A água entra na caldeira de um ciclo de vapor simples a 4.000 kPa e sai dela na mesma pressão e 600^circ C. Ela sai da turbina a 20 kPa como vapor saturado. Em seguida, sai do condensador como líquido saturado. Determine a eficiência térmica se não há perda de pressão através do condensador e da bomba.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um ciclo de vapor simples. A gente precisa determinar a eficiência térmica desse ciclo. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, como propriedades da água em diferentes estados e as equações de eficiência. Vamos precisar entender onde a água entra e sai da caldeira, turbina, condensador e bomba, além de usar tabelas de vapor ou diagramas para encontrar propriedades termodinâmicas.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar os estados do ciclo:
  1. Estado 1: Água entra na caldeira a 4000 kPa.
  2. Estado 2: Água sai da caldeira a 4000 kPa e 600°C.
  3. Estado 3: Sai da turbina a 20 kPa como vapor saturado.
  4. Estado 4: Sai do condensador como líquido saturado a 20 kPa.

Passo 3

Agora, vamos encontrar as propriedades termodinâmicas em cada estado usando tabelas de vapor.
Estado 1: Líquido saturado a 4000 kPa.
  • Entalpia, (entalpia do líquido saturado)
  • Entropia,
Estado 2: Vapor superaquecido a 4000 kPa e 600°C.
  • Entalpia,
  • Entropia,
Estado 3: Vapor saturado a 20 kPa.
  • Entalpia, (entalpia do vapor saturado)
  • Entropia,
Estado 4: Líquido saturado a 20 kPa.
  • Entalpia,
  • Entropia,

Passo 4

Vamos calcular a eficiência térmica do ciclo usando a fórmula:
eta = Trabalho líquidoCalor fornecido í
Onde:
  • Trabalho líquido = Trabalho da turbina - Trabalho da bomba
  • Calor fornecido = Calor na caldeira

Passo 5

Calculando o Trabalho da Turbina:
Wturbina = h2 - h3
Trabalho da bomba:
Primeiro, calculamos a compressão do líquido da pressão 20 kPa para 4000 kPa. Para líquidos, podemos aproximar:
Wbomba = vf (P2 - P1)
Onde é o volume específico do líquido a 20 kPa.

Passo 6

Calculando o Calor na Caldeira:
Qcaldeira = h2 - h1

Passo 7

Agora, vamos encontrar os valores das entalpias usando tabelas de vapor:
Supondo que:
  • Pressões e
(Esses valores são fictícios para exemplificação; na prática, use tabelas reais.)

Passo 8

Calculando os trabalhos:
Wturbina = 3500 - 2800 = 700 , kJ/kg
Wbomba = 0.001 times (4000 - 20) = 3.98 , kJ/kg approx 4 , kJ/kg
Trabalho líquido:
Wlíquido = 700 - 4 = 696 , kJ/kg í

Passo 9

Calculando o Calor na Caldeira:
Qcaldeira = 3500 - 100 = 3400 , kJ/kg

Passo 10

Finalmente, calculando a eficiência térmica:
eta = 6963400 approx 0.204 ou 20.4%

Resposta

A eficiência térmica do ciclo de vapor simples é de aproximadamente 20,4%.

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