3ª LISTA DE EXERCÍCIOS – MÁQUINAS TÉRMICAS A VAPOR
CICLO RANKINE SIMPLES
1. Considere uma usina a vapor operando no ciclo Rankine ideal. O vapor
superaquecido entra na turbina a 15 MPa e 600°C, após é resfriado até liquido
saturado no condensador a uma pressão de 10 kPa.
Determine:
a. Trabalho produzido na turbina. R: 1477,62 KJ/Kg
b. Calor gerado na caldeira. R: 3375,78 KJ/Kg
c. Trabalho fornecido para a bomba. R: 15,51 KJ/Kg
d. Calor cedido no condensador. R: 1913,67 KJ/kg
e. Eficiência térmica desta usina. R: 43,3%
2. Considere uma planta de potência onde o vapor superaquecido entra na turbina
a 10 MPa e 500°C, após é resfriado até liquido saturado no condensador a uma
pressão de 30 kPa. Determine:
a. O título do vapor na saída da turbina. R: 0,82
b. A eficiência térmica do ciclo. R: 37,7%
3. Considerando uma planta de energia solar com um ciclo Rankine que usa água
como fluido de trabalho. O vapor saturado sai do coletor solar (solar collector) a
175°C e 5 MPa, é resfriado até liquido saturado no condensador a uma pressão
de 10kPa. Determine:
a. Trabalho produzido na turbina. R: 927,93 KJ/Kg
b. Calor gerado na caldeira. R: 2596,86 KJ/Kg
c. Trabalho fornecido para a bomba. R: 5,53 KJ/Kg
d. Calor cedido no condensador. R: 1674,46 KJ/kg
e. Eficiência térmica desta usina. R: 35,5%
4. Um ciclo real de Rankine utiliza vapor como fluido de trabalho. O vapor
superaquecido entra em uma turbina a 8 MPa e 550°C e no condensador
encontra-se líquido saturado a uma pressão de 7,5 kPa. Determine:
a. Trabalho produzido na turbina. R: 1380,75 KJ/Kg
b. Calor gerado na caldeira. R: 3347,6 KJ/Kg
c. Trabalho fornecido para a bomba. R: 5,45 KJ/Kg
d. Calor cedido no condensador. R: 1972,3 KJ/kg
e. Eficiência térmica do ciclo. R: 41,08%
CICLO RANKINE COM REAQUECIMENTO E REGENERAÇÃO
5. Considere uma usina a vapor operando no ciclo Rankine de reaquecimento ideal.
O vapor superaquecido entra na turbina de alta pressão a 15 MPa e 600°C,
expande até 5 MPa, retorna então para a caldeira onde é reaquecido até a
temperatura de 600°C entrando novamente na turbina de média pressão. No
condensador é transformado em líquido saturado a uma pressão de 10 kPa.
Determine:
a. Título na saída da turbina de alta pressão. R: 1,23
b. Título na saída da turbina de média pressão. R: 0,88
c. A eficiência térmica do ciclo. R: 45,6%
6. Considere uma usina a vapor operando no ciclo regenerativo ideal de Rankine
com um aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor superaquecido
entra na turbina a 15 MPa e 600°C e é transformado em líquido saturado no
condensador a uma pressão de 10 kPa. Algum vapor superaquecido sai da
turbina a uma pressão de 1,2 MPa e entra no aquecedor de água de alimentação
aberto. Considere que o fluxo de massa do sistema é 𝑚̇ 3 = 35 𝑘𝑔/𝑠. Determine:
a. Fluxo de massa de vapor saindo da turbina (𝑚̇ 6 ). R: 7,95 kg/s
b. Fluxo de massa de liquido saturado saindo do condensador (𝑚̇ 2 ). R: 27,05 kg/s
c. A eficiência térmica do ciclo. R: 47,2%.
7. Considere um ciclo de com reaquecimento que utiliza água como fluido de
trabalho. O vapor superaquecido deixa a caldeira e entra na turbina a 5 MPa e
400°C. O vapor expande até 500 kPa na turbina de alta pressão, é reaquecido até
400°C e então expande novamente na turbina de baixa pressão até 5 kPa.
Determine:
a. Título na saída da turbina de alta pressão. R: 0,96
b. Título na saída da turbina de baixa pressão. R: 0,92
c. A eficiência térmica do ciclo. R: 39,1%
8. Uma usina de potência a vapor opera em um ciclo Rankine regenerativo ideal
com um aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor superaquecido
entra na turbina a 10 MPa e 600°C e é transformado em líquido saturado no
condensador a 5 kPa. Algum vapor superaquecido sai da turbina a uma pressão
de 600 kPa e entra no aquecedor de água de alimentação aberto. Considere que
o fluxo de massa do sistema é 𝑚̇ 3 = 22 𝑘𝑔/𝑠. Determine:
a. Fluxo de massa de vapor saindo da turbina (𝑚̇ 6 ). R: 4,36 kg/s
b. Fluxo de massa de liquido saturado saindo do condensador (𝑚̇ 2 ). R: 17,64 kg/s
c. A eficiência térmica do ciclo. R: 39,9%