A água entra na caldeira de um ciclo de vapor simples a
e sai dela na mesma pressão e
. Ela sai da turbina a
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:
- Estado 1: Água entra na caldeira a 4000 kPa.
- Estado 2: Água sai da caldeira a 4000 kPa e 600°C.
- Estado 3: Sai da turbina a 20 kPa como vapor saturado.
- 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:
Onde:
- Trabalho líquido = Trabalho da turbina - Trabalho da bomba
- Calor fornecido = Calor na caldeira
Passo 5
Calculando o Trabalho da Turbina:
Trabalho da bomba:
Primeiro, calculamos a compressão do líquido da pressão 20 kPa para 4000 kPa. Para líquidos, podemos aproximar:
Onde
é o volume específico do líquido a 20 kPa.
Passo 6
Calculando o Calor na Caldeira:
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:
Trabalho líquido:
Passo 9
Calculando o Calor na Caldeira:
Passo 10
Finalmente, calculando a eficiência térmica:
Resposta
A eficiência térmica do ciclo de vapor simples é de aproximadamente 20,4%.
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Expresse os seguintes valores em unidades SI: (a)
Ar é comprimido em um cilindro de modo que o volume varia de 0.2 a
. A pressão no início do processo é de
. Calcule o trabalho se a pressão for constante. Esboce o processo em um diagrama
.
Expresse os seguintes valores em unidades SI: ©
Ar é comprimido em um cilindro de modo que o volume varia de 0.2 a
. A pressão no início do processo é de
. Calcule o trabalho se a temperatura for constante a
. Esboce o processo em um diagrama
.