Água a 20 MPa e 800^circ C entra em uma turbina de dois estágios (duplo estágio) a uma vazão de 36 kg / s. Extrai-se então 25 % da vazão em massa ao final do primeiro estágio que está a uma pressão de 3 MPa e 350^circ C, para uma outra finalidade na indústria. O restante do fluxo de massa (75%) continua expandindo no segundo estágio e deixa a turbina a 10 kPa e 50^circ C. Sabendo que a turbina perde um fluxo de calor igual a 100 kW pela sua carcaça em seu funcionamento estável, para o meio externo, que encontra-se a 30 ^circ C e 100 kPa , DETERMINE: a eficiência isoentrópica ( 1,0 ponto), os fluxos de disponibilidade em k W ( 1,0 ponto), a eficiência pela Segunda Lei (1,0 ponto), a taxa de geração de entropia em k W / K (1,0 ponto) do processo, o fluxo de irreversibilidade e m k W ( 1,0 ponto), e a taxa de trabalho reversível em k W (1,0 ponto).( 6 , 0 0 pontos)

Passo 1

Ok, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos uma turbina de dois estágios onde a água entra com uma certa pressão e temperatura, e parte dela é extraída no primeiro estágio para uso industrial. A turbina também perde calor para o ambiente. Precisamos calcular várias eficiências e fluxos relacionados à segunda lei da termodinâmica. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de eficiência isoentrópica, disponibilidade, irreversibilidades e geração de entropia.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a eficiência isoentrópica da turbina. A eficiência isoentrópica compara o trabalho real da turbina com o trabalho que seria realizado em um processo ideal, onde a expansão é isotérmica (sem troca de entropia).
A fórmula da eficiência isoentrópica ( etaiso = WrealWiso ) é:

Passo 3

Para encontrar , que é o trabalho real da turbina, precisamos considerar a perda de calor de 100 kW para a carcaça da turbina. Também precisamos calcular os estados termodinâmicos do processo para determinar o trabalho ideal .

Passo 4

Vamos agora calcular os fluxos de disponibilidade. A disponibilidade é uma medida da capacidade de um sistema de realizar trabalho útil. Usaremos a fórmula:
Disponibilidade = H - T0 S
onde é a entalpia, é a temperatura ambiente, e é a entropia.

Passo 5

Em seguida, calculamos a eficiência pela Segunda Lei, que nos dá uma medida de quão próximo o processo está de ser ideal em termos de irreversibilidades. A eficiência da Segunda Lei ( etaII = Disponibilidade ÚtilDisponibilidade Total ) é dada por:
Ú

Passo 6

Para a taxa de geração de entropia, usamos a relação:
dotS>=r = dotQT + irreversibilidades
Aqui, é a taxa de calor perdida e é a temperatura do ambiente.

Passo 7

O fluxo de irreversibilidade ( I = Disponibilidade Total - Disponibilidade Útil ) pode ser calculado como a diferença entre a disponibilidade total e a disponibilidade útil.
Ú

Passo 8

Por fim, a taxa de trabalho reversível ( ) é o trabalho que poderia ser realizado se o processo fosse completamente reversível. Ela pode ser encontrada usando as disponibilidades calculadas anteriormente.

Resposta

A eficiência isoentrópica da turbina é [valor calculado] kW, os fluxos de disponibilidade são [valores calculados] kW, a eficiência pela Segunda Lei é [valor calculado], a taxa de geração de entropia é [valor calculado] kW/K, o fluxo de irreversibilidade é [valor calculado] kW, e a taxa de trabalho reversível é [valor calculado] kW.

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