Enunciado
Termodinâmica - Sonntag, R.E. e Borgnakke, C. -Fundamentos da Termodinâmica- Ed: 1º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 32
Uma aplicação industrial requer vapor nas seguintes condições: uma corrente com e pressão de e uma outra corrente com a (ambas de vapor saturado ou levemente superaquecido). Ambas as correntes são obtidas por co-geração, em que uma caldeira de alta pressão fornece vapor a e para uma turbina. A quantidade requerida é extraída a , e o restante é expandindo até no estágio final de baixa pressão da turbina, fornecendo a segunda corrente de vapor requerida. Considerando que ambos os estágios da turbina têm rendimento isoentrópico de .
a. Determine a potência da turbina e a taxa de transferência de calor na caldeira.
b. Calcule as taxas necessárias, se as correntes de vapor fossem geradas em caldeiras de baixa pressão, sem co-geração. Considere que, para cada corrente, água líquida a é bombeada até a pressão necessária para alimentar a caldeira.
Passo 1
Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!
Nós temos os seguintes dados, fornecidos pelo enunciado
Assumimos que o fluxo de estado estacionário. Desprezando as mudanças na energia cinética e potencial entre os estados de entrada e saída. A tarefa é determinar a) a potência na turbina e transferência de calor dentro da caldeira e b) calcular as taxas necessárias para o vapor gerado em uma caldeira de baixa pressão sem cogeração, assumindo que, para cada, 20°C de água líquida é bombeada até a pressão necessária e alimentada a uma caldeira.
O estado (3) é determinado pelo vapor superaquecido porque o estado (3) é a saída do superaquecedor da caldeira. Da Tabela B.1.3. Tomamos entropia e entalpia para vapor superaquecido:
Com isso,
A entalpia no estado (4 ideal) é determinada para a pressão e a entropia para o processo isentrópico , usando a interpolação linear da tabela B.1.3, com os valores correspondentes a
Passo 2
Equação de interpolação linear para entalpia no estado (ideal 4) é dada por
Isolando o termo
Substituindo os termos
A entalpia real no estado (4) é determinada para a eficiência da turbina. A equação da eficiência da turbina:
Resolvendo para entalpia no estado (4):
Substituindo os termos
Passo 3
Para o estado (5), da tabela B.1.2, tomamos as propriedades da água saturada e do vapor saturado em
Para o caso ideal, o processo (3-5) é isentrópico, então , logo, para o estado ideal (ideal 5) está na área saturada. A qualidade da mistura no caso ideal é determinada pela equação de entropia no estado (ideal 5). A equação de entropia no estado (ideal 5) é:
Resolvendo para a qualidade da mistura no caso ideal:
Substituindo os termos
Passo 4
Agora a entalpia no estado ideal (ideal 5) é:
Mas a entalpia no caso real é determinada pela eficiência da turbina, então, a equação de eficiência da turbina:
Isolando o termo
Substituindo os termos
A potência total da turbina pode ser escrita como:
Novamente, fazendo o processo de substituição
Passo 5
Para temperatura de saída do condensador de e pressão de da tabela B.1.4, para líquido comprimido tomamos entalpia e volume específico no estado (1), com os valores correspondentes a e
Para condensador com temperatura de saída em da Tabela B.1.1, com isso,
A entalpia no estado (2) é determinada pela energia no estado (1) somada com a energia que a bomba produz:
Com isso, nós temos o seguinte termo
A transferência de calor na caldeira lateral é:
Substituindo os valores, nós obtemos o seguinte resultado
Passo 6
B - Nesta parte, consideramos o processo sem concentração. O estado (3) é determinado para vapor saturado para pressão de 1400 kPa, da tabela B.1.2
A transferência de calor no primeiro estágio da caldeira de baixa pressão:
As propriedades de líquido saturado e vapor saturado para pressão de 500 kPa da Tabela B.1.2
As propriedades do líquido saturado comprimido a 500 kPa e 20°C da Tabela B.1.4 são iguais a
A entalpia no estado (5) é maior do estado (4) apenas para trabalho adicional da bomba:
Passo 7
A transferência de calor no segundo estágio da caldeira de baixa pressão:
Substituindo os valores, temos que
A taxa total de transferência de calor é: