Uma unidade de geração opera conforme um ciclo Rankine básico, utilizando vapor saturado. As temperaturas de geração do vapor e de condensação são respectivamente, 230^circ C e 40^circ C. Calcule para este ciclo:
O trabalho da turbina e o título de saída.

Passo 1

Beleza, vamos resolver um ciclo Rankine simples que opera com vapor saturado. O enunciado diz que a temperatura de geração é 230 °C (saída da caldeira, estado 1, vapor saturado) e de condensação é 40 °C (entrada do condensador, estado 2). Precisamos achar:
  • Trabalho específico da turbina (em kJ/kg).
  • Título (qualidade) do vapor na saída da turbina .
Conteúdo envolvido: propriedades termodinâmicas do vapor saturado (entalpia , entropia ), uso de tabelas de vapor, e processo isentrópico (expansão na turbina).

Passo 2

Estado 1 (saída da caldeira): vapor saturado a 230 °C.
Da tabela de vapor saturado a 230 °C, lemos:
h1 = hg(230^circrm C) approx 2798,0;kJ/kg, s1 = sg(230^circrm C) approx 6,525;kJ/(kg,K)
Como é vapor saturado, a qualidade .

Passo 3

Expansão isentrópica na turbina:
s2s = s1 = 6,525;kJ/(kg,K)
Aqui o índice “ ” indica estado 2 se a expansão fosse totalmente isentrópica.

Passo 4

Estado 2 (após turbina) ocorre a 40 °C (condensador). Da tabela a 40 °C:
sf = 0,592;kJ/(kg,K), sg = 7,585;kJ/(kg,K)
Como x2 = s2s - sfsg - sf = 6,525 - 0,5927,585 - 0,592 approx 0,848 fica entre e , o vapor está em mistura, com qualidade dada por

Passo 5

Ainda no estado 2, a entalpia é
h2 = hf + x2,(hg - hf),
onde, na tabela a 40 °C,
hf = 173,9;kJ/kg, hg = 2575,7;kJ/kg
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h2 = 173,9 + 0,848 times (2575,7 - 173,9) approx 2211,0;kJ/kg

Passo 6

O trabalho específico da turbina (expansão isentrópica) é a diferença de entalpias:
Wrm turb = h1 - h2 = 2798,0 - 2211,0 = 587,0;kJ/kg

Resposta

Trabalho da turbina
Título (qualidade) na saída

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