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Questão - 1pt)
De forma sucinta, descreva como funciona o ciclo Rankine, mencionando seus principais componentes e como os modelar matematicamente. Utilize o diagrama T vs s para explicar os principais processos do ciclo.
Sua resposta
De forma sucinta, descreva como funciona o ciclo Rankine, mencionando seus principais componentes e como os modelar matematicamente. Utilize o diagrama T vs s para explicar os principais processos do ciclo.
Passo 1
O enunciado pede uma descrição sucinta do ciclo Rankine, seus componentes principais (bomba, caldeira, turbina e condensador) e a modelagem matemática de cada processo no diagrama temperatura versus entropia (
–
). Vamos dar nome aos quatro estados do fluido de trabalho para guiar a modelagem:
– Estado : saída do condensador (líquido saturado a baixa pressão)
– Estado : saída da bomba (líquido comprimido a alta pressão)
– Estado : saída da caldeira (vapor seco a alta pressão)
– Estado : saída da turbina (vapor expandido a baixa pressão)
– Estado
– Estado
– Estado
– Estado
Passo 2
Desenho do diagrama
–
e identificação dos processos:
– : compressão do líquido na bomba (quase isentrópica)
– : aquecimento na caldeira a pressão constante (vaporização)
– : expansão do vapor na turbina (quase isentrópica)
– : resfriamento e condensação a pressão constante
–
–
–
–
Passo 3
Processo
(bomba, líquido comprimido quase isentrópico)
– A variação de entropia é desprezível: .
– Trabalho da bomba por unidade de massa:
– A variação de entropia é desprezível:
– Trabalho da bomba por unidade de massa:
onde
é o volume específico no estado
.
Passo 4
Processo
(caldeira, aquecimento e vaporização a pressão constante)
– Calor adicionado por unidade de massa:
– Calor adicionado por unidade de massa:
– No diagrama
–
, esse trecho é horizontal (pressão constante) até o vapor seco.
Passo 5
Processo
(turbina, expansão do vapor quase isentrópica)
– Assume-se .
– Trabalho na turbina por unidade de massa:
– Assume-se
– Trabalho na turbina por unidade de massa:
Passo 6
Processo
(condensador, rejeição de calor a pressão constante)
– Calor rejeitado por unidade de massa:
– Calor rejeitado por unidade de massa:
– No diagrama
–
, é um trecho horizontal de liquefação.
Passo 7
Balanço de energia e eficiência térmica
– Trabalho líquido por unidade de massa:
– Trabalho líquido por unidade de massa:
– Eficiência térmica do ciclo Rankine ideal:
Resposta
O ciclo Rankine ideal consiste em quatro processos no diagrama
–
:
. Bomba (
): compressão isentrópica do líquido, trabalho
.
. Caldeira (
): aquecimento a pressão constante, calor
.
. Turbina (
): expansão isentrópica do vapor, trabalho
.
. Condensador (
): condensação a pressão constante, calor rejeitado
.
A eficiência térmica fica
e o diagrama
–
evidencia as regiões líquida e vapor, bem como a quase verticalidade da compressão do líquido e a quase verticalidade da expansão do vapor.