Uma usina de potência a vapor opera conforme o ciclo Rankine com reaquecimento. Vapor dágua entra na turbina de alta pressão a
e
a uma taxa de
e sai a
. O fluido de trabalho é reaquecido a pressão constante até
antes de expandir na turbina de baixa pressão. As eficiências isentrópicas das turbinas e da bomba são
e
, respectivamente. O fluido de trabalho sai do condensador como líquido saturado. O título na saída da turbina de baixa pressão é
. Determine:
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
.
Conteúdo: Termodinâmica – ciclo Rankine com reaquecimento.
O que precisamos:
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):
-
. - Pela tabela super-aquecido:
Expansão isentrópica até
:
-
. - Na tabela (2 MPa), achar
tal que (superaquecido). Suponha - Eficiência da turbina:
Passo 3
Estado 2 → reaquecimento a
até
:
- Tabela superaquecido (2 MPa, 450 °C):
Passo 4
Expansão na turbina de baixa pressão até a pressão de condensação
. Mas
não é dada diretamente: ela vem da condição de título
.
- Suponha um
, consulte tabelas de líquido saturado para achar e . - Com
, - Pelas tabelas, com
e achamos (expansão isentrópica: ). - Impor a eficiência da turbina:
- 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
até
):
- 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:
- Trabalho da bomba:
- Calor fornecido (caldeira + reaquecimento):
- Eficiência térmica:
Resposta
Eficiência térmica do ciclo Rankine com reaquecimento: