6.4 Ar a 500 K e 500 kPa é expandido até 100 kPa em dois processos estacionários. O primeiro equipamento é um bocal e o segundo é uma turbina; ambos descarregam o fluido no mesmo estado. O que você pode dizer a respeito do trabalho específico
na turbina em comparação com a energia cinética específica da corrente de descarga do bocal?
na turbina em comparação com a energia cinética específica da corrente de descarga do bocal?
Passo 1
O enunciado diz que ar ideal (argon) entra em dois aparelhos de escoamento estacionário nas mesmas condições iniciais (
,
) e sai em ambos a
e mesma temperatura de descarga
. O primeiro aparelho é um bocal (nozzle), que converte entalpia em energia cinética, e o segundo é uma turbina, que converte entalpia em trabalho. Para resolver precisamos do balanço de energia de fluxo estacionário, sem trocas de calor nem variação de energia potencial.
Passo 2
Balanço de energia para o bocal, desprezando trabalho e calor:
Normalmente
é pequeno e pode ser desprezado, então
Passo 3
Balanço de energia para a turbina, desprezando energia cinética nas entradas e saídas e calor:
onde
é o trabalho específico extraído. Logo
Passo 4
Como em ambos os casos o fluido parte de
e chega a
, a queda de entalpia
é a mesma. Do passo anterior vemos que
isto é, o trabalho específico da turbina é igual à energia cinética específica obtida na descarga do bocal.
Resposta
O trabalho específico na turbina é igual à energia cinética específica da corrente de descarga do bocal.