com regeneração e aquecedores de água de alimentação. d) Stirling com regeneração. e) Ericsson com regeneração. Rankine com regeneração é aquele no qual a água é aquecida depois de passar na bomba (fica saturada antes de entrar na caldeira). Rankine de Reaquecimento (aquecedores de água) é aquele no qual o fluido é aquecido para tirar a umidade (evita cavitação). Os dois processos são utilizados em termoelétricas. Infraero 2003/NCE 26. Em um ciclo de refrigeração por compressão mecânica a vapor, o elemento que retira calor do meio a ser resfriado chama-se: A) expansor; B) compressor; C) ventilador; D) condensador; E) evaporador. Ciclo de refrigeração por compressão mecânica a vapor Processo 1-2: compressão adiabática (isoentrópica) reversível no compressor desde o estado de vapor saturado até a pressão de condensação com aumento de pressão e temperatura. Processo 2-3: rejeição reversível de calor ao meio à pressão constante no condensador, passando da fase gasosa para a fase líquida, diminuindo a temperatura do fluido refrigerante inicialmente e condensando-o depois (mudança de fase à temperatura constante). Processo 3-4: expansão irreversível do flido refrigerante à entalpia constante (isoentálpica) na válvula de expansão desde o estado de líquido saturado até a pressão de evaporação com queda de pressão e temperatura. Processo 4-1: ganho de calor pela retirada de calor do ambiente (gerando frio) à temperatura e pressão constantes no evaporador, produzindo a evaporação do fluido refrigerante até o estado de vapor saturado. Eletrobrás 2005/NCE 62. Considere o ciclo ideal de Rankine com superaquecimento representado no diagrama Temperatura versus Entropia da figura. Seja hi a entalpia do vapor no estado i, onde i=1,2,3,4. O trabalho líquido por unidade de massa gerado por este ciclo é dado por: (A) (h3 – h2) (B) (h3 – h4) – (h3 – h2) (C) (h2 – h1) (D) (h3 – h4) – (h2 – h1) (E) (h4 – h1) Segue abaixo o esboço do ciclo de Rankine ideal; 1 O ciclo de Carnot é composto de quatro processos reversíveis. 2 . 3-4: expansão adiabática reversível na turbina. 1-2: bombeamento adiabático reversível na bomba. .Processos que compões o ciclo de Rankine: . . (E) isotérmicos e dois isobáricos. 4-1: transferência de calor a pressão constante. O ciclo de Carnot é um ciclo teórico reversível constituídos por dois processos isotérmicos (temperatura constante) e dois processos adiabáticos (entropia constante) Ciclo de Carnot: diagrama temperatura x entropia: Ciclo de Carnot: diagrama pressão x volume: Processo 2-1: compressão isentrópica Processo 2-3: expansão isotérmica Processo 3-4: expansão isentrópica Processo 4-1: compressão isotérmica Eletrobrás 2005/NCE 64. sendo dois processos: (A) isentrópicos e dois isobáricos. (D) isentálpicos e dois isotérmicos. (B) isotérmicos e dois isentrópicos. A figura ilustra o ciclo ideal de Brayton em um diagrama Temperatura versus Entropia. O cálculo do trabalho do ciclo é dado por: 𝑊 = 𝑊𝑡 − 𝑊𝑏 = ∆ℎ𝑡 − ∆ℎ𝑏 = (ℎ3 − ℎ4 ) − (ℎ2 − ℎ1 ) Emgerpron 2004 cargo S-AMT 007/NCE 28. (C) isobáricos e dois isentáplicos. 2-3: transferência de calor a pressão constante na caldeira . no condensador. (D) o processo 2-3 corresponde à descarga dos gases da turbina e à admissão do ar no compressor. (E) o processo 3-4 corresponde à compressão do ar no ciclo. (B) o processo 1-2 corresponde à expansão dos gases na turbina. C) rejeição de calor para a fonte quente. . O ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor envolve irreversibilidades internas no processo de: A) absorção de calor da fonte fria. 4-1: saindo da turbina. (C) o processo 4-1 corresponde ao fornecimento de calor ao ciclo na câmara-de-combustão da turbina a gás. pode-se afirmar que: (A) o processo 2-3 corresponde ao fornecimento de calor ao ciclo na câmara-de-combustão da turbina a gás. ocorre o descarregamento de ar na atmosfera sob pressão constante. . Segue abaixo o esboço do ciclo de refrigeração por compressão mecânica a vapor: Diagrama temperatura x entropia: 3 . Segue abaixo o esboço do ciclo de Brayton ideal: Processos que compõe o ciclo de Brayton: . com a injeção de combustível.Com relação aos processos termodinâmicos indicados neste diagrama. D) remoção de umidade. . B) compressão. o ar se expande devido ao fornecimento de calor pelo processo de combustão sob pressão constante. Eletronorte 2005/NCE 56. 3-4: o ar aquecido pela combustão movimenta uma turbina num processo teoricamente adiabático. 1-2: o ar é comprimido de forma adiabática por um compressor tipo axial. 2-3: ao passar pela câmara de combustão. E) expansão. Assim pode-se diminuir a presença de líquido nos estágios de baixa pressão na turbina e aumentar o rendimento do ciclo. é utilizado crescentemente em temoelétricas ou em unidades de cogeração. B) Rankine. o mesmo se torna inviável por requerer bombeamento de vapor mais líquido. produzindo a evaporação do fluido refrigerante até o estado de vapor saturado. o vapor é extraído de um estágio intermediário da turbina. Usinas termoelétricas para geração de energia elétrica. bem como pela ampla disponibilidade. No ciclo regenerativo a idéia principal consiste no aumento da temperatura média do fluído de trabalho no ciclo pelo aquecimento da mistura da água de alimentação. com reaquecimento apenas. Processo 4-1: ganho de calor pela retirada de calor do ambiente (gerando frio) à temperatura e pressão constantes no evaporador. a preferência pela água em turbinas a vapor se dá pelo seu alto calor específico e calor latente de vaporização. com regeneração e aquecedores de água de alimentação. e retorna então à turbina para completar a expansão. com regeneração. O ciclo ideal de Rankine é o ciclo ideal para uma unidade motora simples a vapor. ou seja com expansão e. com regeneração apenas. fazendo com que o rendimento do ciclo também aumente. passando da fase gasosa para a fase líquida. Para melhorar o rendimento do ciclo. Embora o ciclo de Carnot seja o que apresenta melhor rendimento térmico. requerer superaquecimento a temperatura constante.Processo 1-2: compressão adiabática (isoentrópica) reversível no compressor desde o estado de vapor saturado até a pressão de condensação com aumento de pressão e temperatura. Processo 3-4: expansão irreversível do flido refrigerante à entalpia constante (isoentálpica) na válvula de expansão desde o estado de líquido saturado até a pressão de evaporação com queda de pressão e temperatura. C) Rankine. 4 . irá operar só com vapor úmido e com baixo título no final da expansão. Companhia de eletricidade do Amapá 2006/ UNAMA 18. O vapor superaquecido por acionamento mecânico. operam segundo o Ciclo Térmico: A) Rankine. D) Ericsson. diminuindo a temperatura do fluido refrigerante inicialmente e condensando-o depois (mudança de fase à temperatura constante). com potência necessária para o atendimento de uma cidade grande. Processo 2-3: rejeição reversível de calor ao meio à pressão constante no condensador. caso não utilize superaquecimento a turbina. volta para a caldeira para ser aquecido. Na produção de energia elétrica. Sendo Pi. As variações de energia cinética e de energia potencial gravitacional nos equipamentos do ciclo são desprezíveis. = 𝑞𝐵𝐶 + 𝑞𝐷𝐸 = (ℎ𝐶 − ℎ𝐵 ) + (ℎ𝐸 − ℎ𝐷 ) Trabalho nas turbinas: 5 . A primeira turbina recebe o vapor da caldeira à alta pressão. que tem uma turbina de alta pressão e uma turbina de baixa pressão. Com a produção de trabalho pelas duas turbinas. O ciclo de Ericson sitado na alternativa D é um ciclo similar ao ciclo Brayton. 𝜂𝑒𝑓𝑒𝑡𝑖𝑣𝑜 = 𝜂𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜 . Considere um ciclo Rankine. Mas é válido afirmar que o uso destes dois ciclos em um único ciclo. conclui-se que a produção de trabalho na turbina aumenta pela implementação do reaquecimento. através do reaquecimento que utiliza o calor da própria caldeira para acionar uma segunda turbina de baixa pressão. a pressão. pois o trabalho realizado pela turbina é utilizado em grande parte para o acionamento do compressor. utilizando o próprio calor da caldeira. em geral. Ti e hi. O seu rendimento é mais baixo comparado com o ciclo Rankine. Companhia de eletricidade do Amapá 2006 /UNAMA 28. apresenta melhor rendimento que estes sózinhos. liberando-o de tal maneira a evitar sua condensação. e máximos valores de operação. maior será a potência distribuída pelo gerador de energia elétrica. e depende do rendimento do ciclo térmico: 𝜂𝑒𝑓𝑒𝑡𝑖𝑣𝑜 = 𝑁𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑁𝑓𝑜𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 . Na entrada da turbina de baixapressão o vapor encontra-se no estado 3 e em sua descarga no estado 4. pode-se dizer que o trabalho gerado nas duas turbinas. Segue abaixo o equacionamento do ciclo de Rankine com reaquecimento: Calor adicionado: 𝑞𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖. O rendimento efetivo é mostrado na equação abaixo. A diferença básica é que consiste de um ciclo de combustão externa como o ciclo Stirling. O vapor encontra-se na entrada da turbina de alta pressão no estado 1 e em sua descarga no estado 2. 𝜂𝑚𝑒𝑐â𝑛𝑖𝑐𝑜 Das equações acima é fácil provar que quanto maior o rendimento efetivo. O aumento no rendimento se dá. por unidade de massa de vapor é: A) (h1 − h4) B) (h1 − h2) + (h3 − h4) C) (P1 − P4) D) (P1 − P2) + (P3 − P4) O ciclo de Rankine com reaquecimento utiliza duas turbinas em série. a temperatura e a entalpia específica respectivamente. com reaquecimento. na ordem de 4 a 5% quando comparados ao rendimento do ciclo de Rankine normal. O fato deste aumento de rendimento está na produção de trabalho pela turbina de baixa pressão. do vapor no estado i.Não se tem como avaliar a melhor opção de rendimento entre o ciclo regenerativo e o ciclo com reaquecimento sem dados numéricos. as mesmas são desigandas pelos estados 3 e 4. Já para a entrada e saída na turbina de baixa pressão. a entrada e a saída na turbina de alta pressão são designadas pelos estados 1 e 2. um condensador isobárico. a relação entre a energia retirada da fonte fria e a energia motriz requerida: 𝐶𝑂𝑃 = 𝑄2 𝑊 = 𝑄2 𝑄1 −𝑄2 = 𝑇2 𝑇1 −𝑇2 onde 𝑄1 é o calor rejeitado para a fonte quente (condensador). 2. Considere um ciclo teórico de refrigeração por compressão de vapor consistindo de um compressor adiabático e reversível. O aumento da temperatura no condensador aumenta a potência consumida pelo compressor. C) Apenas as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras. O aumento da temperatura no evaporador aumenta o coeficiente de performance do ciclo de refrigeração. Estes dois ciclos quando implementados na prática podem apresentar algumas diferenças de comportamento em relação ao previsto nos ciclos ideais. pois são grandezas diretamente proporcionais. = 𝑊𝐶𝐷 + 𝑊𝐸𝐹 = (ℎ𝐶 − ℎ𝐷 ) + (ℎ𝐸 − ℎ𝐹 ) Calor rejeitado: 𝑞𝑟𝑒𝑗 = 𝑞𝐹𝐴 = ℎ𝐴 − ℎ𝐹 Trabalho na bomba: 𝑊𝐴𝐵 = ℎ𝐴 − ℎ𝐵 Para o exercício em questão. O aumento da temperatura no evaporador aumenta a potência consumida pelo compressor. Definindo o coeficiente de performance do ciclo como a razão entre a taxa de transferência de calor no evaporador e o valor em módulo da potência consumida no compressor. = (ℎ𝐶 − ℎ𝐷 ) + (ℎ𝐸 − ℎ𝐹 ) = (ℎ1 − ℎ2 ) + (ℎ3 − ℎ4 ) Polícia civil de Pernambuco 2006/IPAD 35. Baseado no comportamento real destes ciclos de potência considere as seguintes afirmativas: 6 . 𝑇1 e a temperatura do condensador.𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏. 2. 1. respectivamente. B) Apenas as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. 2 e 3 são verdadeiras. um tubo capilar isoentálpico e um evaporador isobárico. O estado termodinâmico na entrada da turbina é vapor saturado e na saída do condensador é líquido saturado. I – Incorreta: quanto maior 𝑇2 (temperatura do evaporador) e 𝑄2 (calor retirado da fonte fria no evaporador). 𝑇2 é a temperatura do evaporador e W é o trabalho realizado pelo compressor. pois são grandezas inversamente proporcionais. Esse aumento implica na diminuição da potência consumida no compressor. O aumento da temperatura no condensador aumenta o coeficiente de performance do ciclo de refrigeração. 3 e 4 são verdadeiras. Quanto maior 𝑇1 (temperatura do condensador) e 𝑄1 (calor rejeitado para a fonte quente no condensador). ou seja. teremos: 𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏. considere as seguintes afirmativas. IV – Incorreta: o aumento da temperatura no evaporador (𝑇2 ) aumenta o COP. Adaptando a fórmula de acordo com a equação. Assinale a alternativa correta: A) Apenas as afirmativas 1 e 4 são verdadeiras. Essa diminuição implica no aumento da potência consumida no compressor. menor o valor de COP. D) As afirmativas 1. Os dois principais ciclos de geração de potência são os ciclos Rankine e Brayton. respectivamente. 3. 𝑄2 é o calor retirado da fonte fria (evaporador). III – Correta: o aumento de temperatura no condensador (𝑇1 ) diminui o COP. O coeficiente de performance (COP) é definido como sendo a razão entre o calor retirado e o trabalho realizado. 4. E) As afirmativas 1. maior o valor de COP. Polícia civil de Pernambuco 2006/IPAD 56. o efeito das perdas é de requerer uma quantidade maior de trabalho no compressor e realizar menor quantidade de trabalho na turbina. A potência utilizada no compressor pode representar 40 a 80% da potência desenvolvida pela turbina. D) Apenas as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras. o seu rendimento térmico será maior. onde um aquecedor de mistura é utilizado para pré-aquecer a água que entra na caldeira. Sempre que se promover o aumento de pressão na caldeira de um ciclo Rankine. 2. 2. Polícia civil de Pernambuco 2006/IPAD 57. O diagrama abaixo representa um ciclo Rankine regenerativo. C) Apenas as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. O rendimento térmico deste ciclo pode ser calculado como: a) 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 +𝑚̇(1−𝛼)(ℎ1 −ℎ2 )+𝑚̇(ℎ3 −ℎ4 ) 𝐸̇𝑐𝑜𝑚𝑏 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 +𝑚̇(1−𝛼)(ℎ1 −ℎ2 )+𝑚̇ (ℎ3 −ℎ4 ) b) c) 𝑚̇ (ℎ3 −ℎ4 ) 𝑚̇(ℎ3 −ℎ4 ) 𝑚̇ (ℎ3 −ℎ2 ) 7 . Sempre que se promover o aumento de pressão na câmara de combustão de um ciclo Brayton. B) Apenas as afirmativas 3 e 4 são verdadeiras. A diminuição da eficiência do compressor em um ciclo Brayton tem um impacto pequeno sobre o rendimento térmico do ciclo. Outras formas são: aumentar a temperatura de saída de vapor da caldeira (superaquecimento) ou diminuir a pressão de entrada da mistura de condensado + vapor na bomba de alimentação. Correta: o aumento da pressão na caldeira de um ciclo Rankine é uma das maneiras de aumentar seu rendimento. 3. é possível aumentar o rendimento térmico.1. A diminuição da eficiência da bomba em um ciclo Rankine tem um impacto pequeno sobre o rendimento térmico do ciclo. mas isso varia conforme uma curva onde o decaimento do rendimento tende a um valor constante. 3. 2. Incorreta: a eficiência de um compressor em um ciclo Brayton tem um impacto grande sobre o rendimento do ciclo. E) As afirmativas 1. A taxa de conversão de energia química em energia térmica. Correta: o trabalho de uma bomba é pequeno se comparado com o calor fornecido ao ciclo. Assinale a alternativa correta: A) Apenas as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. 1. Logo nem sempre aumentando a pressão da câmara de combustão o rendimento terá um valor maior. Isso é importante pelo fato de que quando se considera um ciclo real. o seu rendimento térmico será maior. é Ecomb . Incorreta: o rendimento de um ciclo térmico padrão Brayton é equacionado abaixo: 𝜂𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜 = 1 − 1 𝑘−1 𝑝 ( 2) 𝑘 𝑝1 pode-se notar que é uma expressão em que se aumentando a pressão 𝑝2 (câmara de combustão). 4. 3 e 4 são verdadeiras. durante o processo de combustão. Ele utiliza grande parte do trabalho em sua operação. Representa em torno de 1 a 2% do trabalho da turbina 4. Perda de carga nas tubulações Fator II . a linha designada pela letra A mostra a transformação próxima do real. (1 − 𝛼).Transferência de calor no interior da caldeira Fator III . do fator que causa menor diminuição do rendimento àquele que causa a maior diminuição do rendimento térmico. convecção e condução. Isto ocorre pelas caldeiras trabalharem com altas temperaturas. esta segunda sendo de importância secundária.. decréscimo de rendimento.𝑚̇+(ℎ3 −ℎ4 ). A associação da perda de rendimento no interior das turbinas está no atrito provocado por um escoamento turbulento entre bocais e palhetas e trocas térmicas.e. III e I. Existem vários fatores que causam a diminuição do rendimento térmico de um ciclo real de potência a vapor.𝑚̇ 𝐸̇𝑐𝑜𝑚𝑏 Polícia civil de Pernambuco 2006/IPAD 58.Turbulência no interior da turbina a vapor Considerando a tecnologia utilizada na segunda metade do século XX para usinas termoelétricas operando em ciclo de vapor. a perda de carga provocada pelo atrito nas tubulações.d) e) ̇ ̇ ̇ 4) (ℎ6 −ℎ7 )+𝑚(1−𝛼) (ℎ1 −ℎ2 )𝑚(ℎ3 −ℎ 𝑚̇ (ℎ5 −ℎ6 )+𝑚(1−𝛼) 𝑚̇(ℎ3 −ℎ4 ) 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 𝐸̇𝑐𝑜𝑚𝑏 O rendimento térmico de um ciclo é definido como a razão do trabalho líquido com o calor transferido do reservatório a alta temperatura. comparadas com as temperaturas ambientes. II e III. 𝑚̇ 𝑊̇𝐿𝐼𝑄 = 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 − 𝑊̇𝑏1 − 𝑊̇𝑏2 Como o calor transferido do reservatório a alta temperatura é igual a fluxo de energia térmica oriunda do processo de combustão ‘𝐸̇𝑐𝑜𝑚𝑏 ’ a eficiência do ciclo é dada por: 𝜂= 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 −𝑊̇𝑏1 −𝑊̇𝑏2 𝐸̇𝑐𝑜𝑚𝑏 = 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 +(ℎ1 −ℎ2 ). 𝜂= 𝑊̇𝐿𝐼𝑄 𝑞̇ 𝐻 O trabalho líquido do ciclo é dado pela soma do trabalho realizado pela turbina com os trabalhos fornecidos pelas duas bomba do ciclo: 𝑊̇𝑏1 = (ℎ2 − ℎ1 ). considerando uma ordem decrescente de importância. B) Fator II. i. A lista correta é: A) Fator I. D) Fator I. Pode-se notar a ineficiência da turbina na figura abaixo na transformação ideal 1-2 para a transformação real 1-2R. (superaquecimento de vapor). 8 . esses fatores devem ser listados em ordem crescente de importância. As turbulências no interior da turbina a vapor também podem ser considerada críticas.(1−𝛼). 𝑚̇ 𝑊̇𝑏2 = (ℎ4 − ℎ3 ). são apresentados três fatores de irreversibilidade que diminuem o rendimento térmico. Se forem considerados somente os efeitos de atrito na tubulação que sai da caldeira e entra na turbina. Logo o líquido que se transformou em vapor perde grande calor por radiação. Na lista abaixo. Esses fatores podem ser reunidos em duas categorias de perdas: perdas energéticas devido a um isolamento não apropriado e perdas devido a processos irreversíveis no interior do ciclo. e consequentemente. E) Fator II. são as transferências de calor no interior da caldeira. I e II. As maiores perdas dentro do ciclo termodinâmico de potência a vapor. C) Fator III. Fator I . I e III. III e II. E por último. consequentemente. aumenta o título na saída da turbina. B) Diminuir gases dissolvidos na água. visando minimizar a corrosão. aumenta o título na saída da turbina. (E) Quando a pressão no condensador diminui. provocam uma diminuição da disponibilidade do vapor que entra na turbina. júnior 2006/Cesgranrio 9 . de bolhas. enquanto a pressão na caldeira permanece a mesma. baseando-se em valores de temperatura do fluido que é transferida para a fonte fria (condensador) e para a fonte quente (caldeira). E) Incorreta: a mistura ar/combustível para queima é controlada nos queimadores. não podendo funcionar como filtro. Entre os equipamentos auxiliares está o desaerador. A água entre como vapor saturado úmido ou saturado seco e sai como líquido saturado. de forma a tornar a queima mais próxima da estequiométrica. além dos equipamentos principais (caldeira. diminui a eficiência térmica do ciclo. Petrobras – equip. no ciclo de Rankine. c) na caldeira. visando minimizar a cavitação. O calor transferido para o ambiente para a tubulação pode ser verificado na linha desiganada pela letra D. ocorre a transferência de calor a pressão constante. A) Incorreta: a função do desaerador é a de retirar o ar da água. o processo se dá totalmente com o fluido na forma de vapor saturado. (A) A eficiência térmica pode ser calculada conhecendo-se a temperatura do lado do vapor no condensador e a temperatura média na qual o calor é transferido ao vapor na caldeira. Este sim retira as partículas sólidas que podem vir a se encrustar nas paredes da caldeira. diminuindo o rendimento. Indique-a. aumentando o número de swirl. A diferença básica entre os dois ciclos é que. Em uma termoelétrica a vapor. (D) O aumento da pressão na caldeira. A retirada do ar das tubulações do circuito retira consigo o oxigênio e outros gases nocivos à tubulação sob ponto de vista da corrosão. como a transferência de calor. D) Incorreta: não há relação entre o grau de vorticidade da água e a desaeração. E) Diminuir o excesso de ar na caldeira. A água entrando a uma menor temperatura na bomba dificulta a formação de vapor e. com o objetivo de minimizar a presença de partículas sólidas suspensas. enquanto a pressão na caldeira permanece a mesma. cuja principal função é: A) Filtrar a água no condensador. condensador e bomba). existe uma série de equipamentos auxiliares. b) no condensador. Alguns são utilizados para promover a correta alimentação dos reagentes na caldeira. enquanto a pressão no condensador permanece a mesma. a) o ciclo de Rankine ideal se aproxima do ciclo de Carnot. O oxigênio é fundamental para que ocorra o processo corrosivo. Tanto a perda de carga. turbina. enquando que o ciclo de Carnot. Das afirmações a seguir. D) Aumentar o grau de vorticidade da água na entrada da turbina. a bomba trabalha apenas com o líquido e a turbina com vapor superaquecido. ocorre a transferência de calor a pressão constante. C) Abaixar a temperatura na entrada da bomba do condensador.onde ocorre um aumento da entropia. Polícia civil de Pernambuco 2006/IPAD 59. enquanto a pressão no condensador permanece a mesma. B) Correta: o desaerador retira os gases presentes na água. diminui a eficiência térmica do ciclo. referentes ao Ciclo de Rankine ideal. O rendimento (η) para as máquinas térmicas. O grau de vorticidade é função da geometria dos ejetores. outros são utilizados para tratar a água percorrendo o ciclo e outros ainda são instalados para minimizar a emissão de gases na atmosfera. C) Incorreta: o desaerador não funciona como arrefecedor. A água entra como líquido comprimido e sai como vapor saturado ou vapor superaquecido. é expresso por: 𝜂= 𝑇𝐻 −𝑇𝐿 𝑇𝐻 .. Petrobras 2006/Cesgranrio 42. só uma está correta. (C) O aumento da pressão na caldeira. (B) A diminuição da pressão no condensador. 180 kJ/kg para a entalpia na saída da turbina e de 8 kJ/kg para o trabalho consumido pela bomba. apenas. (D) II e III. apenas. apenas.Em aplicações onde o peso da instalação é um fator limitante. I .44.O trabalho líquido por unidade de massa do ciclo 1-2-3-4-1 é maior do que o do ciclo 1-2’-3’’-4’’-1. II – o trabalho líquido por unidade de massa do ciclo 1-2-3-4-1 é maior que o do ciclo 1-2’-3’’-4’’-1.4𝐾𝐽/𝐾𝑔 10 . apenas. referentes à figura. O ciclo 1-2’-3’’-4’’-1 é resultante elevando a uma temperatura máxima maior de operação (T 3 para T3’) do ciclo 1-2-3-4-1. I – a eficiência térmica do ciclo padrão Brayton pode ser determinada na seguinte forma: 𝑇 𝑇1 ( 4 ) 𝑄𝐿 𝑐𝑃 (𝑇4 − 𝑇1 ) 𝑇1 − 1 𝜂𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜 = 1 − = 1− = 1− 𝑇 𝑄𝐻 𝑐𝑃 (𝑇3 − 𝑇2 ) 𝑇2 ( 3 ) 𝑇2 − 1 Mas sabe-se que devido as transformações isentrópicas e sobáricas: 𝑇3 𝑇2 = 𝑇4 𝑇1 Então: 𝜂𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜 = 1 − 𝑇1 𝑇2 Para a mesma temperatura T1. mostra o efeito da razão de compressão sobre o Ciclo Brayton ideal. a eficiência térmica do ciclo é : (A) 25% (B) 30% (C) 35% (D) 40% (E) 50% 𝜂𝐵 = ∆ℎ𝐵 𝑊𝐵 → 0. (E) I. Considerando um processo adiabático e reversível nesses equipamentos.700 kJ/kg e 190 kJ/kg.entropia. As entalpias na entrada da turbina e da bomba são. maior a eficiência do ciclo. Petrobras – equip.A eficiência térmica do ciclo 1-2’-3’’-4’’-1 é menor do que a do ciclo 1-2-3-4-1. foi determinado um valor de 1. respectivamente. (C) I e III. (B) I e II. respectivamente. Em um Ciclo de Rankine. abaixo. Este ciclo resultante (1-2’-3’’-4’’-1) tem um rendimento maior que o ciclo original como comprovado na afirmativa I. II e III. O ponto 3 representa a entrada na turbina. quanto maior a temperatura T2. 2.8𝐾𝐽 ℎ𝑆𝐵 − 190𝐾𝐽/𝐾𝑔 = 𝐾𝑔 8𝐾𝐽/𝐾𝑔 → ℎ𝑆𝐵 = 196. O diagrama temperatura .com o aumento da relação de pressão deve-se levar em conta o aumento da massa de fluído para um mesmo volume. mas se fixando em T3. Como 𝑇2′ é maior que T2. III. Considere as afirmações a seguir. mas há uma redução no trabalho por quilograma de fluido que escoa no equipamento. Está(ão) correta(s) a(s) afirmação(ões): (A) I. Nesta situação. a eficiência térmica para o ciclo 1-2’-3’’-4’’-1 é maior que o ciclo 1-2-3-4-1. II . júnior 2006/Cesgranrio 43. é preferível operar com a razão de compressão do ciclo 1-2-34-1 do que a do ciclo 1-2’-3’’-4’’-1. a bomba e a turbina têm eficiências isentrópicas de 80% e 50%. é aumentada a relação de pressão. III . 3% (D) 37% (E) 66.7% (C) 33. obtidos nos componentes de um ciclo de potência: Entalpia específica na entrada da turbina: 3000 Kcal/Kg Entalpia específica na entrada do condensador: 2000 Kcal/Kg Entalpia específica na saída do condensador: 200 Kcal/Kg Entalpia específica na saída da bomba: 300 Kcal/Kg Com base nessas informações. .33 𝑜𝑢 33. ℎ1 = 𝜂= 200𝐾𝑐𝑎𝑙 .4𝐾𝐽 190𝐾𝐽 −( − ) 𝑊𝑡 − 𝑊𝐵 𝑊𝑡 − ∆ℎ𝐵 𝐾𝑔 𝐾𝑔 𝐾𝑔 𝜂= = = = 0. 𝐾𝑔 ℎ2 = 300𝐾𝑐𝑎𝑙 .7% Considerando o ciclo de Rankine como o ciclo de potência: Processos que compões o ciclo de Rankine: .3 𝑜𝑢 30% 2700𝐾𝐽 ∆ℎ𝑄 ∆ℎ𝑄 − 196. juntamente com o seu diagrama temperatura entropia. júnior 2006/Cesgranrio 45. no condensador. 4-1: transferência de calor a pressão constante. 𝐾𝑔 ℎ4 = 2000𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔 (ℎ4 − ℎ3 ) − (ℎ2 − ℎ1 ) (2000 − 3000) − (300 − 200) = = 0. 3-4: expansão adiabática reversível na turbina. . 1-2: bombeamento adiabático reversível na bomba.5 = 2700𝐾𝐽 − 1180𝐾𝐽/𝐾𝑔 𝐾𝑔 → 𝑊𝑡 = 760𝐾𝐽/𝐾𝑔 760𝐾𝐽 196.33% ℎ3 − ℎ2 3000 − 300 Petrobras – equip.𝜂𝑡 = 𝑊𝑡 ∆ℎ𝑡 → 𝑊𝑡 0. 11 . o rendimento do ciclo é: (A) 3.3% (B) 3. júnior 2006/Cesgranrio 26. 𝐾𝑔 𝑊 ∆ℎ𝑡 − ∆ℎ𝑏 = 𝑞𝐻 ∆ℎ𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 → 𝜂= ℎ3 = 3000𝐾𝑐𝑎𝑙 . A figura abaixo representa um esquema de um Ciclo Brayton com regeneração. 2-3: transferência de calor a pressão constante na caldeira .4𝐾𝐽/𝐾𝑔 𝐾𝑔 Petrobras – equip. Considere os seguintes valores de entalpia específica. h 2 e h4 as entalpias nas saída do compressor e na turbina. a eficiência térmica do ciclo da turbina a gás pode ser melhorada pela introdução de um regenerador. esquematizado na figura acima. respectivamente. julgue os itens subseqüentes. Segue abaixo o esboço do ciclo de refrigeração por compressão mecânica a vapor: 12 . o uso do regenerador não demonstra efeito. O mesmo equivale para as temperaturas. Obs. O calor perdido no processo y-1 é reduzido porque parte do calor foi a proveitado no regenerador. ao ser comprimido no compressor. tem pressão e temperatura aumentadas. 77. pois partre do calor é adicionado no processo 2-x. quando a temperatura de saída da turbina T4 é superior à temperatura de saída do compressor T2. A expressão para a eficiência térmica ( ) do regenerador em função das entalpias (h) dos pontos assinalados no esquema é: a) 𝜂 = ℎ𝑥 −ℎ2 ℎ4 −ℎ2 b) 𝜂 = ℎ𝑥 −ℎ2 ℎ4 −ℎ𝑦 c) 𝜂 = ℎ𝑥 −ℎ2 ℎ𝑦 −ℎ1 c) 𝜂 = ℎ𝑦 −ℎ2 ℎ4 −ℎ𝑥 d) 𝜂 = ℎ𝑦 −ℎ2 ℎ4 −ℎ1 No ciclo de turbina a gás com regeneração. IEMA ES 2007/CESPE Considerando os elementos básicos de um sistema de refrigeração por compressão a vapor. O fluido refrigerante. T x é a temperatura na entrada da câmera de combustão. 76. Quando T2 é igual a T4.A eficiência térmica do regenerador é um parâmetro que mede o grau de afastamento entre o processo que ocorre em um regenerador real e aquele que ocorreria em um regenerador que operasse sem irreversibilidades. A função do dispositivo de expansão é aumentar a pressão do refrigerante líquido que vem do condensador e controlar o fluxo de refrigerante que vai para o evaporador. respectivamente. A eficiência térmica do regenerador é calculada pelas seguintes fórmulas: 𝜂𝑟 = ℎ𝑥 − ℎ2 𝑇𝑥 − 𝑇2 𝑜𝑢 𝜂𝑟 = ℎ4 − ℎ2 𝑇4 − 𝑇2 sendo que hx é a entalpia na entrada da câmera de combustão.: Tx = T2 implica em eficiência térmica máxima. T 2 e T4 as temperaturas de saída do compressor e da turbina. ou seja. ficando inviável o deslocamento do sistema. Através da co-geração é possível aproveitar esse calor perdido e utilizá-lo no processo produtivo. a maior parte da energia contida no combustível usado no acionamento das turbinas é transformada em calor perdido para o meio ambiente. Processo 4-1: ganho de calor pela retirada de calor do ambiente (gerando frio) à temperatura e pressão constantes no evaporador. pode-se citar como uma desvantagem significativa (A) a má qualidade da energia elétrica. Não há aumento de impactos ambientais. Nos processos convencionais de transformação da energia fóssil em energia elétrica (centrais termoelétricas). 76. Apesar das muitas vantagens deste método. (D) o aumento do trabalho produzido pela turbina. idealizada pelo engenheiro frânces Carnot e que tem funcionamento apenas teórico. esta não é afetada. em kg/s. Uma central de potência a vapor opera num Ciclo Rankine e a potência gerada na turbina é igual a 7. D) Duas isobáricas e duas isoentrópicas.81 (C) 14. diminuindo a temperatura do fluido refrigerante inicialmente e condensando-o depois (mudança de fase à temperatura constante). a vazão mássica de água no ciclo. B) Duas isotérmicas e duas isobáricas. C) Duas isotérmicas e duas isoentrópicas. Processo 2-3: rejeição reversível de calor ao meio à pressão constante no condensador. passando da fase gasosa para a fase líquida. Funcionando entre duas transformacoes isotérmicas e duas isoentrópicas alternadamente. (E) o aumento dos impactos ambientais. por mais eficiente que seja o processo. O aumento do trabalho produzido pela turbina é uma conseqüência benéfica.5MW=7500KW hSc=4040KJ/Kg hEc=2480KJ/Kg ̇ 4040𝐾𝐽 ̇ 2480𝐾𝐽 ̇ 𝐾𝑔 𝑤 = 𝑚(∆ℎ) → 7500𝐾𝑊 = 𝑚( − ) → 𝑚 = 4. empregado para melhorar a utilização dos recursos energéticos.00 (E) 1560. O ciclo executado pela Maquina de Carnot. (C) o fato de o calor só poder ser usado perto do centro produtor. permite menor perda de energia (Calor) para o meio externo (fonte fria). Transpetro 2008/Cesgranrio 33.5 MW. (B) os altos custos para o desenvolvimento do sistema. Processo 3-4: expansão irreversível do flido refrigerante à entalpia constante (isoentálpica) na válvula de expansão desde o estado de líquido saturado até a pressão de evaporação com queda de pressão e temperatura.21 (B) 4. Falso: a principal finalidade da válvula de expansão é de proporcionar a redução da pressão do fluido refrigerante e controlar o fluxo de massa que entra no evaporador Transpetro 2008/Cesgranrio 32.00 W=7. A co-geração consiste na produção de energia elétrica e de energia térmica. é igual a (A) 0. A energia só pode ser usada perto do centro. Verdadeiro: ver processo 1-2 77. já que a energia é reutilizada. O ciclo de Carnot é representado por quatro processos termodinâmicos que são: A) Duas isobáricas e duas adiabáticas. Quanto a qualidade da energia elétrica. mas este é recuperado frente ao aumento do rendimento do ciclo.Processo 1-2: compressão adiabática (isoentrópica) reversível no compressor desde o estado de vapor saturado até a pressão de condensação com aumento de pressão e temperatura. a partir de um combustível convencional ou de algum tipo de resíduo industrial.35 (D) 1170. 13 .81 𝐾𝑔 𝐾𝑔 𝑠 Aeronáutica EAOEAR 2008/Ciaar 22. Considere os seguintes valores para a entalpia específica: saída da caldeira: 4040 kJ/kg. e entrada do condensador: 2480 kJ/kg. pois é ali que está sendo gerado o calor. Assim. produzindo a evaporação do fluido refrigerante até o estado de vapor saturado. O sistema apresenta um custo elevado. alternadas entre si. Processo isoentropicas. em que a temperatura do fluido de trabalho vai aumentando desde o reservatório (a baixa temperatura) 14 . de acordo com o esquema: 1. ou para o reservatório de menor T. Processo isotérmico reversível. 2. Processo isoentrópicas. 3. 4. o calor e transferido do. Processo isotermico reversivel. cujo calor e transferido do. ou para o reservatorio de alta T. no qual a temperatura do fluido de trabalho de um reservatorio a alta temperatura diminui.O Ciclo de Carnot demonstra que o maior rendimento possivel para uma maquina térmica e o de uma maquina que realize um ciclo de duas transformações isoentrópicas e duas transformações isotermicas.