A água é o fluido de trabalho de um ciclo ideal de Rankine com reaquecimento. O vapor superaquecido entra na Turbina a 10 MPa e 480C, e a pressão do condensador é de 6 kPa . O Vapor se expande através do primeiro estágio da turbina até
e, em seguida, é reaquecido a 480C. Determine para o ciclo:
(a) a taxa de acréscimo de calor, em kJ por kg de vapor que entra no primeiro estágio da turbina; (b) A eficiência térmica. (c) A taxa de transferência de calor do fluido de trabalho que passa pelo condensador para a água de resfriamento, em kJ por kg de vapor que no primeiro estágio da turbina. (d) Para esse mesmo ciclo reconsidere a análise que a bomba e cada estágio de turbina tenham uma eficiência isentrópica de
. Responda às mesmas questões acima, para esse ciclo modificado.
(a) a taxa de acréscimo de calor, em kJ por kg de vapor que entra no primeiro estágio da turbina; (b) A eficiência térmica. (c) A taxa de transferência de calor do fluido de trabalho que passa pelo condensador para a água de resfriamento, em kJ por kg de vapor que no primeiro estágio da turbina. (d) Para esse mesmo ciclo reconsidere a análise que a bomba e cada estágio de turbina tenham uma eficiência isentrópica de
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine com reaquecimento, em que a água passa pelos seguintes pontos:
• Estado 1: vapor condensado (líquido saturado) à pressão do condensador .
• Estado 2: líquido comprimido pela bomba até .
• Estado 3: vapor superaquecido a e
(entrada do primeiro estágio de turbina).
• Estado 4: expansão isentrópica até .
• Estado 5: reaquecimento a e
.
• Estado 6: expansão isentrópica final até .
Conteúdo da matéria: ciclo de Rankine com reaquecimento, uso de tabelas de vapor para obter entalpias e entropias, cálculo de trabalho e balanço de energia para obter calor adicionado, calor rejeitado e eficiência.
• Estado 1: vapor condensado (líquido saturado) à pressão do condensador
• Estado 2: líquido comprimido pela bomba até
• Estado 3: vapor superaquecido a
• Estado 4: expansão isentrópica até
• Estado 5: reaquecimento a
• Estado 6: expansão isentrópica final até
Conteúdo da matéria: ciclo de Rankine com reaquecimento, uso de tabelas de vapor para obter entalpias e entropias, cálculo de trabalho e balanço de energia para obter calor adicionado, calor rejeitado e eficiência.
Passo 2
Listamos as propriedades nos seis estados usando tabelas de vapor (valores aproximados):
Estado 1 ( , líquido saturado):
Estado 1 (
Bomba (isentrópica):
.
Estado 3 (
,
, superaquecido):
Passo 3
Expansão isentrópica de
até
:
.
Nas tabelas de saturado em :
Nas tabelas de saturado em
Qualidade no estado 4:
Passo 4
Reaquecimento
até
e
(superaquecido):
Passo 5
Expansão isentrópica de
até
:
.
Nas tabelas de saturado em :
Nas tabelas de saturado em
Qualidade no estado 6:
Passo 6
Calcular os termos de calor e trabalho para o ciclo ideal (isentrópico):
• Calor adicionado no gerador de vapor:
• Calor adicionado no gerador de vapor:
• Calor adicionado no reaquecedor:
• Calor rejeitado no condensador:
• Trabalho líquido:
• Eficiência térmica:
Passo 7
Resposta para o ciclo ideal:
(a) Calor adicionado total
(a) Calor adicionado total
(b) Eficiência térmica
(c) Calor rejeitado no condensador
Passo 8
Agora consideramos bomba e cada estágio de turbina com eficiência isentrópica de
.
• Bomba:
• Bomba:
• Turbina estágio 1: entalpia isentrópica de saída
.
• Turbina estágio 2: entalpia isentrópica de saída
.
Passo 9
Calcular novamente termos de calor e trabalho no caso de eficiências de
:
• Calor adicionado no gerador de vapor:
• Calor adicionado no gerador de vapor:
• Calor adicionado no reaquecedor:
• Calor rejeitado no condensador:
• Trabalho líquido:
• Eficiência térmica modificada:
Resposta
Para o ciclo ideal (isentrópico):
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
Para o ciclo com bomba e turbinas a
de eficiência:
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)