Ciclo Combinado de Rankine

Ciclo Combinado de Rankine

Acadêmico 6° Período: Bruno Morais Santos

Telêmaco Borba - PR Outubro 2009

EXERCÍCIO: Vapor de mercúrio saturado a 538°C flui para uma turbina. Na saída da turbina ele está a 316°C. Água de resfriamento está disponível a 16°C e vapor saturado a 316°C é fornecido para a turbina a vapor de água após ser aquecido no condensador de mercúrio, que serve como uma Caldeira de vapor de água. Desprezando o trabalho de bombas e assumindo que o mercúrio e a água estão em um ciclo de Rankine com processos reversíveis, calcular a eficiência térmica da planta combinada.

Resolução

Primeiramente vamos fazer a caracterização dos pontos do sistema. (os cálculos de interpolação para as entalpias e entropias do exercício estão em um anexo no final).

*valores calculados no exercício

Estado Físico Temperatura

(°C) Entalpia HL

Entalpia HV (kJ/kg)

Entropia SL (kJ/kgK)

Entropia SV

(kJ/kgK) Título x

Seguimos agora para os balanços necessários:

Podemos calcular o Q(caldeira) através da diferença entre a entalpia de entrada e saída:

Para calcular o trabalho isentrópico da turbina a vapor de mercúrio, procedemos da mesma forma que o Q(caldeira) mas o vapor que sai da turbina é úmido e para calcular H4 precisamos calcular o título, da seguinte forma:

Tendo o título, calculamos a entalpia para o ponto 4:

Calculamos então, o trabalho isentrópico da turbina a vapor de mercúrio, considerando que a massa que circula no ciclo do mercúrio é igual a 1:

ó =− , / Obs.: o sinal negativo de dá ao fato que estamos retirando trabalho do sistema.

Para calcularmos o trabalho isentrópico da turbina de vapor de água, precisamos fazer a relação entre as massas dos dois ciclos, para isso, passamos um volume de controle entre o condensador de mercúrio e a caldeira a vapor de água e fazemos o balanço de potência:

𝒎𝒃=𝟎,𝟎𝟖𝟗𝒎𝟒ou 𝒎𝟒=𝒎𝒃

Como o vapor que sai da turbina a vapor de água é úmido, procedemos da mesma forma que a turbina a vapor de mercúrio:

Calculamos então, o trabalho isentrópico da turbina a vapor de água:

Temos, agora, que dividir esse valor pela relação entre as massas que encontramos acima:

Enfim, para o cálculo da eficiência térmica, somamos os trabalhos das duas turbinas e dividimos pela quantidade de energia adicionada na caldeira a mercúrio, pela equação:

Para saber se os cálculos estão corretos, somamos todas as saídas de energia do sistema e o valor tem que ser igual, ou muito próximo, à quantidade de energia fornecida para o sistema, ou seja:

O Qcondensador é calculado pela diferença de entalpia, da seguinte forma:

A diferença que existe é pelo cálculo de interpolação e aproximações que são feitas ao longo do exercício, diferença essa que pode ser desconsiderada.

Anexo Cálculos de interpolação das entalpias e entropias do sistema.

Ponto 3:

Ponto 4:

Ponto C: Os valores de entalpia e entropia do ponto C foram retirados do programa “Termodynamic Properties of Steam”, versão 1.0

Ponto D:

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