09 - A água é o fluido de trabalho em um ciclo de Rankine regenerativo com um aquecedor de água de alimentação fechado e um aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor d’água entra na turbina a
e
, e se expande até
, no qual parte do vapor é extraído e descarregado para o aquecedor de água de alimentação fechado. O condensado que sai do aquecedor de água de alimentação fechado como líquido saturado a 500
sofre um processo de estrangulamento e sua pressão cai para
quando passa pelo purgador do aquecedor de água de alimentação aberto. A água de alimentação deixa o aquecedor de água de alimentação fechado a
e a uma temperatura igual à temperatura de saturação a 500
. O vapor remanescente é reaquecido até
antes de entrar na turbina do segundo estágio, onde se expande até
. Uma parte do vapor é extraída e descarregada para o aquecedor de água de alimentação aberto que opera a
. O líquido saturado sai do aquecedor de água de alimentação aberto a
in
. O vapor remanescente se expande através da turbina de terceiro estágio até a pressão do condensador a 2
. Todos os processos sobre o fluido de trabalho nos estágios de turbina e nas bombas são internamente reversíveis. O escoamento através do condensador, do aquecedor de água de alimentação fechado, do aquecedor de água de alimentação aberto, do gerador de vapor e do reaquecedor ocorre à pressão constante. A potência líquida de saída do ciclo é de
. Determine para o ciclo:
(a) a vazão mássica de vapor que entra no primeiro estágio de turbina, em lb/h.
(b) a taxa de transferência de calor, em Btu/h, para o fluido de trabalho que passa através do gerador de vapor, incluindo a seção de reaquecimento.
(c) a eficiência térmica.
(a) a vazão mássica de vapor que entra no primeiro estágio de turbina, em lb/h.
(b) a taxa de transferência de calor, em Btu/h, para o fluido de trabalho que passa através do gerador de vapor, incluindo a seção de reaquecimento.
(c) a eficiência térmica.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine com dois aquecedores de alimentação (um fechado a 500 psi e um aberto a 120 psi) e um reaquecedor entre o primeiro e o segundo estágio da turbina. Temos extrações de vapor em 500 psi (fração
) para o aquecedor fechado e em 120 psi (fração
) para o aquecedor aberto, e três estágios de expansão até 2 psi no condensador. A potência líquida é
,Btu/h. Para resolver, vamos:
– Traçar o diagrama de massa, definindo a vazão que entra na primeira turbina e as frações
e
.
– Escrever balanços de energia nos aquecedores (aberto e fechado) para obter e
.
– Calcular trabalhos específicos de turbinas e bombas usando entalpias de tabelas de vapor.
– Ajustar a vazão para que a potência líquida dada seja satisfeita.
– Calcular o calor total absorvido (caldeira + reaquecedor) e a eficiência térmica .
– Traçar o diagrama de massa, definindo
– Escrever balanços de energia nos aquecedores (aberto e fechado) para obter
– Calcular trabalhos específicos de turbinas e bombas usando entalpias de tabelas de vapor.
– Ajustar a vazão
– Calcular o calor total absorvido (caldeira + reaquecedor) e a eficiência térmica
Passo 2
Definimos as entalpias (tabela de vapor):
Passo 3
Balanço de energia no aquecedor fechado (500 psi):
o vapor extraído condensa de
até
, fornecendo calor para toda a vazão que sai do aquecedor aberto e é bombeada até 500 psi, cujo aumento de entalpia vai de
a
.
o vapor extraído
Passo 4
Balanço no aquecedor aberto (120 psi):
entram o condensado do fechado , o vapor extraído do segundo estágio
e o condensado vindo do condensador
. Saem saturados em
com vazão
. Em entalpia por libras:
entram o condensado do fechado
Substituindo
e os valores,
Passo 5
Cálculo do trabalho específico das turbinas e bombas (Btu/lb):
– Turbinas
– Turbinas
– Bombas (aprox.
, Btu/lb)
– Trabalho líquido específico
Para produzir
,Btu/h, a vazão é
Passo 6
Calor fornecido na caldeira e no reaquecedor:
– Caldeira (de a
)
– Caldeira (de
– Reaquecedor (sobre a fração
)
Total específico
Passo 7
Eficiência térmica
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)