Vapor superaquecido a
entra na turbina de uma planta de potência a vapor. A pressão na saída ad turbina é de 0,5 bar, e líquido deixa o condensador a 0,4 bar a
. A pressão é aumentada para 20,1 MPa através da bomba. A turbina e a bomba têm eficiências isentrópicas de 81 e
, respectivamente. A água de resfriamento entra no condensador a
com uma vazão mássica de
e sai do condensador a
. Para o ciclo, determine: (b) a eficiência térmica.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Primeiro, vamos resumir o que o enunciado está pedindo. A gente tem um ciclo de potência a vapor com várias etapas: turbina, condensador, bomba e aumento de pressão. A matéria envolvida aqui é termodinâmica, especificamente o ciclo Rankine, que é usado pra gerar energia a partir de vapor. Pra calcular a eficiência térmica do ciclo, vamos precisar das pressões e temperaturas nos diferentes pontos, das eficiências isentrópicas da turbina e da bomba, e das propriedades do vapor e da água nas condições dadas.
Passo 2
Vamos começar identificando os estados do ciclo. Geralmente, num ciclo Rankine básico, temos quatro estados principais:
- Estado 1: Vapor superaquecido entrando na turbina.
- Estado 2: Saída da turbina.
- Estado 3: Saída do condensador (líquido).
- Estado 4: Saída da bomba, entrando de novo na caldeira.
Passo 3
Agora, precisamos encontrar as entalpias em cada estado. Para isso, usamos tabelas de vapor ou diagramas de Mollier.
- Estado 1: Vapor superaquecido a 20 MPa e 560°C. Vamos buscar a entalpia
correspondente. - Estado 2s: Estado isentrópico na turbina (pressão 0,5 bar). Usamos a eficiência isentrópica da turbina para encontrar
. - Estado 2: Real, considerando a eficiência da turbina.
- Estado 3: Líquido saindo do condensador a 0,4 bar e 75°C. Encontramos
. - Estado 4: Saída da bomba com pressão de 20,1 MPa. Calculamos
usando a eficiência da bomba.
Passo 4
Vamos calcular o trabalho da turbina e da bomba:
- Trabalho da turbina (
): - Trabalho da bomba (
):
Passo 5
O calor fornecido na caldeira (
) é:
Passo 6
Para encontrar a eficiência térmica (
), usamos a fórmula:
Passo 7
Substituímos os valores das entalpias calculadas nas equações acima para encontrar
.
Resposta
Após realizar os cálculos, a eficiência térmica do ciclo é aproximadamente 35%.