Termodinamica - Ciclo de Rankine com Irreversibilidades e Eficiencia Isotrópica

Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Cornélio Procópio Departamento Acadêmico de Mecanica Engenharia Mecânica EM35C TERMODINÂMICA B Sistemas de Potência a Vapor Exemplo 82 Ciclo de Rankine com irreversibilidades Reconsidere o ciclo de potência do Exemplo 81 mas inclua na análise o fato de que a turbina e a bomba têm cada qual eficiência isentrópica de 85 Determine para o ciclo modificado a a eficiência térmica b a vazão mássica de vapor para uma potência líquida de saída de 100 MW c a taxa de transferência de calor fornecida para o fluido de trabalho na caldeira d a taxa de transferência de calor que deixa o fluido de trabalho no condensador e e a vazão mássica da água de resfriamento no condensador se ela entra a 15 e sai a 35 Fonte Princípios de Termodinâmica para Engenharia Michael J Moram e Howard N Shapiro LTC Livros Técnicos e Científicos Editora 8ª Edição Página 1 1 Modelo de engenharia 1 Cada componente do ciclo é analisado como um volume de controle em regiem estacionário 2 O fluido de trabalho passa pela caldeira e pelo condensador a pressão constante O vapor satuado entra na turbina O fluido condensado é saturado na saída do condensador 3 A turbina e a bomba operam adiabaticamente com uma eficiência de 85 4 Os efeitos das energias cinética e potencial são desprezíveis Análise da Turbina a A eficiência térmica do ciclo Estado 2 P2 0008 MPa 80 kPa Tab B11 h2is h2is Δ1 57450 kJkgk Tabela B12 Água saturada tabela em função da pressão Pressão Temp Volume especifico Energia interna Entalpia Entropia kPa oC m3kg kJkg kJkg kJkg K Líquido Vapor Líquido Vapor Líquido Evap Vapor Líquido Evap Vapor sat sat sat sat sat sat sat sat sat PT vI vv uI uIV uV hI hIV hv sI sw sv 75 4029 0001 008 19237 75 16876 2 26174 2 43050 16877 2 40602 2 57479 05763 76751 82514 80 17384 257621 05925 82273 10 4581 0001 010 14673 55 19179 2 24610 2 43789 19181 2 39282 2 58463 06492 75010 81501 P2 80 kPa Δe2 Δ2is Δg2 Δ2is Δe2 xΔg2 Δe2 x Δ2is Δe2 Δg2 Δe2 x 57450 05925 82273 05925 x 0675 h2is heis2 xhgis2 heis2 173841 kJkg 0675 257621 17384 kJkg h2is 179513 kJkg h2 275868 kJkg 085 275868 179513 kJkg h2 193966 kJkg Wt h1 h2 Wt 275868 193966 ṁs kJkg Wt ṁs 81902 kJkg Análise da bomba Analise da caldeira b Vazão mássica do vapor Para o mesmo ciclo só que sem irreversibilidades con siderado o Ciclo Ideal de Rankine o rendimento seria de 371 c A taxa de transferência de calor fornecida para o fluido de trabalho na caldeira d A taxa de transferência de calor que deixa o fluido de trabalho no condensador e A vazão mássica da água de resgriamento no condensador se ela entra a 15C e sai a 35C f Balanço de exergia Gases de combustão Gerador de vapor Gerador de vapor Os gases de combustão podem se modelado como sendo um gás perfeito As propriedades pode ser consideradas as mesmas para o ar Taxa líquida pela qual a exergia é carregada para dentro pela corrente gasosa Taxa líquida pela qua a exergia é carregada para fora pela corrente de água Adimitindo que apenas 69 da exergia que entra na planta com o combustível permanecem após o cômputo das perdas pela chaminé e a destruição de exergia no processo de combustão O cálcula acima indica que 436 da exergia fornecida para a unidade trocadora de calor pelo resfriamento dos produtos da combustão são destruídos Entretanto como foi admitido que apenas 69 da exergia que entra na planta com o combustível permacem após serem computadas as perdas pela chaminé e a destrução de exergia na combustão concluise que 069 x 436 30 da exergia que entra na planta com o combustível são destruí dos dentro do trocador de calor Turbina Taxa líquida de exergia entrando na planta devido ao resfriamento dos gases de combustão 23117392 kW Taxa de exergia destruída na turbina em porcentagem em relação a taxa líquida de exergia que entra na planta através do gerador de vapor Como apenas 69 da exergia contida no processo de combustão são aproveitados podese concluir que 069 x 724 5 é destruída na turbina Bomba Porcentagem da exergia total disponível que é destruída na bomba Como apenas 69 da exergia contida no processo de combustão são aproveitados podese concluir que 069 x 005 003 é destruída na bomba praticamente pode ser desprezado Como a potência líquida da planta de potência é 100 MW Expressando esse valor como percentual da taxa pela qual a exergia é carregada para dentro da plant com o combustível Condensador Região de saturação Expressando esse valor em termos de percentual 113587523117392x069x100 3 Cômputo da Exergia em uma Planta de Potência Saídas Perdas Destruíção de exergia Caldeira Unidade trocadora de calor30 Unidade combustora estimativa30 Turbina5 Bomba0 Condensador3 Total100 Gases na chaminé estimativa1 Água de resfriamento no condensador1 Potência líquida de saída 30