Questionário sobre turbinas a gás e motores de combustão interna.1 semestre de 2011

1. Explique o principio de funcionamento de uma turbina a gás indicando os principais componentes desta.

2. Explique o funcionamento e as diferenças entre os compressores radiais e os compressores axiais.

3. Quais são os componentes básicos de uma câmara de combustão de uma turbina a gás?

4. Quais são os principais requisitos no projeto de uma câmara de combustão de uma turbina a gás?

5. Sabemos que o ar é introduzido na câmara de combustão em estágios. Explique a função do ar primário, secundário e terciário na câmara de combustão.

6. Fale sobre os tipos e características principais das câmaras de combustão de turbinas a gás.

7. Explique o efeito dos seguintes parâmetros na eficiência térmica de uma unidade de potência com turbina a gás; temperatura na entrada do compressor, temperatura na entrada da turbina e razão de compressão no compressor.

8. Sabe-se que o aumento de temperatura na entrada da turbina melhora o rendimento térmico das turbinas a gás e que este aumento é limitado por aspectos de resistência de materiais. Quais são as soluções tecnológicas para poder trabalhar com temperaturas mais elevadas na entrada da turbina.

9. Explique e justifique os efeitos provocados pela injeção de água ou vapor na entrada da câmara de combustão de uma turbina a gás.

10. Como funciona um ciclo combinado de potência formado por uma turbina a vapor e uma turbina a gás?

11. Explique o princípio de funcionamento, indicando a principal diferença entre motores do ciclo Otto e do ciclo Diesel.

12. Explique o funcionamento entre motores de quatro tempo e motores de dois tempo.

13. O que é taxa de compressão de um motor? Explique como calcular.14. Explique o que é sobrealimentação em motores de combustão interna.15. Qual a finalidade e vantagens de um motor com turbo-alimentação.16. Explique os fenômenos de pré-ignição e detonação em motores de combustão

interna.17. Explique as principais diferenças entre o ciclo real e teórico de um motor ciclo

Otto.18. Explique as principais diferenças entre o ciclo real e teórico de um motor Diesel.

Problemas sugeridos 3EE

1) Um motor de ignição por compressão de 4 tempos opera conforme um ciclo padrão a ar diesel com taxa de compressão de 14:1 e temperatura e pressão do ar no inicio do processo de compressão igual a 55 ºC e 95 kPa respectivamente. O processo de combustão no interior do cilindro pode ser modelado como uma transferência de calor específico de 1600 kJ/kg de ar.a) Determine o trabalho líquido, a pressão média efetiva e a eficiência térmica do

motor b) Se o motor tem 6 cilindros, uma cilindrada de 4,5 litros e opera a 2400 RPM qual a

potência desenvolvida pelo motor c) Qual é o volume da câmara de combustão?

2) Consider an ideal gas-turbine cycle with two stages of compression and two stages of expansion. The pressure ratio across each stage of the compressor and turbine is 3. The air enters each stage of the compressor at 300 K and each stage of the turbine at 1200 K. Determine the back work ratio and the thermal efficiency of the cycle, assuming (a) no regenerator is used and (b) a regenerator with 75 percent effectiveness is used.

3) Consider a regenerative gas-turbine power plant with two stages of compression and two stages of expansion. The overall pressure ratio of the cycle is 9. The air enters each stage of the compressor at 300 K and each stage of the turbine at 1200 K. Determine the minimum mass flow rate of air needed to develop a net power output of 110 MW.

4) Consider an engine operating on the ideal Diesel cycle with air as the working fluid. The volume of the cylinder is 1200 cm3 at the beginning of the compression process, 75 cm3 at the end, and 150 cm3 after the heat-addition process. Air is at 17°C and 100 kPa at the beginning of the compression process. Determine (a) the pressure at the beginning of the heat-rejection process, (b) the net work per cycle, in kJ, and (c) the mean effective pressure.

5) A six-cylinder, four-stroke, 4.5-L compression-ignition engine operates on the ideal diesel cycle with a compression ratio of 17. The air is at 95 kPa and 55°C at the beginning of the compression process and the engine speed is 2000 rpm. The engine uses light diesel fuel with a heating value of 42,500 kJ/kg, an air–fuel ratio of 24, and a combustion efficiency of 98 percent. Using constant specific heats at 850 K, determine (a) the maximum temperature in the cycle and the cutoff ratio (b) the net work output per cycle and the thermal efficiency, (c) the mean effective pressure, (d ) the net power output, and (e) the specific fuel consumption, in g/kWh, defined as the ratio of the mass of the fuel consumed to the net work produced. Answers: (a) 2383 K, 2.7 (b) 4.36 kJ, 0.543, (c) 969 kPa, (d ) 72.7 kW, (e) 159 g/kWh

9–41 A four-cylinder, four-stroke, 2.2-L gasoline engine operates on the Otto cycle with a compression ratio of 10. The air is at 100 kPa and 60°C at the beginning of the compression process, and the maximum pressure in the cycle is 8 MPa. The compression and expansion processes may be modeled as polytropic with a polytropic constant of 1.3. Using constant specific heats at 850 K, determine (a) the temperature at the end of the expansion process, (b) the net work output and the thermal efficiency, (c) the mean effective pressure, (d ) the engine speed for a net power output of 70 kW, and (e) the specific fuel consumption, in g/kWh, defined as the ratio of the mass of the fuel consumed to the net work produced. The air–fuel ratio, defined as the amount of air divided by the amount of fuel intake, is 16.