Um ciclo Rankine que utiliza água como fluido de trabalho tem pressão e temperatura na saída do superaquecedor do gerador de vapor iguais a
. O condensador opera a
e todos os componentes são ideais, com exceção da turbina, que apresenta um estado de saída medido de vapor saturado a
. Calcule o rendimento térmico com uma turbina ideal
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo Rankine com água que possui:
– Estado 1 (saída do superaquecedor): pressão e temperatura
.
– Condensador à , logo
.
– Todos os componentes são ideais; entretanto, pede-se o rendimento térmico supondo turbina ideal (isentrópica).
Para resolver, precisamos: propriedades termodinâmicas da água nos estados críticos, cálculo isentrópico na turbina, trabalho de bomba aproximado por e balanço de energia do ciclo.
– Estado 1 (saída do superaquecedor): pressão
– Condensador à
– Todos os componentes são ideais; entretanto, pede-se o rendimento térmico supondo turbina ideal (isentrópica).
Para resolver, precisamos: propriedades termodinâmicas da água nos estados críticos, cálculo isentrópico na turbina, trabalho de bomba aproximado por
Passo 2
Caracterizamos o estado 1 usando tabela de vapor superaquecido a
,
:
Passo 3
Na expansão isentrópica (turbina ideal) de
s mantemos
a
. Da tabela de vapor saturado a
:
Calculamos a qualidade
:
Então
Passo 4
No condensador sai vapor misto (estado 2) e entra líquido saturado (estado 3) a
:
A bomba realiza trabalho aproximado
Logo no estado 4 (saída da bomba)
Passo 5
Calculamos as trocas energéticas por unidade de massa:
– Calor recebido na caldeira
– Calor recebido na caldeira
– Trabalho produzido na turbina
– Trabalho consumido pela bomba
– Trabalho líquido do ciclo
– Rendimento térmico
Resposta
O rendimento térmico do ciclo Rankine com turbina ideal é