Exercicios_Ciclo_de_Rankine

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TMFA – Termodinâmica e Mecânica dos Fluidos Aplicada (Termodinâmica) 
 
Profa. Dra. Simoni Gheno 1 
Exercícios – Ciclo de Rankine 
 
 
Questões para pensar 
1. A eficiência térmica de uma instalação de potência a vapor pode ter 
valores diferentes no inverno e no verão? Explique. 
2. Pense em algumas maneiras de aproveitar a água de arrefecimento que 
sai do condensador de uma grande usina de potência. 
3. Que efeitos sobre a ecologia de um rio podem resultar do uso da água 
para arrefecimento do condensador de uma instalação de potência? 
4. Por que a água é o fluido de trabalho mais utilizado em usinas de 
potência a vapor? 
5. Qual a sua opinião sobre a utilização de energia solar para gerar 
eletricidade? 
 
Problemas 
1. Calcular o rendimento do exercício desenvolvido em sala adotando 
agora o vapor superaquecido na entrada da turbina a 500 °C, com as 
demais condições mantidas, isto é: P2=0,5 Kgf/cm2; P1=50 Kgf/cm2; 
x3=0. Comparar este rendimento com o do exercício desenvolvido em 
sala e justificar a sua variação. Resposta: 32,2% 
2. Calcular o rendimento do ciclo do problema 1 adotando a pressão na 
caldeira de 100 Kgf/cm2 com as demais condições mantidas, isto é: 
T1=500 °C; P2=0,5 Kgf/cm2; x3=0. Resposta: 35,2% 
3. Imaginemos um ciclo de Rankine com reaquecimento do vapor que passa 
pela turbina do problema 2 
na pressão de 75 Kgf/cm2. 
Calcular o rendimento deste 
novo ciclo supondo que a 
temperatura de reaquecimento 
seja também se 500 °C e que 
as demais condições sejam 
mantidas, isto é: P1=100 
Kgf/cm2; P4=0,5 Kgf/cm2 
(condensador); x5=0 (líquido 
que sai do condensador). 
Resposta: 37,3% 
4. Suponhamos que o ciclo do problema 3 tenha um preaquecedor de água 
utilizando para isso 10% do vapor que passa pela turbina. Sabe-se 
que o vapor é extraído da turbina quando passa por um estágio de 
pressão igual a 5 Kgf/cm2 e que as demais condições são mantidas, 
isto é: P1=100 Kgf/cm2; P2=75 Kgf/cm2; P3=75 Kgf/cm2; T1=500 °C; 
T3=500 °C; x5=0. Determine o rendimento do ciclo. Resposta: 38,2% 
TMFA – Termodinâmica e Mecânica dos Fluidos Aplicada (Termodinâmica) 
 
Profa. Dra. Simoni Gheno 2 
 
 
 
 
5. Água é o fluido de trabalho em um 
ciclo de Rankine ideal. Vapor 
superaquecido entra na turbina a 
8MPa e 480°C. A pressão no 
condensador é 8kPa. A potência 
líquida produzida pelo ciclo é 
100MW. Determine para este ciclo: 
(a) diagrama T versus entropia; 
(b) A taxa de transferência de 
calor que passa através do gerador 
de vapor, em kW; (c) Eficiência 
térmica. 
Respostas: (b) Qin=251,8×108kW; 
(c)η=0,397 
TMFA – Termodinâmica e Mecânica dos Fluidos Aplicada (Termodinâmica) 
 
Profa. Dra. Simoni Gheno 3 
6. Água é o fluido de trabalho em um 
ciclo de Rankine ideal. A pressão 
e a temperatura na entrada da 
turbina são 1600 lbf/in2 e 
1100°F, respectivamente, enquanto 
a pressão no condensador é 1 
lbf/in2. Determine para este 
ciclo: (a) diagrama T versus 
entropia; (b) a potência líquida 
produzida, em BTU/h; (c) 
Eficiência térmica. 
Respostas: (b) W=8,84×108BTU/lb; 
(c)η=0,429 
 
NOTA: 
 
 
 
 
 
7. Vapor a 10MPa e 600°C entra na 
turbina de primeiro estágio 
(TAP) de um ciclo de Rankine 
ideal com reaquecimento. O 
vapor deixa a seção de 
reaquecimento a 500°C e a 
pressão no condensador é 6kPa. 
Se o título na saída da turbina 
de segundo estágio (TBP) é 90% 
determine para este ciclo: (a) 
diagrama T versus entropia; (b) 
Eficiência térmica. 
Respostas: (b) η=0,442 
 
 
 
 
( )
( ) ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
⋅
⋅⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛=
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