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
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.
(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
(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:
- Dados termodinâmicos da água/vapor (enthalpias
, entropias , volume específico ) em 4 MPa–500 °C e em 0,12 MPa (saturado). - Fórmulas:
- Trabalho da bomba
- Processo isentrópico na turbina (mesma entropia) para achar título
e - Calores e trabalhos do ciclo de Rankine ideal
- Eficiência
- Trabalho da bomba
A partir de agora, mãos na massa!
Passo 2
(a) Trabalho específico consumido pela bomba
- Na saída do condensador (estado 3) o fluido é líquido saturado a
. Do steam table:
- A bomba comprime até
. Como o líquido é quase incompressível:
Passo 3
(b) Calor por unidade de massa admitido na caldeira
- No estado 1 (entrada da turbina):
Do steam table superaquecido:
- No estado 4 (saída da bomba):
, e em 3 temos
Logo: - Calor na caldeira:
Passo 4
© Trabalho específico produzido pela turbina e (e) título da água na saída
- Entropia em 1:
- Saída da turbina em
, processo isentrópico . Do steam table saturado em 0,12 MPa: - Título
: - Enthalpia na saída (estado 2):
- Trabalho da turbina:
Passo 5
(d) Calor por unidade de massa rejeitado no condensador
No condensador o fluido vai de 2 a 3, então
No condensador o fluido vai de 2 a 3, então
Passo 6
(f) Eficiência térmica do ciclo
- Trabalho líquido:
- Eficiência:
Resposta
(a)
(b)
©
(d)
(e)
(f)
(b)
©
(d)
(e)
(f)