Ciclo Rankine

A figura mostra uma usina a vapor simples operando em regime permanente usando água como fluido de trabalho. Os dados são mostrados na figura. A taxa de fluxo de massa é $\dot m = 109 kg/s$.

Determine:

a.) A taxa de fluxo de massa no codensador, em kg/s.
b.) A eficiência térmica.
c.) As eficiências isentrópicas da turbina, condensador, e bomba.

Resposta:

a.) O calor no condensador do ciclo Rankine é $ \dot Q_{C-Rank} = \dot m_R (h_2-h_3) $, onde $h_i$ é a entalpia no ponto $i$. Este calor é transferido para a água de refrigeração então posso escrever, nomeando a entrada de água de refrigeração a 20 e 50 graus Celcius como 5 e 6 respec., como $ \dot Q_{C-ext} = \dot m_{ext} (h_6-h_5) $.
Então: \[ m_{ext} =\frac{\dot m_R (h_2-h_3)}{(h_6-h_5)} \]
b.)
A eficiência teŕmica é dada pela seguinte relação:
$\eta =\frac{W_T - W_B}{Q_H} $
$ \eta =\frac{m_R(h_1-h_2) - m_R(h_4-h_3)}{m_R(h_1-h_4)} $
$ \eta =\frac{ (h_1-h_2) - (h_4-h_3)}{ (h_1-h_4)}$

Essas entalpias são facilmente obtidas da tabela de água saturada. Basta encontrar as temperaturas em cada ponto.

Ciclo Combinado Brayton-Rankine

Uma usina usa um ciclo combinado Brayton-Rankine produz 9 MW na turbina a gás e 2 MW de trabalho na turbina a vapor, com gases entrando na turbina a gas a 1.5 MPa e 1200 ºC, e vapor entrando na turbina a vapor a 4 MPa e 400 °C. Pede-se:

a) Desenhe o diagrama do ciclo e os grafico T-s
b) Taxa de fluxo de massa do vapor.
c) Taxa de fluxo de massa de ar necessária .
d) É necessário queimar combústivel no trocador de calor?




Resposta:

Ciclo Brayton

A figura mostra uma turbina a gás que opera com ar e que apresenta duas

turbinas ideais. A primeira aciona um compressor ideal e a segunda produz potência líquida

do arranjo. O compressor é alimentado com ar a 290 K e 100 kPa e a pressão na seção de

saída do compressor é igual a 450 kPa. Uma fração, x, da vazão de ar comprimido é

desviado da câmara de combustão e, neste equipamento são transferidos 1200 kJ/kg de ar

que escoa na câmara. Estes dois escoamentos são misturados e enviados para a primeira

turbina. Sabendo que a pressão na seção de exaustão da segunda turbina é de 100 kPa e

que a temperatura do ar na seção de alimentação da primeira turbina é de 1000 K, determine

x, a temperatura e a pressão na seção de descarga da primeira turbina, o trabalho

especifico produzido na segunda turbina e a eficiência do ciclo.