9.70 Ar entra em uma turbina a gás a
e se expande até 100 kPa em dois estágios. Entre os estágios, o ar é reaquecido até 1200 K a uma pressão constante de 350 kPa . A expansão em cada estágio da turbina é isentrópica. Determine, em kJ por kg de ar em escoamento,
(a) o trabalho desenvolvido em cada estágio.
(b) a transferência de calor para o processo de reaquecimento.
(c) o aumento no trabalho líquido quando comparado a um único estágio de expansão sem reaquecimento.
(a) o trabalho desenvolvido em cada estágio.
(b) a transferência de calor para o processo de reaquecimento.
(c) o aumento no trabalho líquido quando comparado a um único estágio de expansão sem reaquecimento.
Passo 1
O enunciado trata de ar como gás ideal com propriedades médias constantes, passando por duas expansões isentrópicas em turbina (de
kPa a
kPa e de
kPa a
kPa), com reaquecimento intermédio de
até
K a
kPa. Precisamos aplicar a relação isentrópica e usar
e
. Vamos encontrar as temperaturas de saída e, a partir delas, o trabalho de cada estágio, o calor de reaquecimento e comparar com uma expansão única de
kPa a
kPa.
Passo 2
Para o primeiro estágio, da condição 1 (
kPa,
K) à condição 2 (
kPa) em processo isentrópico:
Passo 3
O trabalho desenvolvido no primeiro estágio é
Passo 4
O reaquecimento ocorre de
K até
K a pressão constante de
kPa, logo
Passo 5
No segundo estágio, expande-se de
kPa e
K até
kPa, isentrópico:
Passo 6
O trabalho do segundo estágio é
Passo 7
Para comparação, na expansão única de
kPa a
kPa,
Passo 8
O trabalho líquido em dois estágios (sem contar o reaquecimento) é
O aumento relativo à expansão única é
Resposta
(a)
,
(b)
(c)
(b)
(c)