Ciclo Rankine  Exemplo 2

 Determine o rendimento de um ciclo Rankine, que utiliza água como fluido de trabalho, considerando que:

•           A pressão no condensador é de 10 kPa;

•           A pressão na caldeira é de 4 MPa;

•           A temperatura do vapor na saída da caldeira é 400°C.

Solução

Aplicando os valores numéricos, teremos que:

1. Bomba

Dada a pressão de 10 kPa e considerando a água como líquido saturado (x=0), obtemos a partir do programa que:

Temperatura (°C)	Pressão (MPa)	Volume Específico (m3/kg)	Entalpia Específica (kJ/kg)	Estado
45,81	0,01	0,001010	191,8	X=0

 

        O trabalho da bomba e as entalpias calculadas serão:

2. Caldeira

A entalpia na saída da caldeira é obtida a partir do programa conforme a Tabela abaixo:

Temperatura (°C)	Pressão (MPa)	Volume Específico (m3/kg)	Entalpia Específica (kJ/kg)	Entropia Específica (kJ/kg/K)	Estado
400	4	0,07341	3214	6,769	Fluido Denso T>Tc

A partir deste valor, o calor injetado pela caldeira será igual a:

3. Turbina

O estado na entrada da turbina já foi determinado acima. Portanto, o estado na saída será dado, a partir da pressão e da entropia específica, por:

Temperatura (°C)	Pressão (MPa)	Volume Específico (m3/kg)	Entalpia Específica (kJ/kg)	Entropia Específica (kJ/kg/K)	Estado
45,81	0,01	11,97	2144	6,769	x=0,8159

A partir desses dados, o trabalho realizado pela turbina será igual a:

4. Condensador

Os estados na entrada e saída do condensador já estão determinados. Portanto, o calor retirado pelo condensador será igual a:

Finalmente, o rendimento será igual a:

O rendimento do ciclo de Carnot equivalente é igual a:

Conclusões       

• O rendimento aumentou apenas 16,5% para um aumento de 100% na pressão e de 88% na temperatura do vapor.
• O título na saída da turbina aumentou 7,5%.