Admitindo que seja possível inserir o reaquecimento do vapor na instalação do exercício anterior, e considerando que, o reaquecimento ocorrerá numa pressão de 1000 kPa e temperatura de
. Determine:
O calor total fornecido na caldeira.
O calor total fornecido na caldeira.
Passo 1
Beleza, aqui o que o exercício está pedindo é o calor total que entra na caldeira de um ciclo Rankine com um estágio de reaquecimento. A matéria envolvida é Termodinâmica – mais exatamente Ciclo de Rankine com reaquecimento de vapor.
Para resolver a gente vai precisar:
• As entalpias nos pontos de entrada e saída de cada etapa (vapor superaquecido, vapor após 1ª expansão, vapor reaquecido).
• Tabelas de vapor (ou software de propriedades) para ler em cada ponto.
• Saber que o calor fornecido se separa em duas partes:
– : calor fornecido no aquecimento inicial até a entrada da turbina.
– : calor de reaquecimento depois da primeira extração na turbina.
Para resolver a gente vai precisar:
• As entalpias nos pontos de entrada e saída de cada etapa (vapor superaquecido, vapor após 1ª expansão, vapor reaquecido).
• Tabelas de vapor (ou software de propriedades) para ler
• Saber que o calor fornecido se separa em duas partes:
–
–
Passo 2
Primeiro, definimos os pontos do ciclo e as entalpias:
• Ponto 1: saída da primeira caldeira (antes da turbina) → em (pressão alta, temperatura inicial).
• Ponto 2: saída da turbina após expansão até a pressão de reaquecimento (aqui mantemos entropia constante: ) →
.
• Ponto 3: saída do reaquecedor (na pressão de 1000 kPa e ) →
.
• Ponto 4: saída final da turbina (condensador), mas neste exercício só precisamos até o fim do reaquecimento.
• Ponto 1: saída da primeira caldeira (antes da turbina) →
• Ponto 2: saída da turbina após expansão até a pressão de reaquecimento (aqui mantemos entropia constante:
• Ponto 3: saída do reaquecedor (na pressão de 1000 kPa e
• Ponto 4: saída final da turbina (condensador), mas neste exercício só precisamos até o fim do reaquecimento.
Na caldeira inicial, o calor por quilograma é
onde
é a entalpia do líquido alimentado à caldeira (usualmente a pressão de alimentação ou do condensador).
Passo 3
No reaquecedor (segunda caldeira), o vapor sai do ponto 2 “semi-expanso” e entra no ponto 3 “reaquecido” a
. O calor por quilograma aí é
Passo 4
O calor total fornecido na caldeira (contando a parte inicial e o reaquecimento) é a soma dos dois troços:
Passo 5
Agora é só:
- Olhar na tabela de vapor (ou usar software) para cada ponto e ler
, , (onde ) e . - Substituir os valores na fórmula acima.
- Se o ciclo for por quilo de vapor, o resultado já estará em kJ/kg. Se tiver vazão mássica
, multiplica:
Resposta
O calor total fornecido por quilograma de vapor é
onde
• = entalpia na saída da caldeira principal,
• = entalpia do líquido de alimentação,
• = entalpia após a primeira expansão (isentropicamente de alta pressão até 1 000 kPa),
• = entalpia do vapor reaquecido a 1 000 kPa e
.
Basta agora inserir os valores das tabelas para obter o valor numérico final.
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Basta agora inserir os valores das tabelas para obter o valor numérico final.