Enunciado

Reconsidere o Prob. 10-104. Usando o EES (ou outro programa), determine a pressão de extração ótima para o aquecedor de água de alimentação aberto que maximiza a eficiência térmica do ciclo.

Passo 1

Tá legal, o que precisamos fazer é fornecer os dados do enunciado do Prob. 10-104 para o EES para que ele determine o valor das propriedades nos pontos de interesse, e após isso, devemos escrever exatamente as mesmas equações que usamos para resolver o Prob. 10-104, só que deixando em função da pressão de extração para o aquecedor de água de alimentação aberto.

Passo 2

Então, o código em EES que resolve o nosso problema é dado a seguir:

"Dados fornecidos no problema 10-104"

P_caldeira=6000 [kPa]

P_aaaf1=3000 [kPa]

P_aaaf2=1800 [kPa]

P_reaq=800 [kPa]

"P_aaaa=100 [kPa]"

P_condensador=7.5 [kPa]

T_turbina=500 [C]

Fluid$='STEAM'

"Entalpias e entropias das turbinas"

h[13]=enthalpy(Fluid$; P=P_caldeira; T=T_turbina)

s[13]=entropy(Fluid$; P=P_caldeira; T=T_turbina)

h[14]=enthalpy(Fluid$; P=P_aaaf1; s=s[13])

h[15]=enthalpy(Fluid$; P=P_aaaf2; s=s[13])

h[16]=enthalpy(Fluid$; P=P_reaq; s=s[13])

h[17]=enthalpy(Fluid$; P=P_reaq; T=T_turbina)

s[17]=entropy(Fluid$; P=P_reaq; T=T_turbina)

h[18]=enthalpy(Fluid$; P=P_aaaa, s=s[17])

h[19]=enthalpy(Fluid$; P=P_condensador; s=s[17])

"Análise da bomba 1"

h[1]=enthalpy(Fluid$; P=P_condensador; x=0)

v[1]=volume(Fluid$; P=P_condensador; x=0)

w_b1=v[1]*(P_aaaa-P_condensador)

h[2]=h[1]+w_b1

"Análise da bomba 2"

h[3]=enthalpy(Fluid$; P=P_aaaa; x=0)

v[3]=volume(Fluid$; P=P_aaaa; x=0)

w_b2=v[3]*(P_aaaf2-P_aaaa)

h[4]=h[3]+w_b2

"Análise da bomba 3"

h[5]=enthalpy(Fluid$; P=P_aaaf2; x=0)

T[5]=temperature(Fluid$; P=P_aaaf2; x=0)

v[5]=volume(Fluid$; P=P_aaaf2; x=0)

w_b3=v[5]*(P_aaaf1-P_aaaf2)

h[6]=h[5]+w_b3

"Análise da bomba 4"

h[9]=enthalpy(Fluid$; P=P_aaaf1; x=0)

T[9]=temperature(Fluid$; P=P_aaaf1; x=0)

v[9]=volume(Fluid$; P=P_aaaf1; x=0)

w_b4=v[5]*(P_caldeira-P_aaaf1)

h[10]=h[9]+w_b4

"Balanços de massa nas turbinas"

x+y+z=1

m+n=z

"Análise do balanço de massa no aquecedor aberto "

m*h[18]+n*h[2]=z*h[3]

"Análise do balanço de massa no aquecedor fechado 2"

T[7]=T[5]

h[7]=enthalpy(Fluid$; P=P_aaaf1; T=T[7])

z*h[4]+y*h[15]=z*h[7]+y*h[5]

"Análise do balanço de massa no aquecedor fechado 1"

T[11]=T[9]

h[11]=enthalpy(Fluid$; P=P_condensador; T=T[11])

(y+z)*h[8]+x*h[14]=(y+z)*h[11]+x*h[9]

"Análise na saída do aquecedor fechado 2"

z*h[7]+y*h[6]=(y+z)*h[8]

"Análise na saída do aquecedor fechado 1"

x*h[10]+(y+z)*h[11]=1*h[12]

"Análise do ciclo"

w_T_AP=x*(h[13]-h[14])+y*(h[13]-h[15])+z*(h[13]-h[16])

w_T_BP=m*(h[17]-h[18])+n*(h[17]-h[19])

q_e=h[13]-h[12]+z*(h[17]-h[16])

q_s=n*(h[19]-h[1])

Eta=1-q_s/q_e

Passo 3

Então, com esse código, obtemos a seguinte tabela paramétrica com a pressão de extração do aquecedor de água de alimentação aberto e a eficiência do sistema:

E o seguinte gráfico ilustrando os dados obtidos:

Então, observando o gráfico e os dados obtidos na tabela paramétrica, a eficiência ótima seria:

η = 0,4724

E estaria dentro do intervalo de pressões:

110 < P a a a a < 160   [ k P a ]

Resposta

110 < P a a a a < 160   [ k P a ]

η = 0,4724

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