Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 31
Existe uma pressão ótima para o reaquecimento do vapor de um ciclo de Rankine? Explique.
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem?
Bem, com base nos estudos iniciais do ciclo Rankine, observamos que o aumento da pressão da caldeira aumenta a eficiência térmica do ciclo de Rankine, mas também aumenta o conteúdo de umidade do vapor até níveis inaceitáveis. Então, é natural que a seguinte pergunta seja feita: Como poderíamos tirar vantagem da elevada eficiência decorrente de uma alta pressão na caldeira sem enfrentar o problema da umidade excessiva nos últimos estágios da turbina? A melhor resposta é: Expandir o vapor da turbina em dois estágios, e reaquecê-lo entre eles. Em outras palavras, modificar o ciclo de Rankine ideal com um processo de reaquecimento. O reaquecimento é uma solução prática para o problema de umidade excessiva nas turbinas, e é normalmente utilizado nas usinas a vapor modernas.
Resposta
Então, imaginemos dois casos de reaquecimento para o ciclo Rankine. Dentro do primeiro caso, há uma expansão através da turbina de alta pressão de 6MPa para 4Mpa entre os estados 1 e 2 com o reaquecimento a 400kPa para o estado 3 e finalmente a expansão da turbina de baixa pressão para o estado 4. No segundo caso “hipotético”, expansão através da turbina de alta pressão de 6MPa para 0,5MPa entre os estados 1 e 5 com reaquecimento a 0,5MPa para 6 e finalmente a expansão da turbina de baixa pressão para o estado 7.
Aumentar a pressão para reaquecer aumenta a temperatura média da adição de calor torna a energia do vapor mais disponível para trabalho. O aumento da pressão de reaquecimento aumentará a eficiência do ciclo. No entanto, como a pressão de reaquecimento aumenta, a quantidade de condensação aumenta durante o processo de expansão da turbina de baixa pressão. Uma pressão ideal para reaquecer geralmente permite o teor de umidade de vapor em baixa pressão a saída da turbina esteja na faixa de 10 a 15% e isso corresponde à qualidade na faixa de 85 a 90%.