A água é o fluido de trabalho de um ciclo a vapor de Rankine. Vapor entra na turbina a 1400 lbf / in^2 e 1000^circ F. A pressão de operação do condensador é de 2 lbf / in^2. Ambas turbina e bomba têm eficiências isentrópicas de 85 %. O fluido de trabalho tem queda de pressão desprezível ao passar pelo gerador de vapor. A potência líquida de saída do ciclo é de 1 times 10^circ Btu / h. A água de resfriamento experimenta uma elevação de temperatura de 60^circ F para 76^circ F, 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 lb / h.

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,

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,
.

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