Eficiência do Ciclo Rankine
Calcula a eficiência térmica de um ciclo Rankine, η = (w_turbina − w_bomba) ÷ q_caldeira × 100%, dividindo o trabalho líquido (trabalho da turbina menos o consumido pela bomba) pelo calor fornecido na caldeira, todos em kJ/kg. O ciclo Rankine é a base das usinas termelétricas a vapor: a água é bombeada, aquecida e vaporizada na caldeira, expande na turbina gerando trabalho e condensa de volta. O resultado, em %, mede quanto do calor da caldeira vira trabalho útil; ciclos reais ficam em 30–45%. Informe o trabalho da turbina, o trabalho da bomba e o calor da caldeira.
Resultado
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Eficiência do ciclo Rankine
O ciclo Rankine é o ciclo termodinâmico das usinas termelétricas a vapor — a carvão, a óleo, a biomassa ou nucleares. Ele tem quatro etapas: a bomba pressuriza a água líquida; a caldeira aquece e vaporiza essa água a alta pressão; a turbina expande o vapor, produzindo trabalho; e o condensador resfria o vapor de volta a líquido. A eficiência térmica é a razão entre o que se ganha e o que se gasta: η = (w_turbina − w_bomba) ÷ q_caldeira × 100%. O numerador é o trabalho líquido — o trabalho bruto da turbina menos a parcela consumida pela bomba (que é pequena, pois bombear líquido custa pouco). O denominador é o calor fornecido na caldeira. O resultado diz quanto do calor investido virou trabalho aproveitável; o restante é rejeitado no condensador (imposição da segunda lei da termodinâmica). Ciclos reais ficam em 30–45%; superaquecimento, reaquecimento e regeneração elevam esse valor. Informe o trabalho da turbina, o da bomba e o calor da caldeira.
Ferramentas Relacionadas
Potência de Turbina a Vapor
Calcula a potência mecânica gerada por uma turbina a vapor, P = ṁ × (h₁ − h₂), multiplicando a vazão mássica de vapor (kg/s) pela queda de entalpia entre a entrada e a saída da turbina (kJ/kg). O resultado, em kW, é a potência de eixo entregue ao gerador, considerando a expansão do vapor de alta pressão e temperatura até a pressão do condensador. É o cálculo central no dimensionamento de termelétricas e cogeração: quanto maior a queda de entalpia (maior pressão/temperatura de entrada e menor pressão de saída), maior a potência por kg de vapor. Informe a vazão de vapor e as entalpias de entrada e saída.
Eficiência de Ciclo Combinado
Calcula a eficiência de um ciclo combinado gás-vapor, η_cc = η_gás + η_vapor − (η_gás × η_vapor ÷ 100), combinando a eficiência da turbina a gás (ciclo Brayton, topping) com a do ciclo a vapor (Rankine, bottoming) que aproveita o calor dos gases de exaustão. O resultado, em %, é maior que qualquer um dos ciclos isolados porque o calor rejeitado pela turbina a gás, em vez de ser perdido, gera vapor para uma segunda turbina. É por isso que as centrais de ciclo combinado modernas superam 60% de eficiência, as mais altas da geração térmica. Informe as eficiências do ciclo a gás e do ciclo a vapor (em %).
Back Work Ratio (BWR)
Calcula a razão de trabalho reverso (back work ratio, BWR) de um ciclo de potência, BWR = w_compressor ÷ w_turbina, dividindo o trabalho consumido pelo compressor (ou bomba) pelo trabalho bruto produzido pela turbina. O resultado (adimensional) mostra que fração do trabalho da turbina é reinvestida para comprimir o fluido. Em turbinas a gás (ciclo Brayton) o BWR é alto (0,4–0,6), pois comprimir gás custa caro; em ciclos Rankine a vapor é minúsculo (~0,01), pois bombear líquido é barato. Um BWR alto torna o ciclo sensível às eficiências dos componentes. Informe o trabalho do compressor e o da turbina.
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