Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 58
Um ciclo de potência a vapor d'água, que gera , apresenta pressão máxima igual a . A temperatura na seção de descarga da caldeira é e a pressão no condensador é igual a . Sabendo que o rendimento da turbina é e que todos os outros componentes do ciclo são ideais, determine o trabalho específico na turbina e a eficiência do ciclo. Qual é a vazão em massa de água neste ciclo?
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.
Aqui, temos um ciclo de potência a vapor clássico. Temos algumas condições termodinâmicas que nos ajudarão a encontrar os valores de propriedades correspondentes na saída e entrada de cada elemento.
Em questões de termodinâmica, é sempre importante organizar os dados do enunciado. Temos que:
Pressão e temperatura de saída da caldeira:
Pressão do condensador:
Eficiência isentrópica da turbina:
Potência do ciclo:
Passo 2
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:
Passo 3
Agora vamos analisar a turbina 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 temos a mesma pressão de trabalho do condensador, podemos encontrar o título relacionado a este estado:
Aplicaremos o título para encontrar a entalpia especifica:
Passo 4
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:
Passo 5
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:
Passo 6
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?