Simulação numérica: gerador de hálio liquefeito

UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL - UCS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

SIMULAÇÃO NUMÉRICA
GERADOR DE HÉLIO LIQUEFEITO

ELEANDRO SACCARO
MARCELO VIEIRA
DANIEL CECATTO
ELIAS BITENCOURT

Caxias do Sul, dezembro de 2011

ELEANDRO SACCARO
MARCELO VIEIRA
DANIEL CECATTO
ELIAS BITENCOURT

SIMULAÇÃO NUMÉRICA
GERADOR DE HÉLIO LIQUEFEITO

Trabalho entregue com objetivo de avaliação parcial na disciplina de Máquinas Térmicas.

Professor: Dr. Carlos Roberto Altafini

Caxias do Sul, dezembro de 2011

1 INTRODUÇÃO

Este trabalho consiste em uma análise para resolução de um problema apresentado em sala de aula, onde é esquematizado um gerador de gás Hélio liquefeito. No gerador são apresentados alguns dados conhecidos relativos ao estado termodinâmico de alguns pontos. Com os valores dados, faltam alguns dados, que são tratados como incógnitas.
Para resolução das incógnitas, é utilizado o método de Newton-Raphson. Com os valores encontrados, fica definido completamente o sistema.

2 OBJETIVOS

O objetivo deste trabalho é modelar um problema real através de algum método numérico, neste caso o método escolhido foi o de Newton-Raphson. E o modelo real é o de um gerador de gás Hélio liquefeito. Os valores a determinar são T2, T7, T8 e w4.

3 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA

Um gerador de hélio liquefeito opera como mostrado na Figura a seguir, recebendo vapor de hélio a alta pressão, liquefazendo uma fração do vapor e retorna o restante para ser reciclado. Considerando as seguintes condições de operação:

Figura 1 – Diagrama do sistema gerador de hélio liquefeito

* Ponto 1 – vapor a T = 15 K; h = 78,3 kJ/kg; m = 5 g/s, p = 2.000 kPa; * Ponto 5 – vapor deixando a turbina a T = 8 K; h = 53 kJ/kg; m = 4 g/s; * Separador - p = 100 kPa; temperatura de saturação a 100 kPa = 4,2 K; hl = 10 kJ/kg, hv = 31 kJ/kg; * Trocador de calor - UA = 100 W/K; * Calor específico do vapor de hélio - cp = 6,4 kJ/kg K a 2.000 kPa e 5,8 kJ/kg K a