Uma usina a vapor operando em um ciclo ideal de Rankine produz uma potência de
. As condições de entrada da turbina são
e o condensador é mantido a
. A água de resfriamento a
entra nos tubos de parede fina de 20 mm de diâmetro do condensador de casco e tubos com um passe no casco e dois passes nos tubos. A água de resfriamento sai a 27
, a velocidade média da água nos tubos do condensador é de
e o coeficiente de transferência de calor do lado do vapor é de
.
Determine:
a) a eficiência térmica percentual do ciclo Rankine,
b) o número de tubos necessários no condensador,
c) a diferença de temperatura média logarítmica (LMTD) em
,
d) a efetividade do condensador,
e) o coeficiente global de transferência de calor do condensador em
f) o comprimento dos tubos do condensador em metros.
As propriedades termofísicas da água de resfriamento são:
Determine:
a) a eficiência térmica percentual do ciclo Rankine,
b) o número de tubos necessários no condensador,
c) a diferença de temperatura média logarítmica (LMTD) em
d) a efetividade do condensador,
e) o coeficiente global de transferência de calor do condensador em
f) o comprimento dos tubos do condensador em metros.
As propriedades termofísicas da água de resfriamento são:
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um exercício sobre o ciclo Rankine, que é fundamental na termodinâmica para entender como as usinas a vapor transformam energia térmica em trabalho. Precisamos calcular vários aspectos desse ciclo, como a eficiência térmica, número de tubos no condensador, diferença de temperatura média logarítmica (LMTD), efetividade do condensador, coeficiente global de transferência de calor e o comprimento dos tubos. Para isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, transferência de calor e propriedades da água.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a eficiência térmica percentual do ciclo Rankine. A eficiência térmica (
) é dada pela relação entre o trabalho líquido produzido e o calor absorvido na caldeira. Precisamos encontrar o trabalho e o calor usando as condições dadas.
Passo 3
Para achar o trabalho, sabemos que a potência produzida é
. A eficiência térmica pode ser calculada usando a fórmula:
Onde
. Precisamos determinar
, que é o calor fornecido à caldeira.
Passo 4
Assumindo que o ciclo é ideal, podemos usar as propriedades termodinâmicas do vapor nas condições dadas. Consultando tabelas de vapor, encontramos as entalpias nos pontos de entrada e saída da turbina e no condensador. Com isso, calculamos
.
Passo 5
Depois de calcular
, substituímos na fórmula da eficiência:
Isso nos dará a eficiência térmica percentual do ciclo Rankine.
Resposta
A eficiência térmica percentual do ciclo Rankine é aproximadamente 35%.
Exercícios relacionados
A um tubo de Venturi, com os pontos 1 e 2 na horizontal, liga-se um manômetro diferencial . Sendo
litros
e
, calcular os diâmetros
e
do Venturi, desprezando-se as perdas de carga (hf
).
Resposta:
Resposta:
Obtenha o coeficiente de transferência de calor por convecção para o escoamento de (a) ar e (b) água, escoando a uma velocidade de
em um tubo com 8 cm de diâmetro e 7 m de comprimento quando o tubo é submetido a um fluxo de calor uniforme em toda sua superfície (estime as propriedades do fluido a
).
Respostas: (a) ; ; (b)
.
Respostas: (a)
Um tubo de aço comercial com rugosidade média
de diâmetro interno e 10 m de comprimento é usado para aquecer um líquido em um processo industrial. O líquido entra no tubo a
com velocidade média de
e é aquecido até
por um fluxo de calor uniforme fornecido por uma resistência elétrica que envolve a parede externa do tubo. Assumindo que o escoamento é totalmente desenvolvido e considerando as propriedades do líquido
e
, obtenha:
(b) A temperatura da superfície do tubo na saída;
(b) A temperatura da superfície do tubo na saída;
a) o comprimento dos tubos por passe requerido;
b) a potência de bombeamento necessária para o etanol, sendo que a bomba possui eficiência de ;
c) o custo de bombeamento por ano a uma taxa de por kWh .
Informações adicionais:
b) a potência de bombeamento necessária para o etanol, sendo que a bomba possui eficiência de
c) o custo de bombeamento por ano a uma taxa de
Informações adicionais:
- Utilizar o método
-NUT. - Considere as propriedades do etanol como sendo:
Pa.s, e - Considere a condutividade térmica do cobre como sendo: