Enunciado

O ciclo de potência descrito no Prob. 11.21 é modificado pela instalação de um superaquecedor entra a caldeira e a turbina. Após a instalação do equipamento, a temperatura e a pressão do vapor gerado passaram a ser iguais a 400 ° C e 3,0   M P a . Determine o trabalho específico e a transferência de calor em cada um dos componentes do ciclo ideal. Calcule, também, a eficiência térmica do ciclo.

Passo 1

Preparados pra solucionarmos essa questão?

As propriedades utilizadas nesse exercício foram obtidas na Tabela B.1 utilizando dados do Prob. 11.21.

Bora resolver esse problema!

Como o problema nos pede, iremos analisar cada componente do ciclo ideal separadamente.

Iniciaremos pela turbina.

Aqui consideramos um processo adiabático e reversível (isentrópico), assim, aplicando a equação de energia:

w T = h 3 - h 4

Como temos que:

s 4 = s 3

Conseguimos calcular o título:

s 4 = s 3 = 6,9211 = 0,6492 + x 4 ⋅ 7,501

x 4 = 0,83614

Calculando h 4 :

h 4 = 191,81 + 0,83614 ⋅ 2392,82

h 4 = 2192,5   k J / k g

Como:

h 3 = 3230,82   k J / k g

Temos:

w T = 3230,82 - 2192,5

w T = 1038,3   k J / k g

Como temos um processo adiabático:

q T = 0

Passo 2

Seguindo para a bomba.

Novamente temos um processo isentrópico, aqui consideramos um escoamento incompressível para facilitar nossos cálculos de trabalho, assim:

w P = h 2 - h 1 = ∫ v d p

w P = v 1 ( p 2 - p 1 )

w P = 0,00101 ⋅ ( 3000 - 10 )

w P = 3,02   k J / k g

Como também não temos transferência de calor:

q P = 0

Calculando h 2 :

w P = h 2 - h 1

3,02 = h 2 - 191,81

h 2 = 194,83   k J / k g

Passo 3

Partindo para a caldeira.

Aqui não temos trabalho, mas possuímos transferência de calor, então:

q H = h 3 - h 2

q H = 3 230,82 - 19 4 , 83

q H = 3 036   k J / k g

E

w H - 0

Passo 4

Para finalizarmos os componentes, o condensador.

Aqui, novamente, possuímos troca térmica, mas não trabalho.

q L = h 4 - h 1

q L = 2 192,5 - 191,81

q L = 2 000,7   k J / k g

E

w L = 0

Passo 5

Por fim, a questão nos pede a eficiência térmica do ciclo, então:

n = w t o t a l q H

n = w t - w P q H

n = 1 038,3 - 3 , 02 3 036

n = 0,341

Nem foi difícil né!

Até a próxima questão!

Resposta

w T = 1038,3   k J / k g

q T = 0

w P = 3,02   k J / k g

q P = 0

q H = 3036   k J / k g

w H - 0

q L = 2000,7   k J / k g

w L = 0

n = 0,341

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