Considere o ciclo do exercício anterior e admita a possibilidade da introdução do reaquecimento, com uma turbina de dois estágios. O reaquecimento do vapor se dará numa pressão de 300 kPa e temperatura de 400^circ C. Sabendo que as pressões da caldeira e do condensador não serão alteradas, e que caldeira entrega 3,0 kg / s. Calcule:
e) O rendimento térmico do ciclo.
eta=34,85 %

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que você precisa fazer aqui. A questão nos pede para calcular o rendimento térmico de um ciclo termodinâmico que inclui um reaquecimento com uma turbina de dois estágios. Para isso, vamos precisar entender alguns conceitos de termodinâmica, como ciclos de Rankine, eficiência térmica, e como o reaquecimento influencia nesse cálculo. Além disso, vamos usar fórmulas específicas para encontrar o rendimento com base nas informações fornecidas.

Passo 2

Primeiro, vamos revisar o que é o ciclo de Rankine com reaquecimento. Esse ciclo é usado em usinas termelétricas para converter calor em trabalho mecânico. Ele consiste basicamente em uma caldeira, uma turbina (neste caso, de dois estágios com reaquecimento), condensador e uma bomba. O reaquecimento ocorre após a primeira expansão do vapor na turbina, onde o vapor é reaquecido antes de passar pela segunda etapa da turbina.

Passo 3

Agora, vamos entender o que é o rendimento térmico. O rendimento térmico ( eta = WútilQfornecido ) de um ciclo termodinâmico é a relação entre o trabalho útil produzido pelo ciclo e o calor fornecido à caldeira. Matematicamente, é dado por:
ú
Onde:
  • ú é o trabalho líquido do ciclo.
  • é o calor fornecido à caldeira.

Passo 4

Para calcular o rendimento térmico, precisamos determinar o trabalho líquido do ciclo e o calor fornecido. O trabalho líquido é a diferença entre o trabalho realizado pelas turbinas e o trabalho consumido pelas bombas. Já o calor fornecido é a quantidade de energia entregue pela caldeira ao vapor.

Passo 5

Vamos considerar os seguintes dados fornecidos:
  • Pressão de reaquecimento ( ): 300 kPa
  • Temperatura de reaquecimento ( ): C
  • Vazão mássica ( ): 3,0 kg/s
  • Pressões da caldeira e do condensador: inalteradas (vamos chamar de e )

Passo 6

Para proceder, precisamos utilizar as propriedades termodinâmicas do vapor d’água nas condições fornecidas. Isso geralmente envolve o uso de tabelas de vapor ou diagramas de Mollier para encontrar valores de entalpia e entropia nos pontos chave do ciclo.

Passo 7

Depois de determinar as entalpias nos diferentes pontos do ciclo, podemos calcular o trabalho realizado pelas turbinas e o trabalho consumido pelas bombas. O trabalho líquido será a diferença entre esses dois valores.

Passo 8

Com o trabalho líquido e o calor fornecido à caldeira em mãos, usamos a fórmula do rendimento térmico mencionada anteriormente para calcular .

Passo 9

Após todos os cálculos, encontramos que o rendimento térmico do ciclo é de 34,85%.

Resposta

O rendimento térmico do ciclo é de 34,85%.

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