Trabalho da Bomba (Rankine)
Calcula o trabalho específico consumido pela bomba de um ciclo Rankine, w_bomba = v × (P₂ − P₁), multiplicando o volume específico do líquido (m³/kg, praticamente o da água, ~0,001) pelo aumento de pressão da bomba (kPa). O resultado, em kJ/kg, é a energia gasta para pressurizar o condensado antes da caldeira. Como o líquido é quase incompressível, esse trabalho é muito pequeno comparado ao da turbina — daí o ciclo Rankine usar líquido na bomba (e não vapor, como no ciclo de Carnot a gás), o que reduz drasticamente o trabalho reverso. Informe o volume específico e as pressões de saída e entrada da bomba.
Resultado
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Trabalho da bomba (ciclo Rankine)
No ciclo Rankine, antes de entrar na caldeira a água condensada precisa ser pressurizada pela bomba de alimentação. O trabalho específico gasto nisso é w_bomba = v × (P₂ − P₁): o volume específico do líquido v (m³/kg, cerca de 0,001 para a água) multiplicado pelo aumento de pressão (P₂ − P₁), em kPa, resultando em kJ/kg. A fórmula vale porque o líquido é praticamente incompressível — seu volume quase não muda ao ser comprimido, então o trabalho reversível é simplesmente volume vezes variação de pressão. A grande sacada do ciclo Rankine está justamente aqui: como bombear líquido consome pouquíssima energia (o volume específico é minúsculo), o trabalho da bomba é desprezível perto do que a turbina produz. Se comprimíssemos vapor (gás), com volume específico centenas de vezes maior, o trabalho seria enorme — é por isso que o ciclo Rankine condensa o vapor totalmente antes de pressurizar, em vez de seguir um ciclo de Carnot a dois fluidos. Informe o volume específico e as pressões de saída e entrada da bomba.
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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.
Conversor Boost (Elevador)
Calcula a tensão de saída de um conversor CC-CC boost (elevador) em condução contínua, V_out = V_in ÷ (1 − D), a partir da tensão de entrada V_in e do ciclo de trabalho D (0 a 1). O resultado, em volts, é sempre maior que a entrada — o conversor boost eleva a tensão armazenando energia em um indutor e liberando-a em série com a fonte. Conforme D se aproxima de 1, a saída tende ao infinito (limitada pelas perdas reais). É usado em fontes que precisam elevar tensão (LEDs, baterias, correção de fator de potência) e em sistemas fotovoltaicos. Informe a tensão de entrada e o ciclo de trabalho.
Conversor Buck (Abaixador)
Calcula a tensão de saída de um conversor CC-CC buck (abaixador) em condução contínua, V_out = D × V_in, a partir do ciclo de trabalho D (0 a 1) e da tensão de entrada V_in. O resultado, em volts, é sempre menor ou igual à entrada — o conversor buck reduz a tensão de forma eficiente (sem dissipar o excesso, ao contrário de um regulador linear), chaveando rapidamente e filtrando com indutor e capacitor. Variar o ciclo de trabalho ajusta a saída de 0 a V_in. É a topologia mais comum em fontes chaveadas e reguladores de ponto de carga. Informe o ciclo de trabalho e a tensão de entrada.
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