Enunciado

Uma planta de potência a vapor, de ciclo Rankine, opera com uma pressão alta de 3   M P a , uma pressão baixa de 10   k P a e uma saída da caldeira de 500   ° C . A fonte de alta temperatura disponível é a exaustão de 175   k g / s de ar a 600   ° C de uma turbina a gás. Se a caldeira opera como um trocador de calor em contracorrente, onde a diferença de temperaturas no ponto de pinça é de 20   ° C , determine a máxima vazão mássica de água possível e a temperatura de saída do ar.

Passo 1

Fala, galera! Vamos resolver essa questão.

Essa questão é basicamente aplicação de fórmulas e nós vamos relembrando essas fórmulas nos próximos passos. Vamos começar dando uma olhadinha no diagrama do processo:

Primeiro, vamos analisar a bomba, em que temos:

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

w p = 0,00101 ∙ 300 - 10 = 30,2   k J / k g

O que nos fornece a entalpia:

h 2 = h 1 + w p

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

Passo 2

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 3

Finalizando, vamos ter para a seção 2 a - 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

h e = 408,13   k J / k g

Dessa forma, temos:

T e = 406,7   K = 133,6   ° C

E podemos concluir que

T e > T 2 = 46,5   ° C

Prontinho! Até a próxima, galera!

Resposta

m ˙ H 2 O = 26,584   k g / s  

T e = 133,6   ° C

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