A água é o fluido de trabalho de um ciclo a vapor de Rankine. Vapor entra na turbina a 1400
e
. A pressão de operação do condensador é de
. Ambas turbina e bomba têm eficiências isentrópicas de
. O fluido de trabalho tem queda de pressão desprezível ao passar pelo gerador de vapor. A potência líquida de saída do ciclo é de
. A água de resfriamento experimenta uma elevação de temperatura de
para
, com desconsiderável queda de pressão, quando passa através do condensador. Determine para o ciclo a vazão mássica de água de resfriamento que passa através do condensador, em
.
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que temos um ciclo de Rankine com água:
- Turbina: entra vapor a 1400 lbf/in² e 1000 °F
- Condensador: opera a 2 lbf/in², água de resfriamento entra a 60 °F e sai a 76 °F
- Turbina e bomba têm eficiências isentrópicas de 85 %
- Potência líquida do ciclo:
Btu/h
Queremos achar a vazão mássica de água de resfriamento no condensador (lb/h).
Pra isso vamos usar: - Tabelas de vapor d’água (para achar
, , ) - Definição de eficiência isentrópica
- Balanços de energia no ciclo e no condensador
A partir do Passo 2 a gente parte pro cálculo direto.
Passo 2
Determinar estado 1 (saída da caldeira / entrada da turbina):
-
psi, °F
Na tabela de vapor superaquecido:
Passo 3
Estado 2s (saída isentrópica da turbina) a
psi:
- Como é isentrópico:
Na tabela de vapor saturado a 2 psi:
Agora a turbina não é ideal, eficiência isentrópica
:
Passo 4
Estado 3 (saída do condensador, entrada da bomba): líquido saturado a 2 psi
Bomba de 2 psi a 1400 psi, eficiência
:
Logo,
Logo,
Passo 5
Energia por kg de vapor e vazão mássica do vapor:
Com
Btu/h:
Passo 6
Calor rejeitado no condensador por hora:
Água de resfriamento:
°F,
Resposta
A vazão mássica de água de resfriamento no condensador é, aproximadamente,
.