Considere uma turbina em que o vapor entra a 2 MPa e
e sai como vapor saturado a 100 kPa . Esta turbina apresenta uma perda de calor de
para o ambiente. Tal processo é possível?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem uma turbina onde o vapor entra com uma pressão de 2 MPa e uma temperatura de 350 °C, e sai como vapor saturado a 100 kPa. Além disso, essa turbina está perdendo 6 kJ/kg de calor para o ambiente. A pergunta é: esse processo é possível? Vamos usar os conceitos de termodinâmica, especificamente a Primeira Lei da Termodinâmica para sistemas abertos (energia), para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender o que a Primeira Lei da Termodinâmica nos diz para uma turbina. Ela basicamente estabelece que a energia fornecida à turbina menos a energia perdida deve ser igual à energia de saída. A equação geral é:
Onde:
- $ h $ é a entalpia,
- $ w_{turbina} $ é o trabalho produzido pela turbina,
- $ q_{perda} $ é a perda de calor.
Passo 3
Nos foi dado que há uma perda de calor de 6 kJ/kg, então $ q_{perda} = 6 $ kJ/kg. Queremos saber se é possível que esse processo ocorra, ou seja, se as condições fornecidas satisfazem a equação da Primeira Lei.
Passo 4
Para verificar isso, precisamos obter os valores de entalpia na entrada e na saída da turbina. Vamos buscar as propriedades termodinâmicas do vapor nas condições dadas:
- Entrada: 2 MPa e 350 °C
- Saída: Vapor saturado a 100 kPa
Usaremos uma tabela de vapor ou um software termodinâmico para encontrar $ h_{entrada} $ e $ h_{saída} $.
Passo 5
Supondo que, ao consultar a tabela de vapor, encontramos:
- $ h_{entrada} = 3116 $ kJ/kg (para 2 MPa e 350 °C)
- $ h_{saída} = 2676 $ kJ/kg (vapor saturado a 100 kPa)
Passo 6
Agora, aplicamos a equação da Primeira Lei:
Resolvendo para $ w_{turbina} $:
Passo 7
O trabalho da turbina calculado é 434 kJ/kg. Agora, precisamos verificar se esse valor é compatível com as condições normais de operação de uma turbina. Geralmente, turbinas a vapor produzem trabalho nessa faixa, então não há um impedimento teórico para esse processo ocorrer.
Resposta
Sim, o processo descrito é possível, com um trabalho da turbina de 434 kJ/kg.