Questão 3. Uma turbina é alimentada com vapor d’água a
e fluxo de 5
. O vapor é descarregado da turbina a
e com título de
. Qual a potência que poderia ser obtida nessa turbina?
corresponde aos 3 últimos dígitos do número UFSCar.
Passo 1
Dados fornecidos:
Pressão de entrada:
(ou seja
).
Temperatura de entrada:
.
Vazão mássica:
.
Pressão de saída:
(valor não informado explicitamente).
Título (qualidade) do vapor na saída:
(ou seja
vapor seco).
O que o enunciado pede:
Calcular a potência que poderia ser obtida na turbina (potência disponível) para a expansão do vapor desde o estado de entrada até o estado de saída descrito acima.
Calcular a potência que poderia ser obtida na turbina (potência disponível) para a expansão do vapor desde o estado de entrada até o estado de saída descrito acima.
Passo 2
Conceitos essenciais (explicados de modo prático e direto):
- Entalpia específica
(unidade típica ): é a energia por unidade de massa que o fluido transporta útil para trabalho em escoamentos. Em turbinas, a potência útil teórica é diretamente dada pela variação de entalpia entre entrada e saída multiplicada pela vazão mássica. - Título (qualidade)
: fração em massa vapor (do vapor saturado) na mistura líquido–vapor. Se , então da massa está em vapor e em líquido. - Propriedades saturadas à pressão
: tabelas fornecem (entalpia do líquido saturado) e (entalpia do vapor saturado). A entalpia latente é . Para uma mistura de qualidade a entalpia é
Passo 3
Fórmula da potência disponível na turbina (passo fundamental — memorize!):
A potência (taxa de trabalho) produzida é dada por
A potência (taxa de trabalho) produzida é dada por
onde
tem unidade
se
está em
e
em
.
Definições aqui: = entalpia específica do vapor na entrada (
);
= entalpia específica do vapor de saída (na pressão
com título
).
Definições aqui:
Passo 4
Como obter
(estado superaquecido): passo a passo prático
- Vá à tabela de vapor (tabelas de vapor d’água — seção “superheated steam”) e localize a tabela para a pressão
(ou 4000 kPa). - Na linha correspondente a
leia diretamente . - Se a tabela não tiver exatamente
, procure as pressões mais próximas e faça interpolação linear entre elas: se tiver valores e , a interpolação para é
Expliquei isso porque às vezes as tabelas usam passos de pressão e aí é preciso interpolar; na maioria das tabelas industriais existe a entrada para
e a leitura é direta.
Passo 5
Como obter
(estado saturado com qualidade
):
- Vá à tabela de propriedades saturadas (tabela de saturação) e localize a linha cuja pressão é
. Se as tabelas estiverem por temperatura, primeiro converta para a temperatura de saturação correspondente a . - Leia
e nessa pressão. Calcule . - A entalpia do escoamento na saída é
Observação prática: se a tabela só der
e
por temperatura, você pode usar a temperatura de saturação correspondente à pressão
.
Passo 6
Juntando tudo — expressão final prontinha para uso
Substituindo em com
e
da mistura:
Substituindo em
onde
e
. Se as entalpias estiverem em
, o resultado vem em
.
Passo 7
Como exatamente você faz na prova (passo-a-passo para não se enrolar):
- Olhe na tabela superaquecido para
e e copie (em ). - Olhe na tabela saturada para
e copie e . Calcule . - Calcule
. - Calcule
. Coloque unidades: . Se quiser em , divida por . - Dica prática: mantenha 2 casas decimais para entalpias conforme a tabela; não invente valores — use a tabela que o seu exame/tabela fornecem.
Passo 8
Observação final importante (por que não dei um número pronto)
O enunciado pede um valor numérico da potência, mas o valor de não foi explicitado aqui — ele depende dos “3 últimos dígitos do número UFSCar” que você mencionou e que eu não tenho. Sem esse número não é possível obter
e
e, portanto, não é possível calcular a potência numérica. Assim, coloquei a fórmula pronta e os passos para você aplicar assim que tiver o valor de
. Se você colar aqui o valor de
(por exemplo
ou outro), eu faço a conta numérica completa.
O enunciado pede um valor numérico da potência, mas o valor de