4-) A água é o fluido de trabalho em um ciclo ideal de Rankine regenerativo com um aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor superaquecido entra no primeiro estágio da turbina a 16 MPa e
, e a pressão no condensador é de 8 kPa . A vazão mássica do vapor que entra no primeiro estágio da turbina é de
. O vapor se expande através o primeiro estágio da turbina até 1 MPa , e daí uma quantidade de vapor é extraída e desviada para um aquecedor de água de alimentação aberto a 1 MPa . O vapor remanescente se expande através do segundo estágio da turbina até a pressão do condensador de 8 kPa . O líquido saturado deixa o aquecedor de água de alimentação a 1 MPa . Determine: (a) a potência líquida, produzida em kW. (b) A taxa de
transferência de calor para o vapor que passa pela caldeira, em kW . (c) a eficiência térmica. (d) a vazão mássica de água de resfriamento que passa pelo condensador, em kg/s, se esta água fica sujeita a um aumento de temperatura de
com variação de pressão desprezível durante sua passagem pelo condensador.
transferência de calor para o vapor que passa pela caldeira, em kW . (c) a eficiência térmica. (d) a vazão mássica de água de resfriamento que passa pelo condensador, em kg/s, se esta água fica sujeita a um aumento de temperatura de
Passo 1
Este é um ciclo de Rankine regenerativo com aquecedor de água de alimentação aberto. Vamos definir os estados e processos principais:
– Estado 1: vapor superaquecido entra na turbina a 16 MPa e C.
– Expansão isentrópica no primeiro estágio até 1 MPa (estado 2).
– Extração de uma fração de vapor em 1 MPa para o aquecedor aberto.
– Expansão isentrópica do vapor remanescente até a pressão do condensador de 8 kPa (estado 7).
– Bombeamento do líquido condensado (8 kPa MPa, estado 3), mistura no aquecedor aberto (estado 4), bombeamento até 16 MPa (estado 5) e reaquecimento até o estado 1.
Usaremos tabelas de vapor, expansão isentrópica ,
e trabalho das bombas via
.
– Estado 1: vapor superaquecido entra na turbina a 16 MPa e
– Expansão isentrópica no primeiro estágio até 1 MPa (estado 2).
– Extração de uma fração
– Expansão isentrópica do vapor remanescente até a pressão do condensador de 8 kPa (estado 7).
– Bombeamento do líquido condensado (8 kPa
Usaremos tabelas de vapor, expansão isentrópica
Passo 2
Propriedades no estado 1 e expansão até 1 MPa:
;→ tabelas →
Expansão isentrópica até
:
. Em tabela superaquecido a 1 MPa, interpolando:
Passo 3
Bomba 1: líquido saturado em 8 kPa até 1 MPa.
.
Passo 4
Equilíbrio de energia no aquecedor aberto a 1 MPa: saída saturada líquida
.
Passo 5
Bomba 2: líquido saturado em 1 MPa até 16 MPa.
,
.
Passo 6
Potência das turbinas e bombas (vazão de entrada
, vapor remanescente
):
Turbina 1:
Turbina 2 (expansão 1 MPa
kPa):
, à 8 kPa
→ qualidade
→
Bombas:
Potência líquida:
Passo 7
Calor fornecido na caldeira:
Passo 8
Eficiência térmica:
Passo 9
Rejeição de calor no condensador:
Vazão de água de resfriamento
,
:
Resposta
(a)
(b)
(c) .
(d)
(b)
(c)
(d)