Um ciclo de vapor regenerativo opera com um aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor entra no primeiro estágio da turbina a 8 MPa e
e se expande até 0.7 MPa . Nesse ponto, parte do vapor é extraído e desviado para o aquecedor de água de alimentação aberto, que opera a 0.7 MPa . O restante do vapor continua a expansão no segundo estágio da turbina até a pressão do condensador de
.
O líquido saturado sai do aquecedor de água de alimentação a 0.7 MPa . A eficiência isentrópica de cada estágio da turbina é de
, e cada bomba opera isentropicamente. Se a potência líquida gerada pelo ciclo é de 150 MW , determine:
A eficiência térmica do ciclo.
A eficiência térmica do ciclo.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine regenerativo com um único aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor sai da caldeira (estado 5) como vapor sobreaquecido a
,MPa e
C e se expande em dois estágios de turbina até
,MPa (condensador), com extração parcial a
,MPa para o aquecedor. A eficiência isentrópica de cada estágio de turbina é
; as bombas são ideais (
). A potência líquida é 150 MW. Precisamos calcular a eficiência térmica do ciclo,
Para isso vamos:
- Identificar os estados do ciclo e buscar
e, se necessário, nas tabelas de vapor. - Calcular trabalho de bombas e de turbinas (usando eficiências).
- Determinar a fração de extração
via balanço de energia no aquecedor aberto. - Calcular o trabalho líquido por kg de vapor e o calor de entrada por kg, e daí
.
Passo 2
Definição dos estados e entalpias (valores aproximados de tabelas):
Estado 1: líquido saturado a
,MPa
Bombagem de 1→2 até
,MPa (bomba de baixa pressão, isentrópica):
Estado 3: mistura no aquecedor aberto, saturado líquido a
,MPa
Bombagem de 3→4 até
,MPa (bomba de alta pressão, isentrópica):
Estado 5: vapor sobreaquecido a
,MPa e
C
Passo 3
Expansão 5→6 no 1.º estágio da turbina até
,MPa,
.
Isentrópico: . A 0{,}7 MPa,
.
Trabalho real e entalpia de saída:
Isentrópico:
Trabalho real e entalpia de saída:
Passo 4
Balanço de energia no aquecedor de alimentação aberto (mistura de
kg/s de vapor estado 6 com
kg/s de líquido em estado 2, produzindo 1 kg/s de líquido em estado 3):
Substituindo valores:
Passo 5
Expansão 6→7 no 2.º estágio da turbina até
,MPa,
.
Isentrópico: . A
, interpolando tabelas, obtém-se qualidade
, logo
Isentrópico:
Entalpia real no fim do segundo estágio:
Passo 6
Trabalho de turbinas por kg de vapor gerado na caldeira:
Total
.
Bombas (ambas isentrópicas):
Trabalho líquido por kg de vapor:
Passo 7
Calor de entrada por kg de vapor na caldeira:
Passo 8
Eficiência térmica do ciclo:
Resposta
A eficiência térmica do ciclo é aproximadamente
.