Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 113
Um ciclo a vapor de Rankine ideal modificado com dois aquecedores de água de alimentação fechado e um aquecedor de água de alimentação aberto é mostrado na Fig. 10-113. O ciclo de potência recebe 100 kg/s de vapor a alta pressão na entrada para a turbina. Os estados de saída do aquecedor da água de alimentação para o aquecedor da água de alimentação da caldeira e o vapor condensado correspondem aos estados considerados normalmente ideais. Use os dados fornecidos nas tabelas dadas a seguir para
(a) Esboçar o diagrama T-s para o ciclo ideal.
(b) Determinar a fração de massa extraída para o aquecedor de água de alimentação aberto.
(c) Se, em adição ao resultado obtido no item (b), a fração da massa que entra na turbina de alta pressão no estado 7 extraída para o funcionamento do aquecedor de água de alimentação fechado operando a 140 kPa é , e se a 1910 kPa a fração de extração é , determine o aumento de temperatura da água de resfriamento no condensador, em , quando o fluxo de água de resfriamento é 4200 kg/s. Considere para a água de resfriamento.
(d) Determinar a taxa de calor rejeitado no condensador e a eficiência térmica da usina.
Passo 1
Vamos começar o exercício esboçando o diagrama T-s para o ciclo ideal conforme foi pedido na letra (a), então, teremos:
Passo 2
Beleza! Então agora o que temos que fazer é pegar o valor das propriedades nos pontos de interesse com o auxílio das tabelas termodinâmicas e das tabelas fornecidas no enunciado, então teremos:
Com isso, sabemos também que o purgador de vapor é um dispositivo isoentálpico, então, teremos:
Da mesma forma, como temos o ponto 3 como líquido comprimido, e ele se encontra praticamente a mesma temperatura do ponto 14, podemos também considerar sua entalpia como:
Continuando com a propriedades, temos:
E, como temos o ponto 6 a mesma temperatura do ponto 12 e ele está no estado de líquido comprimido, podemos considerar sua entalpia como:
Agora, vamos aplicar um balanço de energia no aquecedor de água de alimentação aberto, então, temos:
Substituindo os valores conhecidos conseguimos encontrar o valor da fração mássica :
Passo 3
Para resolver a letra (c) vamos aplicar um balanço de energia no condensador, que possui o sistema de água para resfriamento, então, teremos:
E, nesse caso, podemos escrever a diferença de entalpia da água em função da temperatura e do calor específico, então, temos:
Então, substituindo os valores conhecidos, chegamos em:
Passo 4
Para a letra (d), vamos calcular o calor rejeitado no condensador através do calor que é trocado com a água, então, temos:
Substituindo os valores conhecidos, temos:
Passo 5
E agora, para o cálculo da eficiência, como já temos o calor que sai do sistema, encontrado no passo anterior, só precisamos encontrar o calor que entra no sistema através da caldeira, então, teremos:
E então, podemos calcular a eficiência térmica do ciclo através de: