Considere a central de potência com uma única linha de vapor d’água. O trabalho específico para a bomba é igual a
. Determine as seguintes quantidades por kg de fluido que escoa nos componentes:
Calor transferido no condensador
Calor transferido no condensador
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Determinar o calor transferido no condensador por
de fluido que escoa no ciclo.
Informações fornecidas no enunciado:
- O ciclo é de uma central de potência com uma única linha de vapor d’água.
- O trabalho específico para a bomba é igual a
.
Observação importante sobre os dados:
- Isso é tudo o que foi informado. Não há temperaturas, pressões, entalpias, rendimento da turbina, nem trabalho específico da turbina ou calor fornecido na caldeira explicitados.
Passo 2
Por que, com os dados fornecidos, não dá para obter um valor numérico direto:
- No ciclo Rankine (o ciclo típico de uma central a vapor com uma única linha), o calor rejeitado no condensador por kg é a diferença de entalpias entre a saída da turbina e a saída do condensador. Em notação usual:
onde:
-
é a entalpia específica do fluido na saída da turbina (entrada do condensador), -
é a entalpia específica do fluido na saída do condensador (geralmente líquido saturado à pressão do condensador). -
O trabalho da bomba que você deu satisfaz:
onde
é a entalpia depois da bomba (entrada da caldeira). Isso apenas relaciona
e
, não dá
nem
separadamente.
- A equação de balanço energético do ciclo (por kg) é:
Rearranjando:
Para obter um valor numérico para
precisamos saber ao menos dois termos entre
,
, ou as entalpias
. Com apenas
não é possível determinar numericamente
.
Passo 3
O que seria necessário para calcular numericamente o calor no condensador (lista prática):
- Uma destas opções de dados (qualquer conjunto suficiente):
- As entalpias
e ; então . - O trabalho específico da turbina
e o calor fornecido na caldeira ; então usar - Pressões (ou temperatura) na caldeira e no condensador e informações sobre o processo de expansão (isentropia ou rendimento da turbina) e sobre o aquecimento na caldeira; aí é possível usar tabelas de vapor para obter as entalpias e calcular
.
- As entalpias
Passo 4
Como calcular passo a passo quando você tiver os dados completos (guia para fazer na prova):
-
Identifique os estados do ciclo (convencionalmente):
- Estado 1: saída da caldeira (entrada da turbina) — entalpia
. - Estado 2: saída da turbina (entrada do condensador) — entalpia
. - Estado 3: saída do condensador (líquido saturado) — entalpia
. - Estado 4: saída da bomba (entrada da caldeira) — entalpia
.
- Estado 1: saída da caldeira (entrada da turbina) — entalpia
-
Se souber a pressão da caldeira e a temperatura (ou que é vapor saturado/seco), use tabelas de vapor para obter
(e se precisar). -
Para a expansão na turbina:
- Se a expansão for isentrópica, imponha
e, com a pressão do condensador, use as tabelas para obter . Se a turbina tiver eficiência isentrópica , calcule - Alternativamente, se te der
, então .
- Se a expansão for isentrópica, imponha
-
Para o condensador:
- Em geral a saída do condensador é líquido saturado à pressão do condensador, então obtenha
nas tabelas de vapor.
- Em geral a saída do condensador é líquido saturado à pressão do condensador, então obtenha
-
Para a bomba:
- O trabalho da bomba por kg é
. Se te der (aqui ), então - Alternativamente, pode aproximar
, onde é volume específico do líquido na saída do condensador.
- O trabalho da bomba por kg é
-
Finalmente, o calor rejeitado no condensador por kg éUse as entalpias encontradas nos passos anteriores.
Passo 5
Resumo didático curto (como decorar a sequência para a prova):
- Bomba: aumenta entalpia pouco;
(aqui = ). - Caldeira:
. - Turbina:
. - Condensador:
. - Balanço do ciclo:
.
Resposta
Não é possível determinar numericamente o calor transferido no condensador com os dados fornecidos; falta informação sobre
e
(ou, equivalentemente, sobre o trabalho da turbina
e/ou o calor fornecido
).