Lista de Exercícios Resolvidos - Ciclos de Potência a Vapor - Termodinâmica

Departamento de Engenharia Mecânica ARBEMEC Termodinâmica II 3ra Lista de ExercíciosCiclos de Potência a Vapor É obrigatória a entrega da solução desta Lista Esta Série de Exercícios é referente ao Capítulo de Ciclos de Potên cia a Vapor exige conceitos de termodinâmica I os conceitos apren didos em Termodinâmica II e conceitos básicos de cálculo Para o processo normal de aprendizagem é de suma importância que o a estudante resolva os exercício SUGESTÃO Como uma forma de melhorar o aprendizado da disciplina Pedese que na resolução dos problemas também seja utilizado além das tabelas termodinâmicas a ferramenta COOLPROP no PYTHON Exercícios 1 Seja um ciclo ideal Rankine com irreversibilidades O vapor saturado entra na turbina a 80 MPa e o líquido saturado sai do condensador a uma pressão de 0008 Mpa A turbina e a bomba têm cada qual eciência isentrópica de 85 Se a temperatura da fonte de calor e ambiente são respectivamente 2000 K e 293 k Determine para o ciclo a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b a vazão mássica do vapor em kgh para uma potência de saída de 100 MW Rpta vazao 4 449x105kgh 1 c a taxa de transferência de calor Qentra fornecida ao uido de trabalho que passa pela caldeira em MW Rpta qe 318 2MW d a taxa de transferência de calor Qsaido vapor que condensa ao passar pelo condensadorem MW Rpta qs 218 2MW e a vazão mássica da água de resfriamento no condensador em kgh se a água entra no condensador a 15oC e sai a 35oC Rpta vazaoresfriador 9 39x106kgh f a eciência térmica e exergética do ciclo Rpta ηtermica 31 36 ηexergetica 36 8 2 Uma planta de potência a vapor opera em um ciclo Ideal Rankine opera com uma pressão na caldeira de 40 bar 300 oC e a pressão no condensador de 0035 bar Se a temperatura da fonte de calor e ambiente são respectivamente 2000 K e 293 k Calcule a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b a eciência energética e exergética do ciclo c bwr d o consumo especico de vapor para a Um ciclo Ideal Rankine Rpta i ηtermica 37 ηexergetica 43 5 iibwr 0 0037 iii ssc 3 41kgkWh b Para um ciclo Rankine quando o processo de expansão tem uma eciên cia isentrópica de 80 Rpta i ηtermica 29 6 ηexergetica 34 76 iibwr 0 0047 iii ssc 4 26kgkWh 3 Considere uma usina de potência a vapor que opera em um ciclo Ideal Rankine com reaquecimento A usina mantém a caldeira a 7000 kPa o ponto de rea quecimento a 800 kPa e o condensador a 10 kPa O título da mistura na saída de ambas turbinas é de 93 Se a temperatura da fonte de calor e ambiente são respectivamente 2000 K e 293 k Determine 2 a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b a temperatura na entrada de cada turbina Rpta Turbina1 372 16oC Turbina2 417 1oC c a eciência energética e exergética do ciclo Rpta ηtermica 37 6 ηexergetica 44 4 Uma usina de potência a vapor que opera em um ciclo Rankine Ideal com reaquecimento e regeneração com um reaquecedor e dois aquecedores de água de alimentação AAA um aberto e outro fechado Fig 1 Vapor entra na turbina de alta pressão a 15 MPa e 600oC e na turbina de baixa pressão a 1 MPa e 500 oC A pressão do condensador é de 5 kPa Vapor é extraído da turbina a 06 MPa para o AAA fechado e a 02 MPa para o AAA aberto No aquecedor de água de alimentação fechado a água de alimentação é aquecida até a temperatura de condensação do vapor extraído O vapor extraído sai do aquecedor de AAA fechado como líquido saturado que depois é estrangulado para o AAA aberto Mostre o ciclo em um diagrama Ts que inclua as linhas de saturação Determine a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b a fração de vapor extraída da turbina y para o AAA fechado Rpta y 0 06287 c a eciência térmica e exergética do ciclo Rpta ηenergetica 48 5 ηexergetica 56 9 d a potência líquida para um uxo de mssa de 42 kgs na caldeira Rpta Potencia 72445 8kW 3 Figura 1 Ciclo com reaquecimento e regeneração Unidades 1Pascal 1 N m2 1Newton 1kgm s2 1Joule 1kgm2 s2 1bar 105 kg ms2 105Pa 100KPa 1bar 0 1MPa 100KPa 1kPa 0 001MPa 1MPa 1000kPa 1kJoule 1000J 1000Nm 1kPam3 1kW kJs 1MW 1000kW BOA SORTE 5 de maio de 2021 4 η 085 Estado 1 P1 8 12Pa T1 3147 K h1 1738 kJkg s1 05925 kJkg K x1 0 Estado 2 η h2g hs h2 h1 h2g 1833 kJ kg P2 8000 kPa T2 3192 K s2 0597 kJkg K x2 Estado 3 P3 8000 kPa T3 3192 K h3 27590 kJkg s3 5745 kJkg K x3 1 Estado 4 η h3 h4 h3 h4s h4 19400 kJkg P4 8 kPa T4 3147 K s4 6204 kJkg K x4 0735 b Wt ṁ h3 h4 Wt ṁ 2759 1940 ṁ 100103 819 1221 kgs logo ṁ 4395105 kg s c Qc ṁ h2 h1 Qc 1221 2759 1833 Qc 314443 kW logo Qc 3144 MW d Qs ṁ h4 h1 Qs 1221 1940 1738 Qs 215599 kW logo Qs 2156 MW e Qs ṁH2O cp Tg Te ṁH2O 215599 418 33 15 2578935 kgs logo ṁH2O 928106 kg s f ηc Wt Wb Qc ηc 100103 1221 1833 1738 314443 ηc 3143 2 Estado 1 P1 0035 bar T1 2998C h1 1118 kJ kg s1 03906 kJkg K x1 0 Estado 2 P2 40 bar T2 300C h2 1158 kJkg s2 03906 x2 Estado 3 P3 40 bar T3 5235C h3 2801 kJkg s3 607 kJkg K x3 1 Estado 4 P4 0035 bar T4 2998C h4 1885 kJkg s4 607 kJkg K x4 0698 Wturb h3 h4 9863 kJkg Wbomb h2 h1 4007 kJkg Qe h3 h2 2685 kJkg a η ciclo w turb w bomba Qe η ciclo 037 bwv w bomba w turb 00040 d ssc T3 T4 η ciclo Qe 5235 2998 037 2685 ssc 0225 kgkJ Para ciclo com ηs 080 h3 1118 kJkg h2 2168 kJkg h1 2022 kJkg η ciclo 2805 2012 2168 1118 2805 1168 029 ssc 5235 2998 029 2805 1168 0287 kgkJ 3 Estado 1 P1 10 kPa x1 0 h1 19181 kJkg v1 0001010 m³kg w bomba v1 P2 P1 w bomba 706 kJkg h2 h1 w bomba 19887 kJkg Estado 4 P4 08 MPa s4 x4 se sq 63385 kJkgK x4 093 h4 x4 he he 2625 kJkg como s3 s4 e P3 7 MPa h3 30855 kJkg T3 3733ºC Estado 6 P6 10 kPa x6 093 s6 x6 se se 76139 kJkgK h6 x6 hev he 24164 kJkg como s5 s6 e P5 76 kPa h5 3302 kJkg T5 4162ºC qe h3 h2 h5 h4 35636 kJkg qs h6 h5 22246 kJkg η 1 qs qe 376 T3 T turb1 3733ºC T6 T turb2 4162ºC 4 61 Para a função de vapor extraída da turbina para o 44A fechado é possível fazer y h5 h4 h11 h0 Pelas tabelas h5 2528 kJkg h4 4999 kJkg h11 32663 kJkg h6 70701 kJkg Δuim y 2128 1998 32663 30301 006 c ηex wt wp qa q4 e ηc wt wp² qa wt m1 h10 h11 y h12 z h13 1 y z wp m h2 h1 1 y z m h4 h3 1 y z Δuim wt 743094 kW wp 18636 kW qa 14937278 kW q4 2205073 kW ηc 743094 18636 14937278 489 ηex 743094 18636 14937278 2205073 5689 d Plig wt wp 743094 18636 Plig 724458 kW