Material de Sistemas Térmicos e Fluidomecânicos

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Ciclos motores a vapor
Antes de iniciar nossos estudos em relação aos motores a vapor, precisamos entender alguns aspectos importantes quanto à geração de energia por meio da produção de vapor.
Num aspecto geral, a termodinâmica tem seu interesse voltado para transformações de energia, e suas leis descrevem limites nos quais se observa a ocorrência dessas transformações. Já se verificou no Primeiro Princípio da Termodinâmica (PPT) ou Primeira Lei da Termodinâmica (PLT) que a energia é conservada, mas não impõe restrições no que diz respeito ao sentido do processo.
Enquanto a ciência tenta explicar o que acontece à nossa volta, a termodinâmica tenta desenvolver afirmativas de âmbito geral, leis da natureza, científicas, que, de alguma forma, consideram tais fenômenos como de único sentido. Exemplo disso está na água fria misturada à água quente, cujo resultado é água morna, da qual não se pode mais retirar a água fria ou quente. Ou um prato que se quebra em diversos pedaços que não se reagrupam mais. Comparando os dois processos, temos que eles ocorrem em um único sentido, ou seja, são ditos irreversíveis.
No entanto, esses processos poderiam acontecer em qualquer um dos dois sentidos (reversível ou irreversível), sem contrariar a Primeira Lei da Termodinâmica, isto é, sem violar o princípio da conservação da energia. Assim, a Segunda Lei da Termodinâmica (SLT) vem explicá-los e mostrar que alguns processos causam mudanças no sistema e nas suas vizinhanças que podem ser completamente revertidas, ou seja, ambos podem retornar aos seus estados iniciais.
Embora sejam bastante vastas as aplicações termodinâmicas, a capacidade de geração de trabalho por meio de fontes térmicas será nosso principal elemento de estudo. Nesse contexto, a Segunda Lei da Termodinâmica enfatiza a capacidade de se gerar trabalho através da transformação da energia térmica, por meio de sistemas termodinâmicos definidos como máquinas térmicas ou sistemas termodinâmicos de produção de trabalho por meio da geração de vapor.
Segundo Franco Brunetti no primeiro volume do livro Motores de combustão interna, de 2012, máquinas térmicas são dispositivos que permitem realizar a transformação de energia térmica em trabalho. Para Zulcy de Souza, no primeiro tomo do livro Projeto de máquinas de fluxo, conforme publicado em 2011, máquinas térmicas são todo sistema termodinâmico que troca com o meio externo, de modo contínuo, as formas de energia calor e trabalho.
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Para saber mais sobre as máquinas térmicas, assista: Máquinas Térmicas e o Ciclo de Carnot - Brasil Escola, que traça mais detalhes, de forma clara e didática, sobre esse conceito.
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As máquinas térmicas dependem da queima de um combustível (derivados de petróleo, carvão vegetal, nuclear) para que seja possível o aquecimento de um fluido de trabalho (água) para a geração de vapor e transformação da energia térmica liberada. O vapor produzido pelo aquecimento da água (Diagrama 1) é gerado na caldeira, um trocador de calor (TC) que fornece a turbina e vapor superaquecido à alta pressão e alta energia térmica, sendo, assim, capaz de gerar trabalho para o meio externo, seja mecânico ou elétrico (BORGNAKKE; SONNTAG, 2013).
Diagrama 1. Esquema de operação de uma máquina térmica para geração de energia (ciclo Rankine). Fonte: BORGNAKKE; SONNTAG, 2013, p. 244. (Adaptado).
O processo de geração de trabalho nas máquinas térmicas se dá sempre em um ciclo fechado, segundo os princípios termodinâmicos de transferência de energia que obedecem às leis da termodinâmica. Desta forma, não há como imaginar um ciclo de energia térmica produzindo integralmente trabalho (POTTER; KROOS, 2016).
A Segunda Lei da Termodinâmica não proíbe a geração de trabalho por meio do calor, mas impõe restrições ao calor fornecido quanto à conversão total em trabalho. Segundo essa lei, é impossível, por meio de um processo cíclico, converter completamente o calor absorvido por um sistema em trabalho realizado por ele.
Em outras palavras, podemos dizer que é impossível produzir trabalho com 100% da energia fornecida pelo calor, pois sempre ocorrerão perdas entre o sistema e o meio e, por mais isolado que o sistema esteja, ainda haverá perdas por dissipação de energia, que poderá ocorrer também entre os dispositivos envolvidos. Desta forma, o rendimento ƞ de um dispositivo de geração de energia térmica será sempre inferior a 1 ou seja, ƞ < 1 (POTTER; KROOS, 2016).
Segundo a termodinâmica, calor Q é uma forma espontânea de fluxo de energia que se desloca de um corpo de maior energia interna para um corpo de menor energia, movida pela diferença de temperatura entre eles. O calor não flui naturalmente de uma região “fria” para uma região mais “quente”; para que isso ocorra, devemos forçá-lo por meio do fornecimento de trabalho em um ciclo invertido conhecido como ciclo de refrigeração. Já que a definição de trabalho W é mais ampla, porém, nos concentraremos na definição de que o trabalho é aquele gerado pela energia liberada pelo calor. Definições mais complexas poderão ser encontradas na medida em que estudarmos os dispositivos que compõem as máquinas térmicas.
O parâmetro de desempenho ou rendimento termodinâmico ƞ é obtido segundo a razão de saída de trabalho W pela entrada de energia de uma fonte quente Qq, obedecendo a Equação 1:
As unidades usuais no Sistema Internacional (SI) para calor e trabalho são: caloria (cal) ou joule (J), sendo: 1 cal = 4,186 J (1kcal = 4186 kJ). Desta forma, não há unidade para o rendimento, sendo este considerado adimensional.
Como o trabalho W gerado é resultado do fluxo de calor entre as fontes quentes Qq e frias Qf num sistema termodinâmico, o rendimento do sistema pode ser também obtido pela Equação 2:
Exemplo 1: uma turbina recebe cerca de 1000 kJ de vapor superaquecido de uma caldeira e rejeita para o meio externo cerca de 300 kJ. Determine a eficiência da turbina.
Resolução: segundo a Equação 2, podemos determinar a eficiência e o trabalho da máquina térmica. Note que, segundo a relação, podemos obter o trabalho W pela diferença entre os calores das fontes quente Qq e fria Qf.
Observação: por ser uma grandeza adimensional, o rendimento não apresenta unidade e pode ser representado em porcentagem.
Embora, a princípio, entendamos que máquinas térmicas sejam aquelas que operam obedecendo a um fluxo de calor para geração de vapor e produção de trabalho (ciclos de aquecimento e motores a vapor), também são ditas máquinas térmicas os aparelhos que trabalham em ciclo invertidos, como é o caso dos refrigeradores (ciclos de refrigeração) (POTTER; KROOS, 2016).
Para as máquinas que operam em ciclos de geração de calor para a produção de trabalho, um rendimento de 100% violaria o princípio da Segunda Lei da Termodinâmica, pois sabemos que há uma perda significativa de calor por dissipação não aproveitada na geração de trabalho. Segundo o jovem físico Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), é impossível que todo o calor gerado produza trabalho.
O ciclo de Carnot (Gráfico 1) ou máquina térmica de Carnot é a máquina cíclica ou ciclo definido por dois processos isotérmicos reversíveis e dois processos adiabáticos reversíveis.
Gráfico 1. Os processos que compõe o ciclo de Carnot. Fonte: KROOS; POTTER, 2016, p. 175. (Adaptado).
EXPLICANDO
Um sistema, segundo Carnot, não existe. Trata-se apenas de um parâmetro para a condição de existência das demais máquinas térmicas.
O ciclo de Carnot compreende quatro etapas:
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A-B
–
Recebendo calor à temperatura constante Tq da fonte quente, o gás sofre expansão isotérmica (temperatura constante), realizando trabalho mecânico;
B-C
–
Afastando da fonte quente Qq, e agora isolado termicamente do exterior, o gás expande adiabaticamente (sem troca de calor), resfriando-se até atingir a temperatura Tf da fonte fria, ainda realizando trabalho;
C-D
–
Colocado em contato com a fonte fria, novamente sem diferença de temperatura para evitar perdas, o gás é, então, comprimidoisotermicamente pela realização de trabalho sobre ele;
D-A
–
Afastado da fonte fria Qf, é ainda comprimido adiabaticamente até atingir a temperatura da fonte quente Tq, reiniciando o ciclo.
A eficiência de uma máquina térmica, segundo Carnot, define-se como um dispositivo operando em quase equilíbrio, ou seja, opera por um processo sem qualquer atrito, nenhuma expansão súbita e nenhuma transferência de calor por meio de diferença de temperaturas finitas. A referida máquina não existe, mas definirá o parâmetro para a condição de existência da máquina térmica, denominada máquina de Carnot (POTTER; KROOS, 2016). A máquina de Carnot opera com processos ideais reversíveis sem nenhum atrito, de modo que não pode ser melhorada; neste caso, o ciclo deverá possuir a máxima eficiência possível.
As conclusões de Carnot definiram os parâmetros aceitos até os dias atuais para a condição de existência de qualquer dispositivo térmico capaz de gerar trabalho. Carnot acertou quando supôs que a diferença de temperatura entre as fontes quente Tq e fria Tf  (Equação 3) era o fator determinante para obter a eficiência do ciclo.
Importante: as temperaturas Tq e Tf devem ser adotadas na escala Kelvin.
Exemplo 2: uma máquina a vapor funcionando a vapor d’água sob pressão atmosférica de 100 kPa é resfriada com uma mistura de gelo e água. Admitindo que as temperaturas das fontes quentes e frias sejam, respectivamente, 400 K e 300 K, qual será a maior eficiência possível da máquina?
Resolução: segundo a Equação 3, temos:
Em comparação aos parâmetros de Kelvin-Planck e Carnot, podemos definir se um sistema termodinâmico é considerado possível ou impossível, se o mesmo obedecer aos seguintes critérios:
Importante: a eficiência máxima da maioria dos motores é muito menor do que 100%. Uma usina de energia tem eficiência de cerca de 40%, enquanto a de um motor de automóvel é de cerca de 20%.
Exemplo 3: um motor operando com rendimento de cerca de 25% recebe calor de uma fonte quente Qq a 427 °C e rejeita calor a uma fonte fria Qf, produzindo uma potência líquida de 1000 cv. Determine:
a) Os fluxos de calor trocado com as fontes quentes e frias;
b) A temperatura da fonte fria.
a) Segundo Kelvin-Planck, temos:
b) Segundo Carnot, temos:
INTRODUÇÃO AO CICLO DE POTÊNCIA
Segundo Potter e Kroos (2016), os dispositivos podem, combinados em vários ciclos, produzir energia. Entre eles está o ciclo básico de Rankine (Diagrama 2), que é usado em usinas nucleares, de carvão ou de queima de lixo. Este ciclo é composto por quatro dispositivos ideais: caldeira, turbina, condensador e bomba.
Diagrama 2. Operação de um ciclo de vapor para geração de trabalho. Fonte: KROOS; POTTER, 2016, p. 261. (Adaptado).
Considerando que nosso objetivo seja conhecer a potência de trabalho gerada nos motores a vapor, iremos descrever a modelagem matemática para geração de energia a fim de compreender como se procede a determinação da potência gerada pelo fluxo de vapor através de uma turbina, passando por um conjunto de pás rotativas. As turbinas operaram devido à energia fornecida por uma caldeira em um ciclo de superaquecimento de vapor ou pelo fornecimento de energia por um compressor (POTTER; KROOS, 2016).
As turbinas são consideradas sistemas adiabáticos (Q = 0), nas quais as trocas de calor ocorrem exclusivamente para a geração de trabalho e, embora haja uma pequena parcela de perda para o meio, seja pelo calor ou pela variação da energia cinética, ela é considerada desprezível se comparada à energia fornecida para a geração de trabalho (POTTER; KROOS, 2016). Dessa forma, a equação da energia (Equação 4) é definida pela relação:
EXPLICANDO
As turbinas a vapor são dispositivos geradores de energia. Recebem o vapor superaquecido do trocador de calor (caldeira) e descartam vapor saturado para o condensador (mistura vapor e líquido). O título de vapor é de x = 1, ou seja, 100% do fluido de serviço que passa pela turbina deve ser vapor. Caso haja alguma concentração líquida de fluido, haverá redução da eficiência no ciclo.
Na turbina, a pressão de entrada Pe é maior do que a pressão de saída Ps devido a extração de energia, como podemos observar no Diagrama 3.
Um ponto importante a ser discutido sobre sistemas térmicos é em relação às propriedades dos fluidos envolvidos no sistema. Como nossos estudos se concentram na geração de trabalho pelo escoamento de vapor, a água é o principal fluido de serviço, contudo, podemos admitir outros fluidos no escoamento tanto em sistemas de resfriamento quanto em condicionamento de ar e arrefecimento. Variações de pressão e temperatura podem alterar a densidade ou massa específica ρ do fluido, o que altera os parâmetros de estudo no sistema. Os sólidos e líquidos terão densidades relativamente altas, enquanto os gases apresentam densidades relativamente baixas. A densidade pode variar com a temperatura de uma substância e, principalmente para os gases, com a pressão da substância. Portanto, na solução de problemas envolvendo líquidos ou sólidos, a densidade é geralmente tratada como uma constante (POTTER; KROOS, 2016). 
Tabela 2. Entalpia de entrada para pressão de 200 kPa e temperatura de 400 °C. Fonte: WYLEN; SONNTAG; BORGNAKKE, 2013, p. 521. (Adaptado).
Exemplo 4: vapor de água, a 200 m/s, entra na turbina a 4 MPa e 500 °C e sai na forma de vapor saturado a 80kPa. Calcule a potência de saída, considerando que a seção de entrada tenha 5 cm de diâmetro.
Diagrama 4. Turbina. Fonte: KROOS; POTTER, 2016, p. 156. (Adaptado).
Tabela 3. Volume específico na entrada da turbina a 4 MPa de pressão e temperatura de 500 °C. Fonte: WYLEN; SONNTAG; BORGNAKKE, 2013, p. 523. (Adaptado).
Ciclos de Rankine
O ciclo Rankine é o ciclo ideal para produzir energia utilizado nas centrais termelétricas e é composto basicamente por quatro componentes que operam em um ciclo fechado: caldeira ou gerador de vapor, turbina a vapor, condensador e bomba hidráulica.
O esquema apresenta os seguintes dispositivos para o ciclo Rankine:
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Bomba
–
Comprime a água líquida saturada à alta pressão (p1<p2) saída do condensador e a devolve para caldeira;
Caldeira
–
Adiciona calor, resultado da queima de combustível, à água de alta pressão para criar vapor superaquecido (p2 = p3);
Turbina
–
O vapor de alta pressão e alta temperatura escoa através da turbina para produzir energia (p3>p4);
Condensador
–
O vapor que sai da turbina é condensado no condensador (trocador de calor) para tornar água líquida saturada, que novamente entra na bomba (p4 = p1).
EXPLICANDO
O ciclo Rankine é considerado o ciclo ideal de obtenção de energia nas usinas termelétricas. A máxima eficiência de um ciclo Rankine, operando no Brasil, pode chegar a cerca de 28%. 
EFEITOS DA VARIAÇÃO DE PRESSÃO E TEMPERATURA
Uma vez que o ciclo Rankine é usado para gerar energia, como qualquer máquina térmica, apresenta eficiência que pode ser obtida segundo a relação (Equação 6):
A eficiência do ciclo Rankine é de aproximadamente 30%; isto é, cerca de 30% da energia necessária para aquecer a água na caldeira é de fato convertida para a energia útil da turbina. Os outros 70% são descartados pelo condensador. Dessa forma, considerando o ciclo como um sistema, a primeira lei da termodinâmica exige a seguinte relação (Equação 7):
O mesmo ocorre em uma turbina hidráulica (Equação 9) com as mesmas hipóteses; a energia produzida é:
Exemplo 5: num ciclo Rankine ideal (Diagrama 5), uma bomba eleva a pressão de 8 kg/s de água de 20 kPa para cerca de 5 MPa. A caldeira aumenta a temperatura para cerca de 500 °C e o vapor sai da turbina como vapor saturado.
Diagrama 5. Ciclo Rankine ideal simples de potência a vapor. Fonte: KROOS; POTTER, 2016, p. 146. (Adaptado).
Determine:
a) A energia requerida pela bomba;
b) A energia de entrada na turbina;
c) A energia que é produzida pela turbina;
d) A eficiência gerada no ciclo Rankine.
Resolução:
b) para analisar a caldeira, torna-se necessário encontrar a entalpia requerida pela caldeira. Nesse caso, a entalpia de entradana caldeira será igual à entalpia de saída da bomba:
Agora, pela equação da energia expressa para a caldeira, um trocador de calor será:
c) para a potência produzida na turbina, temos:
d) para a eficiência do ciclo, temos:
Comentário: em razão dos valores encontrados, podemos notar que a taxa de energia da bomba é muito pequena em comparação aos demais dispositivos do ciclo Rankine. Caso se despreze a energia da bomba, devemos considerar que a entalpia de entrada na caldeira seja aproximadamente igual à entalpia de saída do condensador: h2≈251,4(KJ/kg)|entalpia obtida por meio da tabela de propriedades termodinâmicas. Dessa forma, teríamos:
O calor rejeitado pelas centrais termelétricas pode ser reaproveitado para o aquecimento de residências e edifícios, aumentando substancialmente a eficiência da usina para, possivelmente, cerca de 60%.
Há três maneiras de se aumentar a eficiência do ciclo Rankine:
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Elevando a temperatura do vapor que sai da caldeira
–
Aumentando, assim, a saída de potência na turbina. O uso de vapor superaquecido à alta temperatura aumentará a eficiência, mas é limitado pelas propriedades de metais utilizados para construir as pás da turbina. A máxima temperatura que os metais de hoje podem suportar é de cerca de 620° C, contudo, pás de cerâmica e com resfriamento podem ser uma opção;
Reduzindo a pressão na qual o condensador opera
–
Quanto menor a pressão do condensador, menor a entalpia na turbina, o que eleva a eficiência na saída de trabalho. A pressão de saída na turbina poderá ficar abaixo da pressão atmosférica. Isso é uma prática comum em projetos de usinas;
Aumentando a pressão na bomba
–
O que aumenta a pressão na caldeira e, consequentemente, aumenta a entalpia de entrada na turbina.
Ciclo de Rankine com reaquecimento
Um ciclo de reaquecimento (Diagrama 6) se refere a uma modificação do ciclo ideal básico de Rankine. Note que há neste ciclo seis estados e que o vapor superaquecido que flui pela região de alta pressão da turbina retorna à caldeira e é novamente adicionado ao vapor da seção de baixa pressão da turbina antes de seguir para o condensador. Dessa forma, a turbina produz mais potência, aumentando significativamente a eficiência do ciclo e, consequentemente, a quantidade de energia produzida, recuperando os custos adicionais em razão da modificação do sistema.
Exemplo 6: o vapor na turbina de alta pressão retorna à caldeira no ciclo de potência Rankine ideal quando alcança uma pressão de 1 MPa. Logo após, é devolvido à turbina de baixa pressão a 600 °C (Diagrama 7). 
Diagrama 7. Ciclo Rankine com reaquecimento. Fonte: POTTER; KROSS, 2016, p. 270. (Adaptado).
Determine:
· 1 A transferência de calor necessária pelo gerador de vapor;
· 2 A quantidade de transferência de calor do condensador;
· 3 A taxa de fluxo de massa do vapor para produzir 12 MW de potência pela turbina;
· 4 A eficiência do ciclo.
Resolução: como a o fluxo de massa de vapor não foi dado no problema, iniciaremos pela determinação das entalpias nos estados considerados, utilizando as tabelas das propriedades termodinâmicas disponíveis na obra de Gordon Van Wylen, Richard E. Sonntag e Claus Borgnakke, Fundamentos da termodinâmica clássica (2013), p.521-523.
Pela potência fornecida de 12 MW pela turbina, podemos obter o fluxo de massa pela Equação 10:
O trabalho fornecido pela turbina é a soma das seções de pressão alta e baixa, logo:
Estado 3: P3 = 6 MPa, T3 = 600 °C, logo: h3 = 3658,40 (kJ/kg)
Estado 4: P4 = 1 MPa, logo: h4 = 3080 (kJ/kg)
Estado 5: P3 = 1 MPa, T3 = 600 °C, logo: h5 = 3696,32 (kJ/kg)
Estado 6: P6 = 20 kPa, logo: h6 = 2609,70 (kJ/kg)
· 1 A energia necessária pela caldeira é a soma da seção de alta pressão e a seção de reaquecimento.
· 2 O calor perdido no condensador.
· 3 A taxa do fluxo de massa:
· 4 A eficiência do ciclo.
Importante: o trabalho da bomba é ignorado pelo cálculo de eficiência desde que seja pequeno ao ser comparado ao trabalho da turbina.
Ciclo de Rankine regenerativo
Um processo de regeneração pode ser empregado para adicionar calor à água que sai da bomba antes que ela entre na caldeira. O próprio calor que é eliminado pela turbina pode ser utilizado para pré-aquecer a água de alimentação em um aquecedor de alimentação aberto no qual o vapor superaquecido da turbina e a água líquida que sai do condensador são misturados (POTTER; KROOS, 2016).
Já que a pressão do condensador e o vapor extraído devem apresentar a mesma pressão, é necessária uma bomba para aumentar a pressão do condensado à pressão do vapor extraído. Isso representa um ciclo Rankine regenerativo ideal. Dessa forma, o calor economizado na caldeira é de algum modo deslocado pelo fato de menos vapor seguir pela turbina.
No aquecedor de água de alimentação aberto, o vapor da turbina é diretamente misturado com o condensado do condensador. A água de alimentação preaquecida entra na bomba de água de alimentação (3). Um aquecedor de água de alimentação aberto está na câmara de mistura. Massa e energia em equilíbrio, considerando um aquecedor isolado e as variações de energia cinética e potencial desprezadas, são escritas como (utilizando a mesma quantidade de estado como no Diagrama 8) fornecendo o fluxo de massa que deve ser extraído da turbina.
Diagrama 8. Ciclo ideal Rankine e ciclo regenerativo com água de alimentação aberta.  Fonte: POTTER; KROOS, 2016, p. 272. (Adaptado).
Conhecendo as propriedades do vapor extraído, pode-se determinar o fluxo de massa extraído ṁ6 (Equação 13).
No aquecedor de água de alimentação fechado (Diagrama 9), dois fluidos são mantidos separados e sem mistura, como considerado no trocador de calor.
Diagrama 9. Aquecedor de água de alimentação fechado. Fonte: POTTER; KROOS, 2016, p. 272. (Adaptado).
Exemplo 7: o ciclo Rankine ideal (Diagrama 10) é modificado, permitindo que o aquecedor de água de alimentação aberto retire o vapor a uma pressão de cerca de 800 kPa, conforme ilustra o diagrama T-s (Diagrama 11).
Diagrama 10. Ciclo ideal Rankine com um aquecedor com água de alimentação aberto. Fonte: POTTER; KROOS, 2016, p. 272. (Adaptado).
Considerando que não haja perdas, calcule a eficiência do ciclo da Diagrama 11 mantendo todas as propriedades do ciclo representado na Diagrama 10.
Diagrama 11. Ciclo ideal Rankine regenerativo. Fonte: POTTER; KROOS, 2016, p. 262. (Adaptado).
Resolução: primeiramente, iremos determinar as entalpias dos estados considerados no processo utilizando as tabelas de propriedades termodinâmicas.
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Estado 1: 
P1 = 20 kPa, x1 = 0, logo: h1 = 251,4 (kJ/kg)
Estado 2: 
Desprezando o trabalho da bomba, logo: h2 = h1 = 251,4 (kJ/kg)
Estado 3: 
P3 = 800 kPa, x3 = 0, logo: h3 = 721,10 (kJ/kg)
Estado 4:
Desprezando o trabalho da bomba, logo: h4 = h3 = 721,10 (kJ/kg)
Estado 5: 
P5 = 6 MPa, T5 = 600 °C, logo: h5 = 3658,40 (kJ/kg)
Estado 6:
 P6 = 800 kPa, logo: h6 = 2048,04 (kJ/kg)
Estado 7: 
P7 = 20 kPa, logo: h7 = 2358,33 (kJ/kg)
Considerando ṁ3 = ṁ4 = ṁ5, temos:
Q̇B = ṁ5(h5 - h4) = 1 · (3658,40 - 721,10) = 2937,3 [kW]
Na saída da turbina temos:
ẆT = ṁ5(h5 - h6) + (ṁ5 - ṁ6) (h6 - h7)
ẆT = 1(3658,40 - 2048,04) + (1 - 0,1697) (2048,04 - 2358,33) = 1353 [kW]
Assim, para a eficiência do ciclo, temos:
CICLO DE RANKINE COMBINADO: REGENERAÇÃO E REAQUECIMENTO
Atualmente, são utilizados nas usinas tanto os reaquecedores quanto os aquecedores de água de alimentação, ou seja, ciclos combinados operando com regeneração e reaquecimento.
Segundo Potter e Kroos (2016), os reaquecedores garantem que o vapor que sai da turbina estará na região superaquecida e os aquecedores de água de alimentação manterão a quantidade de combustível queimado em quantidade mínima, chegando a resultados de eficiência superior a 50%.
Afastamento dos ciclos reais em relação aos ideais
O ciclo real de potência deriva do ciclo Rankine em razão das perdas ao longo de seus componentes. 
Tabela 4. Temperatura a pressão 20 kPa no estado de água saturada na saída da turbina. Fonte: WYLEN; SONNTAG;BORGNAKKE, 2013, p. 519. (Adaptado).
Podemos notar que a eficiência obtida no ciclo Rankine é menor do que a obtida por Carnot. Isso se deve em razão da transferência irreversível de calor em uma grande diferença de temperatura na caldeira.
Os gases quentes resultantes da queima do combustível estão em temperatura muito mais alta do que o vapor nos tubos da caldeira, logo, o processo de transferência de calor é extremamente irreversível, mesmo que seja transferido como sendo “ideal”.
O ciclo Carnot permite o processo de transferência de calor reversível somente em uma diferença de temperatura infinitesimal, processo que não pode ser feito em uma usina ou qualquer outra situação real. Dessa forma, a eficiência obtida por Carnot é maior do que o ciclo Rankine.
A única perda que torna a eficiência do ciclo real do vapor significativamente menor do que a eficiência do ciclo Rankine ideal é a perda na turbina, que pode ocorrer em razão do fluxo de vapor ao redor das pás da turbina. Atualmente, por meio de técnicas e estudos dinâmicos para escoamento de fluidos, são desenvolvidas pás longas que chegam a aprimorar a eficiência das turbinas em até 90%. 
As perdas adicionais em cada ciclo de potência a vapor real ocorrem nos tubos que conectam todos os componentes. Essas perdas se referem a quedas de pressão entre os componentes e os sistemas de escoamento de fluidos.
Para compensar as perdas com a queda de pressão, aumenta-se a pressão de saída das bombas, o que exigirá energia adicional para operar cada bomba do sistema, porém, uma vez que a potência pode ser ignorada nos cálculos de eficiência, a que é adicionada não é significativa no cálculo do ciclo.
Algo bastante significativo é o fato de que os equipamentos auxiliares necessitam utilizar a parte da energia produzida, o que reduz parte da energia útil. Atualmente, cerca de 6% da saída da energia da usina é necessária para operar equipamentos auxiliares (POTTER; KROOS, 2016). 
Para uma eficiência do ciclo de vapor real de cerca de 50%, as perdas adicionais e as necessidades dos equipamentos da usina envolvidos no ciclo chegam a reduzir a 39% o rendimento. Somente pouco mais de 1/3 da energia contida no combustível chega a ser convertida em energia.
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