Universidade Federal de Sergipe
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Considere uma usina a vapor que funciona em um ciclo Rankine com reaquecimento e tem uma potência líquida de saída de 80 MW . O vapor entra na turbina de alta pressão a 10 MPa e 500^circ C e na turbina de baixa pressão a 1 MPa e 500^circ C. vapor deixa o condensador como um líquido saturado, a uma pressão de 10 kPa . A eficiência isentrópica da turbina é de 80 %, e a da bomba é de 95 %. Mostrar o ciclo em um diagrama t-s e determinar (a) o título (ou a temperatura, se
superaquecido) do vapor na saída da turbina, (b), a eficiência térmica do ciclo, e © a vazão mássica de vapor.
Resp.: (a) 88,1^circ C, (b) 34,1 %, © 62,7 kg / s.

Passo 1

Resumo do enunciado: temos um ciclo Rankine com reaquecimento, potência líquida de 80 MW, vapor entrando na turbina de alta pressão a 10 MPa/500 °C, depois é releito a 1 MPa/500 °C e expande na turbina de baixa até 10 kPa, condensando-se como líquido saturado. As eficiências isentrópicas são 80 % (turbinas) e 95 % (bombas).
Conteúdo: termodinâmica de ciclos a vapor (ciclo Rankine), uso de tabelas de vapor (h, s), definição de eficiência isentrópica, balanço de energia para turbina, bomba, aquecedor e condensador.

Passo 2

Definir os estados e extração de propriedades nas tabelas de vapor:
  1. Estado 1 (entrada HP): P₁=10 MPa, T₁=500 °C ⇒ h₁, s₁
  2. Expansão isentrópica “ideal” até P₂=1 MPa: s₂ₛ=s₁ ⇒ h₂ₛ
    Turbina HP real: h2 = h1 - etat,HP,(h1 - h2s)
  3. Estado 3 (após reaquecimento): P₃=1 MPa, T₃=500 °C ⇒ h₃, s₃

Passo 3

Expansão na turbina de baixa pressão até P₄=10 kPa:
– processo isentrópico ideal: s₄ₛ = s₃ ⇒ achar h₄ₛ (mistura ou superaquecido)
– real:
h4 = h3 - etat,LP,(h3 - h4s)
Se no final for mistura, a qualidade é
x4 = h4 - hfhfg
e a temperatura final é a de saturação em 10 kPa.

Passo 4

Calcular trabalho das turbinas e das bombas e calor adicionado:
Turbinas:
Wt,HP = h1 - h2,, Wt,LP = h3 - h4
Bombas (1: condensador→HP, 2: após reaquecimento→turbina LP):
Wb = v,(Pa
Calor de entrada:
Qin = (h1 - hliq,cond) + (h3 - h2)
Eficiência térmica do ciclo:
etath = Wt,HP + Wt,LP - Wb1 - Wb2Qin

Passo 5

Com a eficiência térmica calculada e sabendo a potência líquida desejada (80 MW), a vazão mássica de vapor é
dot m = 80,0 MWWt,HP + Wt,LP - Wb1 - Wb2

Resposta

(a) Temperatura/título do vapor na saída da turbina de baixa pressão: 88,1 °C
(b) Eficiência térmica do ciclo: 34,1 %
© Vazão mássica de vapor necessária: 62,7 kg/s

Exercícios relacionados