Um processo industrial apresenta as seguintes necessidades de vapor d'água: um fluxo de a pressão de e outro de a (o vapor pode estar saturado ou levemente superaquecido nos dois casos). Em vez de instalar dois geradores para produzir estes insumos, planeja se obtê-los pelo processo de co-geração, no qual as vazões de vapor necessárias serão obtidas a partir das descargas de vapor de uma turbina. Considere um gerador de vapor a alta pressão, que produz vapor d'água a , e que pode alimentar a turbina do ciclo de potência. A quantidade necessária de vapor deverá ser extraída a e o restante será expandido, numa turbina de baixa pressão, até . Admitindo que as turbinas de alta pressão e de baixa pressão apresentem eficiências isoentrópicas iguais a . determine:

1. A potência desenvolvida pelas turbinas.
2. A taxa de transferência de calor necessária no gerador de vapor. Compare o valor obtido com aquele referente ao caso onde não se utiliza a co-geração. Admita, nos dois casos, que as bombas sejam alimentadas com água, na fase líquida, a .

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:

Como o processo é isentrópico, podemos encontrar a entalpia do estado :

Agora vamos analisar a turbina de baixa pressão 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 de baixa temos a mesma pressão de trabalho do condensador, podemos encontrar o título relacionado a este estado:

Aplicaremos o título para encontrar a entalpia especifica:

Agora para a turbina de alta pressão:

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:

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:

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?