Um ciclo Rankine simples usa água com
de vazão mássica. A água entra na caldeira com
e 10 MPa e é aquecida até
. O vapor se expande na turbina até
e 100 kPa . A temperatura na saída do condensado é de
. A pressão na caldeira e condensador são constantes. Determine:
a) A eficiência isentrópica da turbina.
b) A eficiência térmica do ciclo.
a) A eficiência isentrópica da turbina.
b) A eficiência térmica do ciclo.
Passo 1
Vamos identificar os quatro estados do ciclo Rankine e o que precisamos em cada um:
- Estado 4: saída do condensador, água saturada líquida a
e . - Estado 1: saída da bomba, mesma entalpia de 4 acrescida do trabalho de bombeamento, pressão elevada a
. - Estado 2≡3: saída da caldeira, vapor superaquecido a
e . - Estado 4′ (saída real da turbina): vapor superaquecido a
e .
Para calcular a eficiência isentrópica da turbinaprecisamos de
onde
é a entalpia do vapor na saída da turbina no processo isentrópico.
Para a eficiência térmica do ciclo usamos
Para a eficiência térmica do ciclo
Passo 2
Calcular o trabalho da bomba e
.
Na saída do condensador, água líquida saturada a :
Na saída do condensador, água líquida saturada a
A variação de pressão é
.
Então o trabalho de bombeamento (pressão em kPa, volume em m³/kg)
Então o trabalho de bombeamento (pressão em kPa, volume em m³/kg)
E
Passo 3
Propriedades na saída da caldeira (estado 3) a
,
.
Das tabelas de vapor superaquecido:
Das tabelas de vapor superaquecido:
Passo 4
Determinar
(saída isentrópica) e
(saída real).
a) Saída isentrópica: manter kJ/kgK a
MPa.
Nas tabelas de saturação a 0,1 MPa:
a) Saída isentrópica: manter
Nas tabelas de saturação a 0,1 MPa:
A qualidade final
Então
b) Saída real da turbina (estado 4′) a
MPa e
C:
da tabela superaquecido
da tabela superaquecido
Passo 5
Calcular a eficiência isentrópica da turbina:
Passo 6
Calcular a eficiência térmica do ciclo:
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Resposta
a)
b)
b)