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 calor rejeitado no condensador.

Passo 1

Beleza, o enunciado diz que temos um ciclo Rankine básico com vapor saturado saindo da caldeira a 230 °C e condensando a 40 °C. A questão pede o calor rejeitado no condensador, ou seja, a quantidade de energia (por kg de vapor) que sai quando o vapor se condensa. Para isso vamos precisar:
  • Tabelas de vapor para achar entalpias (h) e entropias (s) nas duas temperaturas.
  • Conceito de expansão isentrópica (sempre que não dizem eficiência da turbina, assumimos isentrópica).
  • Fórmulas de qualidade do vapor e cálculo de entalpia em mistura.

Passo 2

Primeiro, buscamos na tabela de vapor saturado os valores em 230 °C (ponto 1, saída da caldeira):
  • Entalpia do vapor saturado: h1 = hg(230^circC) = 2797,1 kJ/kg
  • Entropia do vapor saturado: s1 = sg(230^circC) = 6,5922 kJ/(kgcdot K)
No condensador, a temperatura é 40 °C. Da tabela de saturação em 40 °C (ponto 3, líquido condensado):
  • Entalpia do líquido saturado: hf = hf(40^circC) = 167,52 kJ/kg
  • Entropia do líquido saturado: sf = sf(40^circC) = 0,5920 kJ/(kgcdot K)
  • Entropia da vaporação: sfg = sg - sf = 7,5790 - 0,5920 = 6,9870 kJ/(kgcdot K)
  • Entalpia da vaporação: hfg = hg - hf = 2675,3 - 167,52 = 2507,78 kJ/kg

Passo 3

Na expansão isentrópica até a pressão de 40 °C, mantemos a entropia:
s2 = s1 = 6,5922 kJ/(kgcdot K)
Como essa entropia está entre x2 = s2 - sfsfg = 6,5922 - 0,59206,9870 approx 0,8595 e h2 = hf + x2,hfg = 167,52 + 0,8595 times 2507,78 approx 2321,5 kJ/kg no condensador, calculamos a qualidade :
Aí a entalpia no final da expansão (ponto 2) é:

Passo 4

O calor rejeitado no condensador é justamente a diferença de entalpia entre o vapor úmido que chega (ponto 2) e o líquido saturado que sai (ponto 3):
Qout = h2 - hf = 2321,5 - 167,52 approx 2153,98 kJ/kg

Resposta

O calor rejeitado no condensador é aproximadamente
boxed2154 kJ/kg

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