Exercicios Rankine

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Exercícios Rankine 
1) Um ciclo de vapor Rankine como o mostrado conforme a figura abaixo funciona com vapor 
saturado saindo da caldeira (Boiler) a 3MPa e o condensador (Condenser) operando a 
10kPa. Qual é a transferência de calor ou trabalho em cada componente ideal do ciclo e 
qual a eficiência desse ciclo. Resposta: Caldeira 2609KJ/Kg, Turbina 845,6KJ/Kg, 
Condensador 1766KJ/Kg, Bomba 194,83 KJ/Kg, Eficiência 0,323 
 
2) Considerando uma planta de energia solar ideal com um ciclo rankine que usa agua como 
fluido de trabalho. Vapor saturado sai do coletor solar a 175°C e a pressão do condensador 
é 10kPa. Qual é a eficiência térmica desse ciclo? Resposta: 0,261 
 
3) Um ciclo Rankine usado para uma expedição polar utiliza Amônia como fluído de trabalho 
que é aquecida até 80°C com uma pressão de 1000kPa na caldeira e é resfriada até -15°C no 
condensador. Qual é a eficiência desse ciclo? Adote a figura do exercício 1 como modelo. 
Resposta: 0,133 
 
4) Um ciclo Rankine opera com água e tem a pressão da caldeira definida como 3MPa, a 
temperatura mais alta do ciclo e a temperatura mais baixa do ciclo são 450°C e 45°C, 
respectivamente. Determine a eficiência desse ciclo e a eficiência de Carnot para essas 
temperaturas. O que aconteceria com as eficiências se a pressão da caldeira aumentasse 
para 4MPa? Adote a figura do exercício 1 como modelo. Resposta: Eficiência ciclo: 0,349 e 
eficiência Carnot: 0,56; Com a pressão maior: Eficiência ciclo aumenta e eficiência de 
Carnot se mantém a mesma. 
5) Um ciclo Rankine opera com um pressão máxima de 3MPa e mantem a temperatura de 
60°C no condensador. Uma turbina de condensação é usada no ciclo, porém o titulo não 
pode ser menor que 90% em nenhum estado da turbina. Encontre o calor transferido ou o 
trabalho em todos os componentes do ciclo e qual a eficiência desse ciclo. Utilize a figura 
do exercício 1 como modelo. Resposta: Bomba 3,03KJ/Kg; Caldeira 3178KJ/Kg; Turbina 
1058KJ/Kg; Condensador 2122KJ/Kg; Eficiência 0,332 
6) Uma planta a vapor de ciclo Rankine opera conforme o ciclo abaixo. Sabendo que a 
eficiência isentrópica da turbina é 86% e que a eficiência isentrópica da bomba é 80%, 
determine a eficiência térmica desse ciclo. Resposta: Eficiência = 0,292 
 
7) Um ciclo real de Rankine utiliza vapor como fluido de trabalho. O vapor saturado entra em 
uma turbina a 8 MPa e no condensador encontra-se líquido saturado a uma pressão de 
0,008 Mpa. A potência líquida de saída do ciclo é de 100 MW e a turbina e a bomba têm 
cada qual eficiência isentrópica de 85%. Determine: a)A eficiência térmica b) A vazão 
mássica do vapor c) A taxa de transferência de calor para o fluido de trabalho quando ele 
passa pela caldeira d) A taxa de transferência de calor do vapor que condensa ao passar 
pelo condensador e) A vazão mássica da água de resfriamento no condensador se a água 
entra no condensador a 15°C e sai a 35°C. Resposta: a) 0,314 b) 4,44 x 10^5 kg/h c) 
318,2MW d) 218,2MW e) 9,39 x 10^6 kg/h 
8) Uma planta de vaporRankine ideal opera com uma pressão máxima de 5MPa e uma 
pressão mínima de 15kPa. O título de saída da turbina deve ser maior que 95% e turbina 
deve gerar 7,5MW. Qual é a temperatura do fluído na saída da caldeira e qual é a massa de 
fluído no ciclo? Utilize a figura do exercício 1 como modelo. Resposta: T3 = 758°C; 
m=4,82Kg/s 
9) Uma fonte geotérmica de calor é usada como fonte de calor para um ciclo Rankineideal, 
esse ciclo utiliza R-134a como fluído de trabalho. O fluído sai da caldeira com uma 
temperatura de 85°C e do condensador com uma temperatura de 40°C. Qual é a eficiência 
térmica desse ciclo? O que aconteceria com a eficiência se a temperatura da saída da 
turbina aumentasse? Resposta: Eficiência 0,102 
 
 
Exercicios de Brayton 
1) Considerando um ciclo Brayton em que o ar entra no compressor a 100 kPa, 20°C e o 
compressor tendo uma taxa de compressão de 12:1. A temperatura máxima do ciclo é 
1100°C e a taxa de ar que flui pelo ciclo é 10kg/s. Determine o trabalho do compressor, da 
turbina e qual é a eficiência do ciclo. 
2) Um ciclo Brayton tem uma entrada de ar no compressor de 300K, 100kPa e a combustão 
adiciona 670kJ/kg. A temperatura máxima que o material do ciclo aguenta é de 1200K. Qual 
é a máxima taxa de compressão no compressor? Qual é o trabalho desse ciclo com essa 
taxa de compressão e qual sua eficiência? 
3) Uma usina Brayton de ciclo gas-turbina entrega uma potência de 100MW para um gerador 
elétrico. A temperatura mínima do ciclo é de 300K e a máxima é 1600K. A pressão mínima 
no ciclo é de 100kPa, e a taxa de compressão é de 14:1. Qual é a energia retirada da 
turbina. Qual a fração dessa energia para fazer o compressor funcionar? Qual é a eficiência 
térmica desse ciclo? R: 
4) Um ciclo Brayton produz 14MW tendo como entrada de ar no compressor 17°C, 100kPa e 
uma taxa de compressão de 16:1. O calor adicionado na câmara de combustão é de 
960kJ/kg. Qual a temperatura máxima do ciclo? R: 
5) Repita o problema 3) adotando que a adotando que o compressor tenha uma eficiência 
isoentropia de 85% e a turbina de 88%.