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 350^circ C. Determine:
Os títulos de saída do vapor.

Passo 1

Beleza, então o enunciado diz que temos um ciclo Rankine com reaquecimento inserido, e esse reaquecimento rola a pressão de 1000 kPa e temperatura de 350 °C. A tarefa é encontrar os títulos de saída do vapor depois de cada expansão na turbina – ou seja, qual a fração seca (x) do vapor na saída.
Conteúdo envolvido:
  • Propriedades termodinâmicas do vapor (entalpia h, entropia s)
  • Ciclo Rankine com reaquecimento
  • Processo isentrópico na turbina
  • Uso de tabelas de vapor (ou superaquecido)
  • Cálculo do título: x = (s – s_f)/s_fg
O que vamos precisar:
  1. Dados iniciais do exercício anterior (para ser específico, vou usar como exemplo:
    P₁ = 4000 kPa e T₁ = 450 °C na saída da caldeira;
    P_cond = 10 kPa no condensador)
  2. Tabelas de vapor (saturação e superaquecido)
  3. Fórmulas de processo isentrópico (s₂ = s₁; s₄ = s₃)
  4. Cálculo de qualidade x

Passo 2

Estado 1 (saída da caldeira):
– P₁ = 4000 kPa, T₁ = 450 °C
Das tabelas superaquecidas a 4000 kPa e 450 °C encontramos:
h1 = 3262,9;kJ/kg, s1 = 6,710;kJ/(kg,K)

Passo 3

Primeira expansão (turbina HP) de P₁ = 4000 kPa para P₂ = P_reaquecimento = 1000 kPa, isentrópica:
s2 = s1 = 6,710
Na pressão de 1000 kPa, os dados de saturação são:
– s_f = 1{,}302
– s_fg = 4{,}012 ⇒ s_f + s_fg = 5{,}314
Como s₂ = 6,710 > 5,314, o vapor ainda está superaquecido na saída 2.
Para achar h₂, consultamos a tabela superaquecida de 1000 kPa até encontrar s ≃ 6,710. Isto dá algo em torno de T₂ ≃ 385 °C e
h2 ≃ 3296;kJ/kg

Passo 4

Reaquecimento a P = 1000 kPa até T = 350 °C (processo isobárico):
– Estado 3:
P3 = 1000 kPa, T3 = 350,^circC
Da tabela superaque­cido em 1000 kPa e 350 °C:
h3 = 3214;kJ/kg, s3 = 6,597;kJ/(kg,K)

Passo 5

Segunda expansão (turbina LP) de P₃ = 1000 kPa para P₄ = P_cond = 10 kPa, isentrópica:
s4 = s3 = 6,597
Na pressão de 10 kPa, dados de saturação:
– s_f = 0{,}6493
– s_fg = 7{,}5003
O título (fração seca) na saída 4 é:
x4 = s4 - sfsfg = 6,597 - 0,64937,5003 approx 0,793
Ou seja, 79,3% de vapor seco (o resto é gotículas).

Resposta

x₂ (saída da turbina HP): vapor ainda superaquecido (x₂>1, não dá título).
x₄ (saída da turbina LP): x₄ ≃ 0,793 (79,3% de fração seca).

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