Considere uma usina a vapor de água operando segundo o ciclo de Rankine ideal. Vapor entra na turbina a 5 MPa e
e o condensador opera a 10 kPa . Determine (a) a eficiência térmica dessa usina; b) a eficiência térmica se o vapor for superaquecido a
em vez de
, e c) a eficiência térmica se a pressão da caldeira for elevada até 15 MPa enquanto a temperatura na entrada da turbina é mantida a
0,4303)
Passo 1
Resumindo: temos um ciclo de Rankine ideal com entrada de vapor na turbina a
e
, condensador a
. Precisamos calcular a eficiência térmica
onde
é o trabalho líquido por kg de vapor e
o calor recebido na caldeira. Vamos usar tabelas de vapor para obter entalpias e entropias em cada estado, além da correção do bombeamento por
.
Passo 2
Estado
(saída da caldeira):
,
. Das tabelas de vapor superaquecido:
Passo 3
Estado
(saída da turbina): expansão isentrópica até
, logo
Em
tabelas de líquido-vapor:
A qualidade no fim da expansão é
e a entalpia
Passo 4
Estado
(líquido saturado no condensador):
Estado
(saída da bomba):
Passo 5
Balanço de energia por kg de vapor:
Passo 6
A eficiência térmica é
Passo 7
Para (b), repete-se o ciclo com
e
. Das tabelas superaquecido:
Mantendo o mesmo
e propriedades de líquido-vapor, obtém-se ao final:
Passo 8
Para (c), elevo
mantendo
. Tabelas superaquecido dão
Repetindo a isentrópica a
e o bombeamento, chega-se a
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)