Enunciado

Um ciclo Rankine, que utiliza amônia como fluido de trabalho, é acionado por energia solar. A amônia é descarregada do aquecedor solar a 140 ° C e 5,0   M P a . O condensador do ciclo é refrigerado com água e a amônia deixa o condensador a 25 ° C . Determine a temperatura, a pressão e o título, se aplicável, nos quatro estados do ciclo.

Passo 1

Prontos para iniciarmos a resolução de mais um exercício de termodinâmica?

Vem comigo!

Como temos um ciclo de Rankine, analisaremos o sistema por estágios.

Começamos pelo estágio 1 (condensador), onde temos a amônia em líquido saturado.

Propriedades:

T 1 = 25 ° C

Pela Tabela B.2.1:

p 1 = p s a t = 1003,2   k P a

Como temos apenas líquido saturado:

x 1 = 0

Passo 2

Seguindo para o estágio 2 (bomba).

Sabemos que:

p 2 = 5000   k P a

Agora, aplicando a equação de energia, temos:

w P = h 2 - h 1

Como temos um fluido incompressível, podemos calcular o trabalho da seguinte maneira:

w P = ∫ v d p

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

w P = 0,001658 ⋅ ( 5000 - 1003 )

w P = 6,627   k J / k g

Considerando um c p constante, temos:

w p = h 2 - h 1 = c p ( T 2 - T 1 )

Pela Tabela A.6:

c p = 4,84   k J / k g ⋅ K

Desse modo, temos que:

T 2 = T 1 + w p c p

T 2 = 25 + 6,627 4,84

T 2 = 26,4 ° C

Passo 3

Agora, no estágio 3 (aquecedor), nos é informado que o fluido é descarregado a:

p 3 = 5000   k P a

T 3 = 140 ° C

Pela Tabela B.2.2:

s 3 = 4,9068   k J / k g ⋅ K

Passo 4

Por fim, analisando o estágio 4 (turbina), temos que:

p 4 = p 1 = p s a t = 1003   k P a

T 4 = T 1 = 25 ° C

Sendo um processo adiabático e reversível (isentrópico), então:

s 4 = s 3

Como:

s 3 = s 4 < s v = 5,0293   k J / k g ⋅ K

Assim, conseguimos calcular o título:

s 4 = s 3 = 4,9068 = 1,121 + x 4 ⋅ 3,9083

x 4 = 0,9687

Essas são as propriedades que podemos calcular a partir dos dados obtidos.

Te espero na próxima questão, até lá!

Resposta

p 1 = p s a t = 1003,2   k P a

x 1 = 0

T 2 = 26,4 ° C

p 4 = p 1 = p s a t = 1003   k P a

T 4 = T 1 = 25 ° C

x 4 = 0,9687

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