Uma usina de potência a vapor opera em um ciclo de Rankine regenerativo ideal. O vapor entra na turbina a 6 MPa e
e é condensado no condensador a 20 kPa . Vapor é extraído da turbina a 0,4 MPa para aquecer a água de alimentação em um aquecedor de água de alimentação aberto. A água deixa o aquecedor de água de alimentação como líquido saturado. Mostre o ciclo em um diagrama
-s e determine (a) o trabalho líquido por quilograma de vapor que escoa na caldeira e (b) a eficiência térmica do ciclo. Respostas: (a)
(b)
Passo 1
Opa! Então a questão é sobre um ciclo de Rankine regenerativo ideal. A gente tem vapor entrando na turbina a 6 MPa e 450 °C, sai condensado a 20 kPa, e há extração a 0,4 MPa para um aquecedor aberto de água de alimentação.
Conteúdo: tabelas de vapor (para obter e
), processos isentrópicos (turbina e bombas), balanço de energia num aquecedor aberto (determinar fração extraída) e definição de rendimento térmico.
O que vamos precisar:
• Propriedades do vapor em cada pressão/temperatura (tabelas de vapor saturado e superaquecido).
• Entender que em processos isentrópicos .
• Balanço de energia no feed-water heater aberto: mistura de kg/s de vapor com
kg/s de líquido (saem 1 kg/s).
Conteúdo: tabelas de vapor (para obter
O que vamos precisar:
• Propriedades do vapor em cada pressão/temperatura (tabelas de vapor saturado e superaquecido).
• Entender que em processos isentrópicos
• Balanço de energia no feed-water heater aberto: mistura de
Passo 2
Determinar as propriedades nos pontos-chave:
- Estado 1 (entrada da turbina):
•, .
• Da tabela superaquecido: - Estado 2 (ponto de extração): expansão isentrópica de 6 MPa→0,4 MPa, logo
Na tabela de vapor saturado a 0,4 MPa: , , , .
• Qualidade:• Enthalpia: - Estado 3 (saída final da turbina): expansão isentrópica de 0,4 MPa→20 kPa, então
e calcula-se e depois - Estado 4 (saída do condensador): líquido saturado a 20 kPa ⇒
- Estado 5 (saída da bomba 1, de 20 kPa→0,4 MPa, vazão
): - Estado 6 (saída do feed-water heater aberto): líquido saturado a 0,4 MPa ⇒
- Estado 7 (saída da bomba 2, de 0,4 MPa→6 MPa, vazão 1 kg/s):
Passo 3
Balanço de energia no aquecedor aberto (base: 1 kg/s de vapor na caldeira, fração
extraída):
Passo 4
Agora o trabalho:
• Turbina está em duas etapas:
• Turbina está em duas etapas:
Somando:
• Bombas:
• Trabalho líquido por kg na caldeira:
Passo 5
Calor fornecido na caldeira (por kg de vapor gerado):
Rendimento térmico do ciclo:
Resposta
(a)
(b)
(b)