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Lista de exercícios TM 365 – Máquinas Térmicas II

1. 30 m3/s de ar entra em um ciclo Brayton operando em regime permanente a 300K, 1 bar, e possui uma taxa de compressão de 12. Sabendo que a eficiência isentrópica do compressor é 82% e da turbina é 88%, e que a temperatura na saída do combustor é de 1700 K, determine:

1. A potência líquida do sistema;
2. A eficiência do ciclo.

1. Considere o problema anterior. Se ar for extraído do primeiro estágio do compressor a uma pressão de , e resfriado até 310K por meio de um intercooler para então ser comprimido novamente em um segundo estágio até a pressão de 12 bar, qual a nova eficiência do sistema e a nova potência líquida?[pic 1]

1. Considerando os problemas anteriores, qual a influência de um estágio adicional na turbina, retirando os produtos de combustão e reaquecendo-os em um afterburner até 1700K novamente? Considere a pressão de extração a mesma do intercooler. Avalie a potência líquida e a eficiência.

1. Considere o uso de um regenerador na saída do problema 3, de forma a aproveitar o calor dos gases que saem ainda com alta exergia da turbina. Este regenerador utiliza o calor destes gases de escape para pré-aquecer o ar que entra no combustor. Determine a potência líquida e a eficiência do sistema com  um regenerador de eficiência de 80%.

1. Repita os problemas anteriores para:

1. T1 = 290 K; p1 = 95 kPa;
2. T1 = 290 K; p1 = 90 kPa;
3. T1 = 280 K; p1 = 90 kPa;
4. r = 10; T1 = 300K; p1 = 90 kPa
5. r = 12; T1 = 300K; p1 = 90 kPa
6. r = 14; T1 = 300K; p1 = 90 kPa

1. Qual a influência da temperatura e pressão na entrada do compressor?

1. Qual a influência da taxa de compressão no sistema?

1. Considere um motor que opera segundo o ciclo Otto, com 4 cilindros de 0,5 litros cada, a 4500 rpm. Ar entra a 310 K e 1 bar no cilindro. A taxa de compressão é de 13, e a mistura é de 1:15 de octano (C8H18). A temperatura máxima do ciclo é de 2250 K. Determine:

1. A eficiência térmica do ciclo;
2. A potência líquida teórica do ciclo para esta rotação;
3. O consumo de combustível (C8H18)
4. O consumo de combustível se for utilizado etanol (C2H6O) (9:1 Relação A/C)

1. Considere o mesmo motor anterior. Ao invés do motor funcionar próximo ao nível do mar, você utiliza-o em Curitiba, onde T1 = 285 K e p1 = 96 kPa. Qual a diferença na potência, eficiência ou consumo, considerando apenas o octano?

1. Utilizando o método das tabelas termodinâmicas e modelo isentrópico, qual a influência da taxa de compressão nos dados solicitados no problema 8? Teste para taxas de compressão de 9, 10, 11 e 12.

1. Caso um turbo compressor for colocado no motor do problema 8, de forma a utilizar a energia dissipada pelo escapamento, qual serão os novos parâmetros (eficiência, potência, consumo de combustível), considerando que a turbina possui uma taxa de compressão de 2,5? Plote todo o processo em um diagrama p-v.

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