Uma planta de potência opera sob um ciclo de potência a vapor regenerativo com um aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor d’água entra na turbina de primeiro estágio a 12 MPa e
, e se expande até 2 MPa , onde parte do vapor é extraída e desviada para o aquecedor de água de alimentação aberto que opera a 2 MPa . O restante do vapor se expande pela turbina de segundo estágio até a pressão do condensador de 6 kPa . O líquido saturado sai do aquecedor de água de alimentação aberto a 2 MPa . Considerando uma eficiência isentrópica de 82 e
para turbinas e bombas, respectivamente, determine: (a) a eficiência térmica; (b) a vazão mássica na turbina de primeiro estágio, em kg/h, para uma potência líquida de saída de 330 MW (c) a eficiência exergética deste ciclo; (d) a taxa de destruição de exergia no ciclo e (e) a melhor faixa da pressão de operação do desaerador levando em consideração a eficiência do ciclo.
Considere T0
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine regenerativo com aquecedor de água de alimentação aberto (deaerador). O vapor entra na turbina de primeiro estágio a 12 MPa e
C, expande até 2 MPa, onde uma fração é extraída para o aquecedor aberto, o restante expande num segundo estágio até 6 kPa, passa pelo condensador, é bombeado a 2 MPa e mistura-se com o vapor extraído, formando o líquido saturado a 2 MPa que é bombeado a 12 MPa e aquecido de volta à superaquecido. Queremos:
(a) eficiência térmica, (b) vazão mássica para 330 MW, (c) eficiência exergética, (d) taxa de destruição de exergia e (e) melhor faixa de pressão do deaerador.
(a) eficiência térmica, (b) vazão mássica para 330 MW, (c) eficiência exergética, (d) taxa de destruição de exergia e (e) melhor faixa de pressão do deaerador.
Passo 2
Definimos os estados e obtemos entalpias e entropias nas tabelas:
– Estado 1: entrada da turbina a 12 MPa, C:
– Estado 1: entrada da turbina a 12 MPa,
– Estado 2s: expansão isentrópica até 2 MPa,
. Interpolando em superaquecido a 2 MPa,
corresponde a
, gerando
Passo 3
Turbina de 1.º estágio com eficiência isentrópica
:
Passo 4
Turbina de 2.º estágio: expandimos de
,MPa e
real até 6 kPa. Primeiro achamos
real aproximando no superaquecido e depois o estado isentrópico 3s em 6 kPa:
Em 6 kPa,
,
, logo a qualidade isentrópica
Com
,
Passo 5
Bombas com eficiência isentrópica
. Primeiro bomba do condensador (6 kPa
MPa):
No aquecedor aberto sai líquido saturado a 2 MPa:
Bomba para 12 MPa (2 MPa
MPa):
Passo 6
Balanço de energia no aquecedor aberto: a massa extraída é
, a bombeada do condensador é
, ambas se misturam para massa total 1 kg/ciclo.
Passo 7
Trabalhos e eficiência térmica por kg de vapor na caldeira:
Turbinagem total:
Bombas:
Eficiência térmica:
Para 330 MW líquidos:
Passo 8
Exergia fornecida pelo calor da caldeira a
:
Eficiência exergética:
Destruição de exergia por kg e taxa:
Passo 9
A pressão ótima de extração num ciclo com um aquecedor aberto satisfaz
Em prática a faixa recomendada fica em torno de
, ou seja, cerca de 0{,}24–0{,}30 MPa.
Resposta
(a)
.
(b)
(c) .
(d) ,
(e) , faixa prática
{,}24–0{,}30 MPa.
(b)
(c)
(d)
(e)