Considere uma usina a vapor que opera segundo o ciclo de Rankine ideal com reaquecimento. O vapor entra na turbina de alta pressão a 15 MPa e
e é condensado no condensador a uma pressão de 10 kPa . Considerando que o conteúdo de umidade do vapor na saída da turbina de baixa pressão não deve exceder 10,4%, determine:
(a) a pressão na qual o vapor deve ser reaquecido e
(b) a eficiência térmica do ciclo.
Considere que o vapor é reaquecido até a mesma temperatura de entrada da turbina de alta pressão.
(a) a pressão na qual o vapor deve ser reaquecido e
(b) a eficiência térmica do ciclo.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine ideal com reaquecimento em que o vapor entra na turbina de alta pressão (HP) a
e
, é expandido até uma pressão intermediária
, reaquecido a
nessa pressão e então expandido até
na turbina de baixa pressão (LP). O condensado sai a
e deve ter um teor máximo de umidade de
, ou seja, qualidade mínima
. Precisamos achar
- a pressão de reaquecimento
que garanta , - a eficiência térmica
do ciclo ideal.
Passo 2
Para limitar a umidade na saída da LP a
, impomos
e usamos a relação entropia–qualidade na pressão de condensação
:
Dos dados de vapor saturado a
(tabela):
Logo
Como a expansão na LP é isentrópica,
. Portanto, no estado de saída do reaquecedor (estado 3) devemos ter
Passo 3
No reaquecedor o vapor está a
e pressão
. Consultando a tabela de vapor superaquecido a
, encontramos valores de
para várias pressões. Por exemplo:
Interpolando linearmente para
dá aproximadamente
Passo 4
Agora calculamos todos os entalphes necessários (valores aproximados de tabela):
Estado 1 (entrada HP):
Estado 2 (saída HP, expansão isentrópica a
):
Da tabela saturada a
:
Qualidade
Qualidade
Na prática o vapor sai superaquecido; interpolando tabela superaquecida a
,
dá
Estado 3 (saída do reaquecedor):
Estado 4 (saída LP,
, isentrópico):
Bomba (de
a
):
Passo 5
Trabalhos e calor:
Passo 6
Eficiência térmica do ciclo:
Resposta
(a)
(b) .
(b)