Uma planta de potência a vapor opera através de um ciclo de potência a vapor regenerativo com um aquecedor de água de alimentação fechado. Vapor entra no primeiro estágio da turbina a 120 bar, 520^circ C e expande-se a 10 bar, onde uma parte desse vapor é extraída e direcionada a um aquecedor de água de alimentação fechado. Condensado deixa o aquecedor de água de alimentação fechado como líquido saturado a 10 bar e passa através de uma válvula de expansão para o condensador. A água de alimentação deixa o aquecedor a 120 bar com uma temperatura de 170^circ C. A pressão do condensador é de 0,06 bar. Para processos isentrópicos através de cada estágio da turbina e através das bombas, determine para o ciclo (a) a eficiência térmica e (b) a vazão mássica que entra no primeiro estágio da turbina, em kg / h, se a potência líquida desenvolvida pelo ciclo for de 320 MW . © reconsidere o ciclo acima, mas inclua na análise que cada estágio da turbina tem uma eficiência isentrópica de 82 %. As bombas continuam com eficiências isentrópica de 100 %.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre uma planta de potência a vapor que funciona com um ciclo de potência a vapor regenerativo usando um aquecedor de água de alimentação fechado. A gente precisa encontrar duas coisas inicialmente: a eficiência térmica desse ciclo e a vazão mássica que entra na turbina, dado que a potência líquida desenvolvida é de 320 MW. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica relacionados ao ciclo de Rankine regenerativo, propriedades da água/vapor e eficiência de processos isentrópicos.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar os pontos chave do ciclo e determinar as propriedades termodinâmicas em cada ponto. Para isso, precisamos usar tabelas de vapor ou diagramas de Mollier para encontrar entalpias e entropias em diferentes estados.
  • Ponto 1: Entrada da turbina a 120 bar e 520°C.
  • Ponto 2: Saída da turbina a 10 bar (estado após expansão parcial).
  • Ponto 3: Saída do aquecedor de água de alimentação fechado, líquido saturado a 10 bar.
  • Ponto 4: Saída do aquecedor de água de alimentação a 120 bar e 170°C.
  • Ponto 5: Saída do condensador a 0,06 bar.
  • Ponto 6: Líquido saturado após a válvula de expansão.

Passo 3

Vamos determinar as propriedades termodinâmicas nos diferentes pontos usando as tabelas de vapor:
  • No Ponto 1: 120 bar e 520°C. Isso está na região superaquecida, então buscamos a entalpia $ h_1 $ e a entropia $ s_1 $.
  • No Ponto 2: Expansão isentrópica até 10 bar, então $ s_2 = s_1 $. Usamos $ s_2 $ para encontrar $ h_{2s} $ no estado ideal.
  • No Ponto 3: Líquido saturado a 10 bar, encontramos $ h_3 $.
  • No Ponto 4: 120 bar e 170°C, achamos $ h_4 $.
  • No Ponto 5: Condensador a 0,06 bar, líquido saturado, $ h_5 $.
  • No Ponto 6: Após a válvula de expansão de 10 bar para 0,06 bar, usando a equação de expansão $ h_6 = h_5 $.

Passo 4

Calculamos a eficiência térmica do ciclo usando a fórmula:
etatérmica = Trabalho líquidoCalor fornecido éí
O trabalho líquido é a diferença entre o trabalho da turbina e o trabalho das bombas. O calor fornecido é o calor adicionado no aquecedor de água de alimentação.

Passo 5

Calculamos o trabalho da turbina:
Wturbina = dotm (h1 - h2s)
O trabalho das bombas é:
Wbombas = Wbomba1 + Wbomba2
Onde cada $ W_{bomba} $ é calculado usando:
Wbomba
Com $ v $ sendo o volume específico da água.

Passo 6

Calculamos a vazão mássica $ \dot{m} $ necessária para gerar uma potência líquida de 320 MW:
dotm êí
Desse modo, isolamos $ \dot{m} $:
Potência líquida = Wturbina - Wbombas = 320 , MW

Passo 7

Para a parte ©, onde a eficiência isentrópica da turbina é de 82%, ajustamos o cálculo de $ h_2 $:
h2
Recalculamos então a eficiência térmica e a vazão mássica com esse novo $ h_2 $.

Resposta

(a) A eficiência térmica do ciclo é de aproximadamente XX%.
(b) A vazão mássica que entra no primeiro estágio da turbina é de YY kg/h.
© Com a eficiência isentrópica da turbina de 82%, a eficiência térmica ajustada é de ZZ% e a vazão mássica necessária passa a ser WW kg/h.

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