Exercício de Termodinâmica I - 79

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Um ciclo de potência a vapor tem uma alta pressão de 3,0 MPa e uma temperatura de 
saída do condensador de 45°C. A eficiência da turbina é de 85% e outros componentes do ciclo 
são ideais. Se a caldeira superaquecer até 800°C, encontre a eficiência térmica do ciclo.
3
4s
T
11h55
1 1
P
h2 = h1 + wP = 188,42 + 3,02 = 191,44 kJ/kg Caldeira 
CV: qH = h3 - h2 = 4146 – 191,44 = 3954,6 kJ/kg ÿ = (wT,AC - wP)/qH 
= (1376,66 – 3,02)/3954,6 = 0,347
4s
=> x4s = (7,9862 – 0,6386)/7,5261 = 0,9763 h4s = hf 
+ x hfg = 188,42 + 0,9763 × 2394,77 = 2526,4 kJ/kg wTs = h3 - h4s =
4146 – 2526,4 = 1619,6 kJ/kg Real : wT,AC = ÿ × wT,S 
= 0,85 × 1619,6 = 1376,66 kJ/kg Bomba CV: wP = ÿ v dP ÿ v1(P2 - P1) 
= 0,00101 (3000 - 9,6) = 3,02 kJ/kg
4ac 4ac
Tabela Ideal B.1.3: s4 = s3 = 7,9862 kJ/kg K
2
3
Ciclo Rankine básico conforme mostrado na Figura 11.3 no texto principal.
é
Solução:
2
v
Turbina CV: wT = h3 - h4, s4 = s3 + sT,GEN
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Faça o CV em torno do estado estacionário de cada componente no Ciclo Rankine padrão. 
1: v = 0,00101; h = 188,42, s = 0,6386 (líquido saturado a 45°C). 3: h = 3666,5 kJ/
kg, s = 7,2588 kJ/kg K vapor superaquecido 4ac: h = 188,42 + 0,97 × 2394,8 
= 2511,4 kJ/kg
qout = h4ac - h1 = 2511,4 - 188,42 = 2323 kJ/kg
11.56
Turbina CV: sem transferência de calor q = 
0 wac = h3 - h4ac = 3666,5 - 2511,4 = 1155,1 kJ/kg
Turbina ideal: s4 = s3 = 7,2588 => x4s = 0,88, h4s = 2295 kJ/kg
Bomba CV: sem transferência de calor, q = 0 fluxo incompressível, então v = constante 
w = v(P2- P1) = 0,00101(5000-9,59) = 5,04 kJ/kg
Uma usina a vapor opera com alta pressão de 5 MPa e tem temperatura de saída da caldeira de 
600°C recebendo calor de uma fonte de 700°C. A temperatura ambiente a 20°C fornece resfriamento 
para o condensador para que ele possa manter 45°C no interior. Todos os componentes são 
ideais, exceto a turbina que possui estado de saída com qualidade de 97%. Encontre o trabalho e a 
transferência de calor em todos os componentes por kg de água e a eficiência isentrópica da 
turbina. Encontre a taxa de geração de entropia por kg de água na configuração caldeira/fonte de 
calor.
Caldeira CV: sem trabalho no eixo, w = 0
ws = h3 - h4s = 3666,5 - 2295 = 1371,5 kJ/kg, Eff = 
wac / ws = 1155,1 / 1371,5 = 0,842
Solução:
qH = h3 - h2 = h3 - h1 - wP = 3666,5 - 188,42 -5,04 = 3473 kJ/kg
Condensador CV: sem trabalho no eixo w = 0
s2 + (qH/ TH) + sGen = s3 e s2 = s1 (da análise da bomba) sgen = 7,2588 
- 0,6386 - 3473/(700+273) = 3,05 kJ/kg K
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