Ciclo de Rankine Padrão Ideal com Baixa Pressão na Caldeira. Considere um ciclo de Rankine padrão com uma pressão na caldeira de 2 MPa . A temperatura do vapor d’água na entrada da turbina é de
e a pressão do condensador corresponde à temperatura de saturação a
e que a água é condensada até o estado de líquido saturado. Considere a bomba e a turbina isentrópicas. Calcule o trabalho líquido, em
, e a eficiência térmica, em %. Compare a eficiência com a do ciclo de Carnot (Exercício 1) e explique a diferença.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine ideal com pressão na caldeira
, vapor superaquecido a
, condensação até líquido saturado a
(o que corresponde a
). A bomba e a turbina são isentrópicas. Precisamos calcular o trabalho líquido específico
em
e a eficiência térmica
em %, e comparar com a eficiência de Carnot.
Passo 2
Estado 1: líquido saturado a
,
.
Das tabelas de água:
Das tabelas de água:
Processo 1→2 (bomba isentrópica):
e o trabalho específico da bomba é
Logo
Passo 3
Processo 2→3 (aquecimento na caldeira até vapor superaquecido):
A e
, das tabelas:
A
Calor de entrada
Passo 4
Processo 3→4 (turbina isentrópica até
):
No condensador a
:
A qualidade
fica
e o entalpia de saída da turbina
Trabalho da turbina
Passo 5
Trabalho líquido específico
Eficiência térmica do ciclo Rankine
Passo 6
Eficiência de Carnot entre
e
:
Passo 7
Comparando,
. A diferença ocorre porque o ciclo de Carnot é totalmente reversível e troca calor apenas a temperaturas constantes, enquanto o Rankine ideal adiciona e rejeita calor a temperatura variável (há irreversibilidades intrínsecas nas trocas de calor e na mudança de fase), além de utilizar bomba e turbina mesmo que isentrópicas, ainda resultando em graus de irreversibilidade distintos do ciclo de Carnot.
Resposta
Trabalho líquido específico
.
Eficiência térmica .
Eficiência de Carnot ; o Rankine é mais baixo devido às trocas de calor não idealmente reversíveis e variáveis em temperatura.
Eficiência térmica
Eficiência de Carnot