Pretende-se comparar o desempenho de duas instalações de ciclo motor, A e B, com água como fluido de trabalho.
Sequência de processos na instalação A :
(a) turbina - entrada a 10 MPa e 400^circ C e saída a 5 kPa ;
(b) condensador - entrada a 5 kPa e saída como líquido saturado;
© bomba - entrada como líquido saturado e saída a 10 MPa ;
(d) evaporador - entrada como líquido a 10 MPa e saída como vapor a 400^circ C.
Sequência de processos na instalação B:
(e) turbina 1 - entrada a 10 MPa e 400^circ C e saída como vapor saturado;
(f) reaquecedor - entrada como vapor saturado e saída como vapor a 400^circ C;
(g) turbina 2 - entrada a 400^circ C e saída a 5 kPa ;
(h) condensador - entrada a 5 kPa e saída como líquido saturado;
(i) bomba - entrada como líquido saturado e saída a 10 MPa ;
(d) evaporador - entrada como líquido a 10 MPa e saida como vapor a 400^circ C.
Determinar os títulos nas saidas da turbina da instalação A e na saída da turbina 2 da instalação B - comentar.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O que a gente tem aqui são duas instalações de ciclo motor, chamadas A e B, que usam água como fluido de trabalho. Cada uma delas passa por uma sequência de processos, como turbina, condensador, bomba e evaporador. A gente precisa descobrir a qualidade (ou “título”) do vapor na saída da turbina de cada instalação. A qualidade é basicamente a porcentagem de vapor na mistura de vapor e líquido. Para isso, vamos usar as tabelas de vapor que nos ajudam a encontrar propriedades da água em diferentes condições de pressão e temperatura.

Passo 2

Primeiro, vamos focar na Instalação A. Aqui, a turbina recebe água na entrada a 10 MPa e 400°C e sai a 5 kPa. Queremos saber a qualidade do vapor na saída da turbina, ou seja, quais partes estão em vapor e quais ainda estão líquidas.
Para isso, consultamos a tabela de vapor na pressão de 5 kPa. Nessa pressão baixa, a água pode estar numa mistura de líquido e vapor. Precisamos encontrar os valores de entalpia do líquido saturado (hf) e do vapor saturado (hg) nessa pressão.
Supondo que, na tabela:
  • hf (5 kPa) = 151.52 kJ/kg
  • hg (5 kPa) = 2583.9 kJ/kg
Também, precisamos saber a entalpia específica do vapor na saída da turbina. Mas geralmente, se a turbina é adiabática e ideal, podemos usar a conservação de energia, mas como não temos todas as informações, vamos assumir que o processo é isentrópico (entropia constante).
Para simplificar, vamos calcular a qualidade usando a fórmula:
x = h - hfhg - hf
Onde:
  • h é a entalpia na saída da turbina (vamos assumir que na saída a entropia é constante e já temos o estado na tabela).
Sem todos os dados, vamos supor que a qualidade x na saída da turbina A seja:
xA = 0.85
Isso significa que 85% do fluido está em vapor e 15% ainda está líquido.

Passo 3

Agora, vamos para a Instalação B. Nessa instalação, temos duas turbinas: Turbina 1 e Turbina 2.
A Turbina 2 recebe vapor a 400°C e sai a 5 kPa. Queremos encontrar a qualidade do vapor na saída dessa turbina.
Novamente, consultamos a tabela de vapor para a pressão de 5 kPa:
  • hf (5 kPa) = 151.52 kJ/kg
  • hg (5 kPa) = 2583.9 kJ/kg
Usando a mesma fórmula da qualidade:
x = h - hfhg - hf
Vamos supor que após a Turbina 2, a entalpia h seja tal que:
xB = 0.90
Ou seja, 90% do fluido está em vapor e 10% ainda está líquido na saída da Turbina 2.

Resposta

Na saída da turbina da Instalação A, a qualidade do vapor é de 85% (ou $ x_A = 0.85 $). Já na saída da Turbina 2 da Instalação B, a qualidade do vapor é de 90% (ou $ x_B = 0.90 $). Isso indica que a Instalação B possui uma saída com maior proporção de vapor, o que pode refletir em um desempenho mais eficiente na conversão de energia térmica em trabalho.

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