Uma usina a vapor opera em um ciclo Rankine ideal com reaquecimento e regeneração e tem uma potência líquida de 80 MW . O vapor entra na turbina de alta pressão a 10 MPa e
e sai a
. Algum vapor é extraído nesta pressão para aquecer a água de alimentação em um aquecedor de água de alimentação aberto. O resto do vapor é reaquecido a
e é expandido em a turbina de baixa pressão para o condensador de pressão de 10 kPa . Mostrar o ciclo em um diagrama T-s em relação às linhas de saturação, e determinar (a) a taxa de fluxo de massa de vapor através a caldeira e (b) a eficiência térmica do ciclo.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo de Rankine ideal com reaquecimento único a
e um estágio de regeneração por aquecedor aberto a
. O vapor entra na turbina de alta pressão (TPA) em
,
, expande até
, extrai-se uma fração
para o aquecedor aberto e o restante
vai ao reaquecedor, sai a
, expande na turbina de baixa pressão (TPB) até
, e vai ao condensador. A água condensada é bombeada até
(bomba 1), mistura-se com o vapor extraído (FWH aberto) e depois é bombeada até
(bomba 2) para retornar à caldeira. Vamos usar tabelas de vapor para obter entalpias e entropias, aplicar balanços de energia na turbina, bombas, reaquecedor e FWH, e então achar a vazão mássica e a eficiência térmica.
Passo 2
Definimos os estados principais e propriedades (valores aproximados de steam-tables):
No diagrama
traçamos: aquecimento de
, expansão isentrópica
, extração em 2, reaquecimento
, expansão isentrópica
, condensação
, bombeamento
e fechamento
.
Passo 3
Balanço de massa e entalpia no aquecedor aberto (FWH) em
:
se entra kg/s de vapor (entalpia
) e
kg/s de água da bomba 1 (entalpia
) e sai 1 kg/s de água (entalpia
), então
se entra
Passo 4
Trabalhos das turbinas e bombas por kg de vapor que entra na caldeira:
Calor fornecido (caldeira + reaquecedor):
Passo 5
Eficiência térmica e vazão mássica:
Resposta
Vazão mássica de vapor na caldeira: aproximadamente
.
Eficiência térmica do ciclo: aproximadamente .
Eficiência térmica do ciclo: aproximadamente