Água a 15 MPa e entra em uma turbina de dois estágios (duplo estágio) a uma vazão de . Extrai-se então 30% da vazão em massa ao final do primeiro estágio que está a uma pressão de , para uma outra finalidade na indústria. O restante do fluxo de massa ( ) continua expandindo no segundo estágio e deixa a turbina a 15 kPa e título . Sabendo que a turbina perde um fluxo de calor igual a 90 kW pela sua carcaça em seu funcionamento estável, DETERMINE o trabalho realizado em .
Passo 1
Beleza, vou resumir o que temos: água entra na turbina a 15 MPa e 680 °C com 30 kg/s. No fim do primeiro estágio, que trabalha a 1,6 MPa e 350 °C, a gente extrai 30 % da massa (ou seja, 9 kg/s). O resto (21 kg/s) vai pro segundo estágio e sai a 15 kPa com título 90 %. A turbina ainda perde 90 kW de calor pra carcaça.
Matéria: Termodinâmica – 1ª lei para regime estacionário em volume de controle. Vamos precisar de entalpias em cada ponto (tabela de vapor) e usar balanço de energia: entrada de entalpia + calor – saídas de entalpia = trabalho.
Passo 2
Calcular as vazões de massa em cada trecho:
– Entrada total:
– Extração após 1º estágio (30 %):
– Fluxo restante pro 2º estágio (70 %):
Passo 3
Determinar as entalpias em cada estado, usando tabela de vapor:
Entrada (15 MPa, 680 °C):
Saída do 1º estágio / extração (1,6 MPa, 350 °C):
Saída do 2º estágio (15 kPa, x=0{,}9):
– entalpia do líquido saturado:
– entalpia de vaporização:
Passo 4
Aplicar a 1ª lei pro conjunto da turbina (regime estacionário):
Como perde 90 kW de calor pra carcaça, dot W = 30times3620 - 9times3115 - 21times2345,3 - 90 . Substituindo: