Vapor d'água entra na turbina de uma planta de potência a vapor simples com uma pressão de 10 MPa e uma temperatura T, e se expande adiabaticamente até 6 kPa. A eficiência isentrópica da turbina é de 85%. O líquido saturado sai do condensador a 6 kPa e a eficiência isentrópica

da bomba é 82%.

(a) Determine o título na saída da turbina e a eficiência térmica do ciclo, para T= 580°C.

(b) Construa um gráfico das quantidades do item (a) em função de 7 na faixa de 580 a 700ºC.

É dado que:

• Pressão na entrada da turbina:
• Pressão do condensador de um ciclo Rankine ideal:
• Eficiência isentrópica da turbina:
• Eficiência isentrópica da bomba:

a) A temperatura na entrada da turbina é igual a

O diagrama de um ciclo Rankine ideal

Da tabela de água superaquecida a pressão de e temperatura a entalpia e entropia são

A pressão da tabela de água saturada

Assumindo uma expansão isentrópica, a relação entre as entropias em termos de título

Então, a entalpia no estado 2s é dado por

Já que o processo 1-2 desvia do processo isentrópico a entalpia no estado 2 é dado pela eficiência da turbina

O título vapor correspondente ao vapor na saída da turbina

A entalpia do fluido no estado 3 é dada por

Similarmente, a entalpia do fluido no estado 4s é dada por

Já que o processo 3-4 desvia de um processo isentrópico a entalpia no estado 4 é dado por

Então, a entalpia do fluido em diferentes estados é mostrada na tabela abaixo

O trabalho efetivo feito pelo fluido por ciclo

Similarmente, a taxa de calor transferido para o fluido pelo caldeirão

A eficiência térmica do ciclo é dada por

b) Fazendo a temperatura na entrada da turbina variando de à

Podemos utilizar o software Engineering Equation Solver (EES) pra ajudar a gente a gerar os gráficos

Escrevendo o código no programa:

"Dados Iniciais"

p1 = 100 [bar]

"T1 = 580 [K] vapor saturado"

p2 = 0,06 [bar]

"Turbina"

h1 = Enthalpy (Steam; P = p1; T = T1)

s1 = Entropy (Steam; P = p1; T = T1)

s2s = s1

h2s = Enthalpy (Steam; P = p2; s = s2s)

h2 = Enthalpy (Steam; P = p2; x = x2)

(h1 - h2s) * 0,85 = x2 * (h1 - h2)

Wt = h1 - h2

"Condensador"

p3 = p2

x3 = 0

h3 = Enthalpy (Steam; P = p3; x = x3)

Qsai = h2 - h3

"Bomba"

Wp = h4 - h3

p4 = p1

v3 = Volume (Steam; P = p3; x = x3)

h4s = (h3 + (v3 * (p4 - p3) * 100))

h4s - h3 = (h4 - h3) * 0,82

"Calculos"

Qent = h1 - h4 "adição de calor no gerador de vapor"

Wciclo = Wt - Wp "potência total"

eta = (Wciclo / Qent) * 100 "eficiência térmica"

Colocando os resultados em uma tabela, temos

Plotando os gráficos entre várias propriedades com respeito a temperatura de operação

A variação do título

Devido ao aumento da temperatura de operação, o ciclo vai para o diagrama; então, o título da saída do vapor também aumenta no estado 2

Similarmente, para a variação de eficiência do ciclo