Uma caldeira gera vapor a e alimenta uma turbina com dois estágios. Após o primeiro estágio, numa pressão de , é feita uma extração de do vapor alimentado. O vapor extraído é encaminhado a um processo e retorna ao ciclo, como água de alimentação, no estado líquido comprimido a . O restante do vapor escoa na turbina até que a pressão atinja . Uma bomba localizada a jusante do condensador eleva a pressão do liquido até e alimenta o misturador de água de alimentação (a outra alimentação é realizada pela água efluente do processo). Uma segunda bomba é utilizada para elevar a pressão do escoamento efluente do misturador até a pressão de . Admita que o primeiro e o segundo estágio da turbina apresentem eficiências isentrópicas, respectivamente, iguais a e que as bombas sejam ideais. Se o processo requer uma taxa de transferência de calor igual a , qual é a potência que pode ser “co-gerada” pela turbina?

Analisando os dados do estado e as tabelas termodinâmicas para o vapor supersaturado, temos que:

Analisando agora o estado de baixa pressão , das tabelas termodinâmicas conseguimos os seguintes dados:

Como o processo é isentrópico, podemos encontrar a entalpia do estado :

Agora vamos analisar a turbina de baixa pressão como sendo nosso volume de controle. Como temos o rendimento da turbina, sabemos que é uma turbina real. Neste caso vamos calcular os parâmetros para um processo ideal e depois aplicar o rendimento para saber a parcela real.

Analisando o processo ideal, , temos que:

Sabendo que na saída da turbina de baixa temos a mesma pressão de trabalho do condensador, podemos encontrar o título relacionado a este estado:

Aplicaremos o título para encontrar a entalpia especifica:

Agora para a turbina de alta pressão:

Sabendo a entalpia específica de entrada e de saída da turbina, podemos calcular o trabalho específico gerado:

Aplicando o rendimento podemos encontrar o trabalho de turbina real:

Como sabemos a potência de eixo, temos que:

Logo:

Já temos a vazão em massa e o trabalho específico gerado pela turbina. O exercício também nos pede a eficiência do ciclo.

A eficiência térmica é dada pela razão entre o trabalho líquido e o calor fornecido:

O trabalho líquido é a parcela de energia gerada menos a consumida. Neste ciclo o que consome trabalho é a bomba. O trabalho da bomba é dado por:

Ou:

Como , podemos encontrar o valor de . Temos que:

O calor fornecido pela caldeira é dado por:

Podemos então calcular a eficiência do ciclo:

Ou:

Ufa, conseguimos resolver. As questões que envolvem ciclos são bem extensas e necessitam de uma atenção redobrada nos dados, mas você já deve ter percebido que elas seguem um padrão. Seguindo o passo a passo você vai conseguir fazer várias questões desse tipo.

Vamos pra próxima?