Em uma usina termoelétrica o vapor sai da caldeira saturado a 30 bar e é condensado a 0,1 bar. Determine o rendimento de primeira lei considerando o ciclo ideal.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine ideal em que o vapor sai da caldeira saturado a 30 bar e é condensado a 0,1 bar. Queremos aplicar a primeira lei ao ciclo e calcular o rendimento térmico
onde
é o trabalho líquido (turbina menos bomba) e
é o calor fornecido na caldeira.
Passo 2
Vamos numerar os estados do ciclo assim:
- saída da caldeira: vapor saturado a 30 bar
- saída da turbina: mistura vapor-líquido a 0,1 bar (expansão isentrópica)
- saída do condensador: líquido saturado a 0,1 bar
- saída da bomba: líquido comprimido a 30 bar
Passo 3
Buscamos nas tabelas de vapor saturado os seguintes dados:
— Estado 1 (30 bar, vapor saturado):
e
.
— Estado 3 (0,1 bar, líquido saturado):
e o volume específico
.
— Estado 1 (30 bar, vapor saturado):
— Estado 3 (0,1 bar, líquido saturado):
Passo 4
A expansão na turbina é isentrópica, logo
Em 0,1 bar temos
e
. A qualidade na saída da turbina é
e daí a entalpia no estado 2 é
Passo 5
O trabalho da bomba, aproximando o líquido como quase incompressível, é
e a entalpia no estado 4 fica
Passo 6
O trabalho na turbina é
o trabalho líquido do ciclo é
e o calor de entrada é
Finalmente o rendimento térmico é
Substituindo os valores das tabelas para 30 bar e 0,1 bar obtém-se numericamente
Resposta
32%