06 - Uma planta de potência opera sob um ciclo de potência a vapor regenerativo com um aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor d’água entra na turbina de primeiro estágio a 12 MPa e
, e se expande até 1 MPa , onde parte do vapor é extraída e desviada para o aquecedor de água de alimentação aberto que opera a 1 MPa . O restante do vapor se expande pela turbina de segundo estágio até a pressão do condensador de 6 kPa . O líquido saturado sai do aquecedor de água de alimentação aberto a 1 MPa . Considerando processos isentrópicos nas turbinas e bombas, determine, para o ciclo: (a) a eficiência térmica; (b) a vazão mássica na turbina de primeiro estágio, em kg/h, para uma potência líquida de saída de 330
MW e (c) a taxa de produção de entropia do aquecedor de água de alimentação aberto, em kW/K.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine regenerativo com um aquecedor aberto a
. O vapor entra na turbina de primeiro estágio a
e
, expande isentrópico até
, onde uma fração
é extraída para o aquecedor aberto. O restante expande isentrópico ao condensador a
. O líquido saturado sai do aquecedor a
e é bombeado de volta ao nível de caldeira. Consideramos processos isentrópicos nas turbinas e bombas. Vamos:
- Determinar propriedades termodinâmicas em cada ponto usando tabelas.
- Calcular a fração extraída
pela balanço de energia no aquecedor aberto. - Avaliar trabalhos de turbinas e bombas, eficiência térmica e vazão mássica requerida para
. - Calcular a produção de entropia no aquecedor aberto via balanço de entropia.
Passo 2
Definimos os estados e obtemos suas propriedades aproximadas:
-
Estado 1 (turbina 1 inlet):
, .
. -
Estado 2 (saída turbina 1,
, isentrópico): . Nas tabelas de vapor saturado a :
.
Fração seca
e
- Estado 3 (saída aquecedor aberto, líquido saturado a
):
4. Estado 4 (após bomba de ),
- Estado 7 (líquido saturado a
):
7. Estado 8 (bomba de ):
Passo 3
No aquecedor aberto, a mistura adiabática obedece
Passo 4
Trabalhos por kg de vapor na turbina de primeiro estágio e segundo estágio e das bombas (todas em
):
Trabalho líquido por kg de vapor fósil:
Calor de entrada por kg:
Eficiência térmica:
Passo 5
Para gerar
:
Passo 6
Produção de entropia no aquecedor aberto
. Balanço de entropia:
Numericamente:
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)