Enunciado

Um ciclo de Rankine simples ideal com água como fluido de trabalho opera entre os limites de pressão de 2.500   p s i a no interior da caldeira e 5   p s i a no condensador. Qual é a temperatura mínima requerida na entrada da turbina para que o título do vapor na saída não seja inferior a 80 % ? Quando operada a essa temperatura, qual é a eficiência térmica do ciclo?

Passo 1

O exercício pede pra gente a temperatura de entrada e a eficiência térmica, conseguiremos a temperatura pela tabela do apêndice do livro e a eficiência com a equação:

η = 1 - q o u t q i n

Vamos então começar anotando nossos dados para que a gente encontre o que falta. Partiu!

P 3 = 2500   p s i a P 4 = 5   p s i a x 4 = 0,80

Além disso, consultando as tabelas do apêndice do livro, A-11, A-12 e A-13, temos que:

h 1 = h f @ 5 p s i a = 130,18   B T U / l b m ν 1 = ν f @ 5 p s i a = 0,01641   f t 3 / l b m

h 3 = 1450,8   B T U / l b m

Vamos começar encontrando o h 2 , no próximo passo!

Passo 2

Para achar ele, vamos usar a seguinte equação:

h 2 = h 1 + w p , i n

E nós precisamos encontrar esse w p , i n , aí de cima! Vamos calcular ele:

w p , i n = ν 1 * ( P 2 - P 1 )

w p , i n = 0,01641 * ( 2500 - 5 ) * 1   B T U 5,404   p s i a * f t 3

w p , i n = 7,58   B T U / l b m

Aee! Agora sim! Vamos encontrar o h 2 :

h 2 = h 1 + w p , i n

h 2 = 130,18 + 7,58

h 2 = 137,76   B T U / l b m

Show! Vamos para o próximo passo!

Passo 3

Agora precisamos encontrar o h 4 :

h 4 = h f + x 4 * h f g

h 4 = 130,18 + 0,80 * 1000,5

h 4 = 930,58   B T U / l b m

E o s 4 :

s 4 = s f + x 4 * s f g

s 4 = 0,23488 + 0,80 * 1,60894

s 4 = 1,52203   B T U / l b m * R

Passo 4

Bom, agora que nós temos todas as entalpias do processo, podemos encontrar os calores de entrada e saída e o trabalho deles, vamos lá!

q i n = h 3 - h 2 q o u t = h 4 - h 1

q i n = 1450,8 - 137,76 q o u t = 930,58 - 130,18

q i n = 1313   B T U / l b m q o u t = 800,4   B T U / l b m

Passo 5

Agora simmm podemos encontrar o que procuramos:

η = 1 - q o u t q i n

η = 1 - 800,4 1313

η = 0,390

Para achar a temperatura T 3 , é só visitar o apêndice com os valores de P 3 e do s 3 que a gente encontra ela:

P 3 = 2500   p s i a s 3 = s 4 = 1,52202   B T U / l b m * R

T 3 = 989,2 ° F

Arrasamos!

Resposta

T 3 = 989,2 ° F η = 0,390

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Quais são as diferenças que existem entre os aquecedores de mistura e de superfície?
O que é cogeração?
Descreve duas vantagens obtidas com a utilização do ciclo com reaquecimento.
Considere um ciclo de Rankine ideal movido a energia solar que utiliza água como o fluido de trabalho. Vapor saturado sai do coletor solar a 175 ° C e a pressão do condensador é 10k P a . Determine o
Deseja-se estudar o efeito do número de estágios de reaquecimento sobre o comportamento do ciclo ideal com reaquecimento. Repita o Prob. 11.37, utilizando dois estágios de reaquecimento, um a 1,2M P a