Questão (***):
Considere um ciclo de cogeração que opera num sistema em cascata composto de dois ciclos motores. O ciclo de alta temperatura usa água e o de baixa temperatura o refrigerante R-134a. Vapor d’água a
e
entra na turbina d’água com vazão de
e expande até a pressão de
. Metade dessa vazão é extraída nesta pressão para ser utilizada em aquecimento industrial e retorna ao ciclo misturando-se com a água condensada. O restante do vapor passa pelo trocador de calor, que serve como condensador do ciclo de água e como caldeira do ciclo de refrigerante R-134a. A água condensada deixa o trocador de calor como líquido saturado à pressão de
e é misturado com a água que retorna do processo a
e
. Essa mistura a
entra na bomba, onde é bombeada isentropicamente até a pressão de
. O ciclo de refrigerante R-134a opera segundo um ciclo de Rankine, com o fluido entrando na turbina a
e
e saindo à pressão de
. Após passar pelo condensador, o fluido é bombeado isentropicamente até a pressão de
. Considerando-se que a eficiência isentrópica das turbinas é de
, forneça:
a) A potência da turbina d’água (
);
b) A razão entre as vazões mássicas de água e
;
c) O calor fornecido ao processo industrial
;
d) A potência da turbina de R-134a (
);
e) A potência líquida do ciclo em cascata (
);
f) O calor total fornecido ao ciclo (
);
g) O rendimento térmico do ciclo em cascata, considerando o calor fornecido ao processo como energia útil (
).
a) A potência da turbina d’água (
b) A razão entre as vazões mássicas de água e
c) O calor fornecido ao processo industrial
d) A potência da turbina de R-134a (
e) A potência líquida do ciclo em cascata (
f) O calor total fornecido ao ciclo (
g) O rendimento térmico do ciclo em cascata, considerando o calor fornecido ao processo como energia útil (
Passo 1
O enunciado pede potências e fluxos mássicos em ciclos de vapor d’água e de R-
a, usando propriedades termodinâmicas (entalpias, entropias, volumes específicos) retiradas de tabelas de vapor de água e de R-
a. Sem essas tabelas não é possível determinar numericamente os valores de
,
e
em cada estado para calcular as etapas de expansão, condensação e bombeamento.
Passo 2
Como não dispomos das tabelas necessárias para obter
em
MPa e
C, nem as propriedades saturadas e superaquecidas da água a
kPa/
kPa, tampouco as propriedades do refrigerante R-
a nas pressões e temperaturas do ciclo, não podemos executar nenhum dos cálculos:
– potência da turbina de água ( ),
– razão de vazões ,
– calor ao processo ( ),
– potência da turbina de R- a (
),
– potência líquida,
– calor total fornecido ( ) e
– rendimento térmico do ciclo.
– potência da turbina de água (
– razão de vazões
– calor ao processo (
– potência da turbina de R-
– potência líquida,
– calor total fornecido (
– rendimento térmico do ciclo.
Resposta
Não é possível resolver o exercício porque faltam as tabelas de propriedades termodinâmicas da água e do R-
a, que são essenciais para calcular entalpias, entropias e volumes específicos em cada estado do ciclo.