Enunciado

Uma usina de potência a vapor de água opera no ciclo de Rankine ideal com reaquecimento. Vapor entra na turbina de alta pressão a 6 MPa e 400 °C, saindo a 2 MPa. Em seguida, o vapor é reaquecido a uma pressão constante até 400 °C antes de expandir até 20 kPa na turbina de baixa pressão. Determine o trabalho produzido pelas turbinas em kJ/kg e a eficiência térmica do ciclo. Mostre também o ciclo em um diagrama T-s que inclua as linhas de saturação.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem?

Consideremos o esboço para este problema:

    T 3 = 400 0 C         P 3 = P 2 = 6   M P a       P 6 = 20   k P a     T 1 = 450 0 C   |   P 4 = 2   M P a   |

Bem, para início de análise, o problema indica que o estado 1 encontra-se em líquido saturado. Sabemos que o estado 1 encontra-se à mesma pressão do estado 6. Então, utilizando o auxílio das tabelas A.4, A.5 e A6, é possível encontrar algumas relações termodinâmicas.

Passo 2

Temos a pressão de P 1 = 20   k P a   , na tabela de líquido saturado, podemos obter:

h 1 = 251,42     K J k g     e   v 1 = 0,001017 m 3 k g  

Sabendo que o trabalho específico pode ser dado por w p = v 1 P 2 - P 1   → w p = 6,08   K J k g :

h 2 = h 1 + w p       → h 2 = 257,5 K J k g

Passo 3

O estado 3 está em vapor superaquecido com P 3 = 6   M P a e T 3 = 400 0 C , então:

h 3 = 3178,3   K J k g         e     s 3 = 6,5432 K J k g K

Sabemos que s 3 = s 4 e que s 4 encontra no estado de vapor superaquecido, portanto, das tabelas:

h 4 = 2901   K J k g

Para o estado 5, sabemos que P 5 = 2   M P a e T = 400 0 C e se encontra em vapor superaquecido, das tabelas termodinâmicas: h 5 = 3 2 48,4   K J k g     e   s 5 = 7,1292 K J k g K     .

Para o estado 6, sabemos que a pressão é de P 6 = 20   k P a e s 5 = s 6 , então:

s 6 = x 6 s l v + s l   → x 6 = s 6 - s l s l v       → x 6 = 0,89

Para encontrar o h 6 :

h 6 = x 6 h l v + h l   → h 6 = 2349,7   K J k g

Passo 4

Então, o calor que entra é:

q e n t = h 3 - h 2 + h 5 - h 4 → q e n t = 3268 K J k g

O trabalho da turbina é:

w t = h 3 - h 4 + h 5 - h 6   → w t = 1176   K J k g

O trabalho total é:

w t o t a l = w t - w p = 1176 - 6,08   → w t o t a l = 1170 K J k g

Assim, a eficiência térmica é:

η = w t o t a l q e n t     → η = 35,8 %

Resposta

Portanto:   w t = 1176   K J k g ; η = 35,8 %

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Reconsidere o Prob. 10–27. Agora, propõe-se que a água líquida que sai do separador seja usada como fonte de calor de um ciclo que utiliza isobutano como fluido de trabalho. A água líquida geotérmica
Reconsidere o Prob. 10–27. Agora, propõe-se que a água líquida que deixa o separador seja conduzida para outro separador de líquido mantido a 150 kPa, e que o vapor produzido seja encaminhado para o e
Reconsidere o Prob. 10-66. Usando o EES (ou outro programa), resolva esse problema com o recurso de entrada de dados na janela do diagrama do EES. Inclua os efeitos das eficiências da turbina e da bom
Determine a destruição de exergia associada a cada um dos processos do ciclo de Rankine descrito no Prob. 10-35, considerando uma temperatura da fonte de 1500 K e uma temperatura do sumidouro de 295 K
Qual componente do ciclo de Rankine regenerativo ideal do Prob. 10-49E que perde a maior quantidade de potencial de trabalho? Considere que esse ciclo rejeita calor para um rio, cuja temperatura está