Considere uma usina de potência a vapor dágua que opera segundo o ciclo de Rankine simples ideal. O vapor entra na turbina a 4 MPa e 500^circ C e é condensado no condensador à pressão de 120 kPa . Determine:
(a) o trabalho específico consumido pela bomba
(b) o calor por unidade de massa admitido na caldeira
© o trabalho específico produzido pela turbina
(d) o calor por unidade de massa rejeitado no condensador
(e) o título da água na saída da turbina
(f) a eficiência térmica desse ciclo. Para auxiliar veja o Exemplo 10-1 do livro e consulte as propriedades da água no programa MINI-REFPROP.

Passo 1

Beleza, vamos resolver um ciclo de Rankine simples ideal (que é o básico das usinas a vapor). O enunciado diz: vapor entra na turbina a 4 MPa e 500 °C, condensa a 0,12 MPa. A gente quer:
(a) trabalho específico da bomba
(b) calor admitido na caldeira
© trabalho específico da turbina
(d) calor rejeitado no condensador
(e) título na saída da turbina
(f) eficiência térmica do ciclo
O que precisamos:
  1. Dados termodinâmicos da água/vapor (enthalpias , entropias , volume específico ) em 4 MPa–500 °C e em 0,12 MPa (saturado).
  2. Fórmulas:
    • Trabalho da bomba
    • Processo isentrópico na turbina (mesma entropia) para achar título e
    • Calores e trabalhos do ciclo de Rankine ideal
    • Eficiência
A partir de agora, mãos na massa!

Passo 2

(a) Trabalho específico consumido pela bomba
  1. Na saída do condensador (estado 3) o fluido é líquido saturado a wbomba = vf,(P4 - P3) = 0,001043,(4,00 - 0,12)times 10^3 kPa approx 4,05 kJ/kg . Do steam table:
  2. A bomba comprime até . Como o líquido é quase incompressível:

Passo 3

(b) Calor por unidade de massa admitido na caldeira
  1. No estado 1 (entrada da turbina): P1 = 4 MPa, T1 = 500 ^circC Do steam table superaquecido:
    h4 = 432,8 + 4,05 = 436,85 kJ/kg
  2. No estado 4 (saída da bomba): qin = h1 - h4 = 3316,5 - 436,85 = 2879,65 kJ/kg , e em 3 temos

    Logo:
  3. Calor na caldeira:

Passo 4

© Trabalho específico produzido pela turbina e (e) título da água na saída
  1. Entropia em 1: sf = 1,4292, sfg = 5,2330 kJ/kgK
  2. Saída da turbina em x2 = s2 - sfsfg = 6,5968 - 1,42925,2330 approx 0,988 , processo isentrópico h2 = hf + x2,hfg = 432,8 + 0,988times 2089,3 approx 2496,1 kJ/kg . Do steam table saturado em 0,12 MPa: wturbina = h1 - h2 = 3316,5 - 2496,1 = 820,4 kJ/kg
  3. Título :
  4. Enthalpia na saída (estado 2):
  5. Trabalho da turbina:

Passo 5

(d) Calor por unidade de massa rejeitado no condensador
No condensador o fluido vai de 2 a 3, então
qout = h2 - h3 = 2496,1 - 432,8 = 2063,3 kJ/kg

Passo 6

(f) Eficiência térmica do ciclo
  1. Trabalho líquido:
wlíquido = wturbina - wbomba = 820,4 - 4,05 = 816,35 kJ/kg í
  1. Eficiência:
eta = wlíquidoqin = 816,352879,65 approx 0,2835 = 28,35% í

Resposta

(a)
(b)
©
(d)
(e)
(f)

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