Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 102
Considere um ciclo de Rankine ideal com reaquecimento e regeneração com um aquecedor de água de alimentação aberto. A pressão na caldeira é 10 MPa, a pressão no condensador é de 15 kPa, a pressão de reaquecimento é de 1 MPa e a pressão no aquecedor de água de alimentação é de 0,6 MPa. Vapor entra nas turbinas de alta e baixa pressão a 500 °C. Mostre o ciclo em um diagrama T-s que inclua as linhas de saturação e determine (a) a fração do vapor extraída para a regeneração e (b) a eficiência térmica do ciclo.
Passo 1
Tá legal, vamos primeiro ilustras o ciclo descrito no enunciado juntamente com seu diagrama T-s, então, teremos:
Agora, o que nós vamos fazer é encontrar o valor das propriedades de interesse com as temperaturas e pressões fornecidas no enunciado com a ajuda das tabelas do apêndice A, então, teremos:
Com isso, podemos encontrar o trabalho produzido pela bomba 1 através de:
E, com esse valor, aplicando o equilíbrio de energia para a bomba 1, podemos encontrar o valor da entalpia no ponto 2:
Agora, continuando com as propriedades, temos:
Com isso, podemos encontrar o trabalho produzido pela bomba 2 através de:
E, com esse valor, aplicando o equilíbrio de energia para a bomba 2, podemos encontrar o valor da entalpia no ponto 4:
Agora, continuando com os pontos de interesse, temos:
Passo 2
Agora, continuando com as propriedades, temos:
Então, o título no ponto 9 pode ser encontrado através de:
E, com esse valor de título, podemos encontrar a entalpia para o ponto 9:
Agora, com todas as propriedades determinadas, podemos aplicar o equilíbrio de energia para o aquecedor de água, então, teremos:
Como no nosso caso temos regime permanente, então , dessa forma, a equação se torna:
E, colocando em função das entalpias e das vazões mássicas, temos:
Escrevendo a equação anterior em função da fração mássica extraída para o aquecedor, temos:
Substituindo os valores conhecidos, temos:
Passo 3
Agora, podemos calcular o calor que entra no sistema pela caldeira e devido ao reaquecimento, então, escrevendo em função da diferença de entalpia nesses pontos, temos:
E o calor que sai do sistema através do condensador será:
E, a eficiência térmica pode ser encontrada através de: