Centrais a Vapor e Ciclo Combina

A entalpia no estado 3 será igual à entalpia do líquido na pressão de 10 kPa Assim a entalpia específica no estado 3 será h3 191812 kJkg Escreva a expressão para o trabalho da bomba e substitua os valores requeridos para determinar a entalpia no estado 4 WP h4 h3 20104 kJkg h4 h3 WP 191812 kJkg 20104 kJkg 1938224 kJkg Determine o calor fornecido ao ciclo de potência Qs h1 h4 324783 kJkg 1938224 kJkg 30540076 kJkg Determine a eficiência máxima do ciclo de potência ηmáx WT WP Qs 9892652 kJkg 20104 kJkg 30540076 kJkg 03233 3233 Questão 2 Aumento da Pressão da Caldeira para 4 MPa Aumente a pressão da caldeira para 4 MPa mantendo a temperatura máxima de 400C e a pressão no condensador em 10 kPa Obtenha as propriedades para 4 MPa e 400C h 1 32136 kJkg s 1 67964 kJkg K Determinação da qualidade no estado 2 s2 s 1 67964 kJkg K s2 sf xsg sf 67964 065 x8 065 Resolvendo para x x 07788 Determinação da entalpia no estado 2 h2 hf xhfg 191812 kJkg 07788 2583887 kJkg h2 220843 kJkg 2 Cálculo do trabalho da turbina W T h 1 h2 32136 kJkg 220843 kJkg 100517 kJkg O trabalho da bomba permanece o mesmo WP 20104 kJkg e a nova eficiência térmica é η W T WP h 1 h4 O calor fornecido ao ciclo é Qs h 1 h4 32136 kJkg 1938224 kJkg 301978 kJkg A eficiência térmica será η 100517 20104 301978 03323 3323 Aumento percentual na eficiência Aumento 3323 3233 3233 100 279 Questão 3 Aumento da Temperatura Máxima para 600C Mantenha a pressão da caldeira em 2 MPa e aumente a temperatura máxima para 600C Obtenha as propriedades para 2 MPa e 600C h 1 36643 kJkg s 1 79054 kJkg K Determinação da qualidade no estado 2 s2 s 1 79054 kJkg K 79054 065 x8 065 Resolvendo para x x 09342 Determinação da entalpia no estado 2 h2 hf xhfg 191812 kJkg 09342 2583887 kJkg h2 258412 kJkg Cálculo do trabalho da turbina W T h 1 h2 36643 kJkg 258412 kJkg 108018 kJkg 3 O trabalho da bomba permanece o mesmo WP 20104 kJkg e o calor fornecido ao ciclo é Qs h 1 h4 36643 kJkg 1938224 kJkg 347048 kJkg A eficiência térmica será η 108018 20104 347048 03108 3108 Aumento percentual na eficiência Aumento 3108 3233 3233 100 387 Questão 4 Redução da Pressão no Condensador para 4 kPa Mantenha a pressão da caldeira em 2 MPa e a temperatura máxima em 400C mas reduza a pressão no condensador para 4 kPa Obtenha as propriedades para 4 kPa hf 13778 kJkg hfg 24033 kJkg sf 04763 kJkgK sg 84867 kJkgK Determinação da qualidade no estado 2 s2 s1 71293 kJkg K 71293 04763 x84867 04763 Resolvendo para x x 08152 Determinação da entalpia no estado 2 h2 hf xhfg 13778 kJkg 08152 24033 kJkg h2 19977 kJkg Cálculo do trabalho da turbina WT h1 h2 324783 kJkg 19977 kJkg 125013 kJkg Recalcule o trabalho da bomba WP vfP2 P1 000101026 m3kg2 103 kPa 4 kPa 20208 kJkg O calor fornecido ao ciclo é Qs h1 h4 324783 kJkg 1938224 kJkg 30540076 kJkg A nova eficiência será η 125013 20208 30540076 0409 409 Aumento percentual na eficiência Aumento 409 3233 3233 100 2653 4 Questão 5 Obtenha as propriedades do vapor à pressão P1 10 MPa e à temperatura T1 480 C na tabela A4 Propriedades do vapor de água superaquecido h1 33214 kJkg s1 65282 kJkg K Obtenha as propriedades do vapor sob pressão P2 07 MPa na tabela A3 Propriedades da tabela de pressão de água saturada hf 69722 kJkg hfg 20663 kJkg sf 19922 kJkg K sg 67080 kJkg K O processo 12 é a expansão isentrópica na turbina do primeiro estágio Portanto temos s1 s2 O estado 2 está em condição úmida pois o valor da entropia está entre o líquido saturado e o vapor saturado sf s2 sg Encontre a fração de secura no estado 2 usando a seguinte equação s2 sf x2sg sf Substituindo os valores 65282 19922 x267080 19922 x2 09618 Agora encontre a entalpia no estado 2 usando a seguinte equação h2 hf x2hfg Substituindo h2 69722 09618 20663 2684587 kJkg 5 h6 hs wp Substituindo os valores h6 15153 10058 161588 kJkg Parte a Encontre a taxa de adição de calor em kJ por kg de vapor que entra na turbina do primeiro estágio Qin primeiro estágio h1 h6 Substituindo Qin primeiro estágio 33214 kJkg 161588 kJkg Qin primeiro estágio 3159812 kJkg Portanto a adição de calor em kJ por kg de vapor que entra na turbina do primeiro estágio é 3159812 kJkg Parte b Encontre a eficiência térmica usando a seguinte equação η wnet Qin 1 Aqui wnet é o trabalho líquido realizado e Qin o calor líquido fornecido Trabalho Líquido Encontre o trabalho líquido realizado usando a equação wnet wy wtr wp h1 h2 h3 h4 wp Substituindo os valores wnet 33214 2684587 34389 242561 10058 wnet 1640045 kJkg 8 Calor Total Fornecido Encontre o calor total fornecido ao ciclo Qin h1 h6 h3 h2 Substituindo os valores Qin 33214 161588 34389 2684587 Qin 391412 kJkg Agora substitua 1640045 kJkg para wnet e 391412 kJkg para Qin na equação 1 η 1640045 391412 0419 419 Portanto a eficiência térmica do ciclo é 419 Parte c Encontre a transferência de calor do fluido de trabalho que passa pelo condensador para a água de resfriamento Qout h4 hs Substituindo Qout 242561 kJkg 15153 kJkg Qout 227408 kJkg Portanto a transferência de calor do fluido de trabalho que passa pelo condensador para a água de resfriamento é 227408 kJkg Questão 6 Obtenha as seguintes propriedades do ar na temperatura de entrada do compressor T1 25C 298K na Tabela A22 Propriedades ideais do gás do arno livrotexto por interpolação Entalpia específica 9 h4s 81257 kJkg Encontre a entalpia no estado 4 usando a eficiência da turbina isentrópica ηT h3 h4 h3 h4s Aqui ηT está a eficiência isentrópica da turbina Substitua 166387 kJkg por h3 087 por ηT 81257 kJkg por h4s 087 166387 h4 166387 81257 h4 923239 kJkg Encontre o trabalho específico produzido pela turbina usando a seguinte equação wT h3 h4 Substitua 166387 kJkg por h3 e 923239 kJkg por h4 wT 166387 923239 wT 740631 kJkg Para unidade de turbina a vapor Obtenha as propriedades da água na pressão de entrada da turbina p7 125MPa e na temperatura de entrada da turbina T7 500C na tabela A4 Propriedades das tabelas de água superaquecidasno livro didático h7 33422 kJkg s7 6462 kJkgK Obtenha as propriedades do vapor sob pressão p8 01 bar na tabela A3 tabelas de água saturadano livro didático vf 10102 103 m3kg hf 19183 kJkg hfg 23928 kJkg sf 06493 kJkgK sfg 75009 kJkgK O processo 78 é uma expansão isentrópica na turbina s7 s8 s7 sf x8ssfg 6462 06493 x8s 75009 x8s 0774 12 msteam mair h4 h5 h6 h7 Substitua 923239 kJkg por h4 33422 kJkg por h7 204356 kJkg por h6 475315 kJkg por h5 msteam mair 923239 475315 33422 204356 msteam mair 01427 1 Partea Encontre a vazão mássica de ar aplicando o balanço de energia à câmara de combustão Qin mairh3 h2 Substitua 50 MW por Qin 166387 kJkg por h3 363234 kJkg por h2 50 103 mair166387 363234 mair 3844 kgs Portanto a vazão mássica de ar é 3844 kgs Encontre a vazão mássica do vapor usando a equação 1 msteam mair 01427 msteam 01427 3844 msteam 5485 kgs Portanto a vazão mássica de vapor é 5485 kgs Encontre a quantidade de calor perdida no condensador usando a equação Qcond msteamh6 h5 Substitua 5485 kgs por msteam 217368 kJkg por h6 19183 kJkg por h5 Qcond 5485217368 19183 Qcond 1087044 kW Encontre a vazão mássica de água no condensador 14 Qcond mwatercpT Substitua 1087044 kW por Qcond 418 por cp Tout Tin 35 20 1087044 mwater 41835 20 mwater 173372 kgs Portanto a vazão mássica de água é 173372 kgs Parteb Encontre a potência líquida desenvolvida pelo ciclo da turbina a gás Wnetgas wT wc mair Wnetgas 740631 394291 3844 Wnetgas 133133096 kW 13313 MW Portanto a potência líquida desenvolvida pela turbina a gás é 13313 MW Encontre a potência líquida desenvolvida pelo ciclo da turbina a vapor Wsteam wTsteam wpump msteam Wsteam 116852 12526 5485 Wsteam 6340627 kW 6340 MW Portanto a potência líquida desenvolvida pelo ciclo do vapor é 6340 MW Partec Encontre a potência líquida desenvolvida pelo ciclo combinado Wnet Wgas Wsteam Wnet 13313 6340 19653 MW Encontre a eficiência térmica do ciclo combinado usando a equação ηthermal Wnet Qin 15