Enunciado

Um ciclo de potência a vapor deve operar com uma pressão máxima de 3   M P a , pressão mínima de 10   k P a e temperatura na seção de saída da caldeira a 500   ° C . A fonte quente disponível são 175   k g / s de fases efluentes de uma turbina a gás que estão a 600   ° C . Se a caldeira opera com uma trocador de calor contra-corrente, com diferença mínima de temperatura local igual a 20 ° C , determine a vazão máxima de água no ciclo Rankine e a temperatura dos gases na seção de descarga do trocador de calor.

Passo 1

Olá pessoal, tudo certo com vocês? Espero que sim 😊. Vamos entender melhor essa questão?

Ela é bastante simples, basicamente é aplicação de fórmulas, nos próximos passos vocês podem relembrar dessas fórmulas. Mas antes atente-se para as imagens abaixo

Passo 2

Certo! Primeiro vamos para a bomba, em que:

w P = h 2 - h 1 = v 1 P 2 - P 1

w P = 0,00101 3000 - 10 = 3,02   k J / k g

Como também,

h 2 = h 1 + w P

h 2 = 191,83 + 3,02 = 194,85   k J / k g

Passo 3

Para o estado da água do trocador de calor, vamos ter

Estado 2a:

T 2 a = T S A T = 233,9   ° C

h 2 a = 1008,42   k J / k g

Estado 3:

h 3 = 3459,5   k J / k g

Para os estados do ar do trocador de calor, temos

Entrada

h a r ,   e n t = 903,16   k J / k g

Estado 2a:

h a r T 2 a + 20 = 531,28   k J / k g

Logo, temos que a temperatura do ar deve ser de 253,9°C no ponto em que a água está no estado 2a.

Passo 4

Finalizando, vamos ter para a seção 2a-3, i-a:

m H 2 O ˙ h 3 - h 2 a =   m a r ˙ h i - h a

Logo,

m H 2 O ˙ = 175 903,16 - 531,28 3456,5 - 1008,42 = 26,584   k g / s

E para o total:

m H 2 O ˙ h 3 - h 2 =   m a r ˙ h i - h e

Logo,

h e = h i - m H 2 O ˙ h 3 - h 2 m a r ˙

h e = 903,6 - 26,584 3456,5 - 194,85 175 = 408,13   k J / k g

Também temos

T e = 406,7   K = 133,6   ° C

Podemos concluir que

T e > T 2 = 46,5 ° C

Passo 5

Pronto! Finalizamos a questão 😊. Nos vemos na próxima questão. OK? Até mais.

Resposta

m H 2 O ˙ = 26,584   k g / s

T e = 133,6   ° C  

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