Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 53
Considere uma usina de potência a vapor que opera em um ciclo de Rankine regenerativo ideal com um aquecedor de água de alimentação fechado, como mostrado na figura. A usina mantém a entrada da turbina a 3000 kPa e 350 °C, operando o condensador a 20 kPa. Vapor é extraído a 1000 kPa para atender o aquecedor de água de alimentação fechado, que descarrega para o condensador após ser estrangulado para a pressão do condensador. Calcule o trabalho produzido pela turbina, o trabalho consumido pela bomba e o fornecimento de calor na caldeira para esse ciclo por unidade de fluxo da caldeira.
Passo 1
O esquema do enunciado não representa de maneira exata o que foi descrito no enunciado, pois foi dito que o regenerador descarrega água, estrangulada à pressão do condensador, para o condensador, então, redesenhando o ciclo, teremos:
Beleza! A primeira coisa que temos que fazer é pegar o valor das propriedades nos pontos de interesse, então teremos:
Então, para esse ponto, o título será:
E, dessa forma, a entalpia será:
Agora, continuando com os pontos de interesse, temos:
Como temos uma válvula de expansão entre 7 e 8, podemos considerar esse processo como isoentálpico, de forma que:
E, por fim, para o ponto 3, temos:
Agora vamos descobrir o valor do trabalho específico da bomba através de:
E, com isso a entalpia no ponto 2 pode ser calculada através do equilíbrio de energia na bomba, de forma que teremos:
Passo 2
Agora nós vamos aplicar o balanço de energia para o regenerador do passo 1, então, temos:
Nesse caso temos regime permanente, então , dessa forma a equação se torna:
E analisando o regenerador, teremos:
Com a relação mássica para o regenerador temos:
Substituindo os valores conhecidos, temos:
Com esse valor, agora podemos aplicar o equilíbrio de energia para a turbina e descobrir o trabalho produzido no sistema, então teremos:
Substituindo os valores conhecidos, temos:
Passo 3
Agora, vamos aplicar o balanço de energia específica para a caldeira, temos:
Substituindo os valores conhecidos, temos: