Um ciclo de potência a vapor binário consiste em dois ciclos ideais de Rankine com vapor d’água e amônia como fluidos de trabalho. No ciclo a vapor, o vapor superaquecido entra na turbina a
, e o líquido saturado sai do condensador a
calor rejeitado pelo ciclo de vapor d’água é fornecido ao ciclo de amônia, produzindo vapor saturado a
, que entra na turbina de amônia. O líquido saturado sai do condensador de amônia a 1 MPa . Para uma potência líquida de saída de 20 MW do ciclo binário, determine
(a) a potência de saída das turbinas de vapor d’água e amônia, respectivamente, em MW.
(b) a taxa de acréscimo de calor para o ciclo binário, em MW.
(c) a eficiência térmica.
(a) a potência de saída das turbinas de vapor d’água e amônia, respectivamente, em MW.
(b) a taxa de acréscimo de calor para o ciclo binário, em MW.
(c) a eficiência térmica.
Passo 1
Resumo do enunciado: temos um ciclo binário formado por
– Ciclo de Rankine com água, com vapor a ,
na entrada da turbina e condensador a
.
– Ciclo de Rankine com amônia, cujo fluido recebe o calor rejeitado pelo ciclo da água, gerando vapor saturado a , que expande na turbina; o condensador da amônia opera a
.
Objetivos para potência líquida total de :
(a) potências de saída das turbinas de água e de amônia;
(b) taxa de calor fornecido ao ciclo binário;
(c) eficiência térmica do binário.
– Ciclo de Rankine com água, com vapor a
– Ciclo de Rankine com amônia, cujo fluido recebe o calor rejeitado pelo ciclo da água, gerando vapor saturado a
Objetivos para potência líquida total de
(a) potências de saída das turbinas de água e de amônia;
(b) taxa de calor fornecido ao ciclo binário;
(c) eficiência térmica do binário.
Passo 2
Análise do ciclo de água (índices: 1 na entrada da turbina, 2 na descarga da turbina, 3 após bomba, 4 na entrada da turbina novamente):
– Propriedades aproximadas pela tabela de vapor:
a
.
No condensador ( ,
):
.
– Trabalho da bomba:
– Propriedades aproximadas pela tabela de vapor:
No condensador (
– Trabalho da bomba:
– Calor de aquecimento:
– Expansão isentrópica (
) em
:
– Trabalho na turbina e trabalho líquido por kg de água:
– Calor rejeitado (que alimenta a amônia):
Passo 3
Análise do ciclo de amônia (índices: 1 na entrada da turbina, 2 na descarga da turbina, 3 após condensador, 4 após bomba):
– Propriedades aproximadas: vapor saturado a :
.
No condensador a :
.
– Trabalho da bomba:
– Propriedades aproximadas: vapor saturado a
No condensador a
– Trabalho da bomba:
– Calor de aquecimento da amônia (igual a
– Expansão isentrópica (
) em
:
– Trabalho na turbina e trabalho líquido por kg de amônia:
Passo 4
Determinação dos fluxos mássicos e das potências:
– Como o calor rejeitado pela água alimenta a amônia,
– Como o calor rejeitado pela água alimenta a amônia,
– Potência líquida total exigida:
Para
,
Passo 5
Cálculo das potências nas turbinas e do calor de entrada total:
– Potência da turbina de água:
– Potência da turbina de água:
– Potência da turbina de amônia:
– Calor de entrada no binário (apenas no ciclo da água):
Passo 6
Eficiência térmica do ciclo binário:
Resposta
(a)
e
(b)
(c) .
(b)
(c)