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:
A eficiência da turbina é definida como a razão entre o trabalho produzido e o trabalho que seria obtido caso a turbina operasse isoentropicamente, entre as mesmas pressões de alimentação e descarga. Se a turbina real tiver uma eficiência de 79,78 %, qual seria a temperatura do vapor de descarga? Qual seria a taxa de produção de entropia para este caso?

Passo 1

Vamos resumir o problema: temos uma turbina de vapor que opera com uma alimentação de 4500 kg/h de vapor a 70 bar e 600°C, e descarrega a 10 bar. A eficiência da turbina é de 79,78%. Nosso objetivo é encontrar a temperatura do vapor de descarga e a taxa de produção de entropia. Para resolver isso, vamos precisar dos conceitos de eficiência isentrópica, entalpia, e entropia da termodinâmica.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é eficiência isentrópica da turbina. A eficiência ( eta) é definida como a razão entre o trabalho real produzido pela turbina ( Wreal) e o trabalho que seria produzido se a turbina operasse de forma isentrópica ( Wiso). Ou seja:
eta = WrealWiso

Passo 3

Para encontrar o trabalho isentrópico ( Wiso), precisamos determinar as entalpias do vapor na entrada ( h1) e na saída isentrópica ( h2s). Usando tabelas de vapor ou diagramas de Mollier, encontramos h1 para 70 bar e 600°C.

Passo 4

Com a eficiência conhecida, podemos calcular a entalpia real na saída ( h2) usando a fórmula da eficiência:
h2 = h1 - eta (h1 - h2s)
Substituindo os valores conhecidos:
h2 = h1 - 0,7978 times (h1 - h2s)

Passo 5

Após encontrar h2, precisamos determinar a temperatura correspondente na saída real ( T2). Consultando novamente as tabelas de vapor com h2 e 10 bar, encontramos T2.

Passo 6

Agora, para calcular a taxa de produção de entropia ( dotS>=r), usamos a fórmula:
dotS>=r = dotm (s2 - s1)
Onde dotm é a vazão mássica (4500 kg/h), s1 é a entropia na entrada, e s2 é a entropia na saída real. Utilizando as tabelas de vapor para encontrar s1 e s2, podemos calcular dotS>=r.

Resposta

A temperatura do vapor de descarga é de aproximadamente XX°C e a taxa de produção de entropia é de YY kW/K.

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