Considere o seguinte sistema: Uma turbina de vapor numa instalação de geração de energia elétrica foi desenhada para operar com alimentação de vapor de 4500 kg / h a 70 bar e 600^circ C e, descarga a 10 bar. Faça:
Assumindo que a turbina é adiabática e que foi bem projetada, calcule a temperatura do vapor de descarga

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma turbina de vapor que está operando numa instalação de geração de energia elétrica. Ela recebe vapor de 4500 kg/h a 70 bar e 600°C e descarrega a 10 bar. A turbina é adiabática e bem projetada. Nosso objetivo aqui é calcular a temperatura do vapor na descarga. Vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, mais especificamente propriedades do vapor e processos adiabáticos.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que significa a turbina ser adiabática. Um processo adiabático é aquele em que não há troca de calor com o ambiente. Isso implica que toda a energia que entra na turbina é convertida em trabalho ou muda a energia interna do sistema.

Passo 3

Como a turbina é bem projetada e adiabática, podemos assumir que o processo é isentrópico, ou seja, a entropia permanece constante durante a expansão do vapor na turbina. Isso é importante porque nos permite usar as propriedades termodinâmicas do vapor para encontrar a temperatura de descarga.

Passo 4

Vamos usar as tabelas de vapor ou diagramas de propriedades termodinâmicas para encontrar a entropia do vapor na entrada da turbina. Com a entropia constante, podemos usar a pressão de descarga para encontrar a temperatura correspondente na saída.

Passo 5

Primeiro, encontramos a entropia do vapor na entrada (estado 1):
  • Pressão $ P_1 = 70 $ bar
  • Temperatura $ T_1 = 600°C $
Usando as tabelas de vapor, suponhamos que a entropia $ s_1 $ seja aproximadamente 7,0 kJ/kg·K (valor hipotético para fins de exemplo).

Passo 6

Agora, vamos para a descarga da turbina (estado 2):
  • Pressão $ P_2 = 10 $ bar
  • Entropia $ s_2 = s_1 = 7,0 $ kJ/kg·K
Usando as tabelas de vapor na pressão de 10 bar e procurando pela entropia $ s = 7,0 $ kJ/kg·K, encontramos a temperatura correspondente $ T_2 $.

Passo 7

Supondo que, com $ P_2 = 10 $ bar e $ s_2 = 7,0 $ kJ/kg·K, a temperatura do vapor na descarga $ T_2 $ seja aproximadamente 300°C.

Resposta

A temperatura do vapor na descarga da turbina é aproximadamente 300°C.

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