Uma usina de potência a vapor opera conforme o ciclo Rankine com reaquecimento. Vapor dágua entra na turbina de alta pressão a 12,5 MPa e 550^circ C a uma taxa de 7,7 kg / s e sai a 2 MPa. O fluido de trabalho é reaquecido a pressão constante até 450^circ C antes de expandir na turbina de baixa pressão. As eficiências isentrópicas das turbinas e da bomba são 85% e 90%, respectivamente. O fluido de trabalho sai do condensador como líquido saturado. O título na saída da turbina de baixa pressão é 95%. Determine:
(1,5) A eficiência térmica do ciclo:

Passo 1

O exercício descreve um ciclo Rankine com reaquecimento. O vapor entra na turbina de alta pressão a 12,5 MPa e 550 °C, expande até 2 MPa, é reaquecido a 450 °C a 2 MPa e depois expande na turbina de baixa pressão até a pressão do condensador (onde sai como líquido saturado). As eficiências isentrópicas da turbina (ambas) são 85 % e da bomba 90 %. A saída da turbina de baixa pressão tem título etaT = hin - hout,realhin - hout,isent .
Conteúdo: Termodinâmica – ciclo Rankine com reaquecimento.
O que precisamos:
  • Tabelas de água/vapor (enthalpias e entropias ).
  • Definição de eficiência isentrópica de turbina:
  • Balanço de energia para cada componente.
  • A condição serve para achar a pressão de condensação via iteração nas tabelas.

Passo 2

Estado 1 (entrada da T alta pressão):
  • h1 approx 3500 kJ/kg, s1 approx 6,48 kJ/(kgcdot K) .
  • Pela tabela super-aquecido: h2sapprox 3180 kJ/kg
Expansão isentrópica até h2 = h1 - etaT,(h1 - h2s) =3500 - 0,85,(3500 -3180) =3500 - 0,85cdot320 =3500 -272 =3228 kJ/kg :
  • .
  • Na tabela (2 MPa), achar tal que (superaquecido). Suponha
  • Eficiência da turbina:

Passo 3

Estado 2 → reaquecimento a h3 approx 3260 kJ/kg, s3 approx 6,68 kJ/(kgcdot K) até :
  • Tabela superaquecido (2 MPa, 450 °C):

Passo 4

Expansão na turbina de baixa pressão até a pressão de condensação h4 = hf + x4,hfg . Mas h4 = h3 - etaT,(h3 - h4s) não é dada diretamente: ela vem da condição de título .
  1. Suponha um , consulte tabelas de líquido saturado para achar e .
  2. Com ,
  3. Pelas tabelas, com e achamos (expansão isentrópica: ).
  4. Impor a eficiência da turbina:
  5. Ajustar até que o do item 2 coincida com o do item 4. Isso normalmente é feito por tentativa (iteração) nas tabelas.
Depois de convergir em , você tem:
  • , .
  • para entrada na bomba.

Passo 5

Bomba (de h5-h4 approx v4,(P1 - P4), até h5 = h4 + v4,(P1-P4)etaB ):
  • Perdendo pouca entalpia: com eficiência da bomba ,
No final do condensador, temos líquido saturado a : .

Passo 6

Balanço total e eficiência térmica:
  • Calcular o trabalho específico das turbinas: wT,,XP = h1 - h2, wT,,BP = h3 - h4
  • Trabalho da bomba: wB = h5 - h4
  • Calor fornecido (caldeira + reaquecimento): qin = (h1 - h5) + (h3 - h2)
  • Eficiência térmica: etath = wT,,XP + wT,,BP - wBqin

Resposta

Eficiência térmica do ciclo Rankine com reaquecimento:
boxedetath approx 0,43(43 %)

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