Numa termelétrica instalada na cidade de Cubatão-SP, vapor dágua entra em uma turbina, operando em regime permanente, na condição de 10 MPa, 600 ^circ C e uma vazão volumétrica de 0,36 m^3 / s, e sai da máquina com 0,1 bar e um título de 92 %. Os efeitos de energia cinética e potencial, bem como perdas de calor, podem ser desprezados. Considerando que estes são dados de funcionamento da máquina, determine para esta turbina:
a) propriedades nos estados (transcreva-a para sua folha de respostas)
Entalpia específica Entropia específica Título
Estado 1
Estado 2
Estado 2s

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos uma turbina numa termelétrica de Cubatão-SP onde o vapor de água entra na turbina a 10 MPa e 600 °C, com uma vazão volumétrica de 0,36 m³/s. Ele sai da turbina a 0,1 bar com um título de 92%. Nosso objetivo aqui é preencher uma tabela com as propriedades termodinâmicas nos Estados 1, 2 e 2s, especificamente a entalpia específica, a entropia específica e o título. Vamos precisar utilizar tabelas de vapor e entender um pouco de termodinâmica de processos em turbinas.

Passo 2

Primeiro, vamos determinar as propriedades no Estado 1, que é a entrada da turbina.
  • Pressão (P₁): 10 MPa
  • Temperatura (T₁): 600 °C
Para achar a entalpia específica (h₁) e a entropia específica (s₁) nessa condição, consultamos as tabelas de vapor super-aquecido. Para 10 MPa e 600 °C, os valores aproximados são:
  • h₁ ≈ 3650 kJ/kg
  • s₁ ≈ 6,6 kJ/(kg·K)

Passo 3

Agora, vamos para o Estado 2, que é a saída real da turbina.
  • Pressão (P₂): 0,1 bar
  • Título (x₂): 92%
O título nos diz a fração do vapor que está na fase gasosa. Com 92%, temos 8% de líquido. Consultando as tabelas de vapor para 0,1 bar:
  • Entalpia da fase líquida (h_f) ≈ 191,81 kJ/kg
  • Entalpia da fase vapor (h_g) ≈ 2583,9 kJ/kg
  • Entropia da fase líquida (s_f) ≈ 0,6492 kJ/(kg·K)
  • Entropia da fase vapor (s_g) ≈ 8,1503 kJ/(kg·K)
Calculamos a entalpia e entropia no Estado 2 usando o título:
h2 = hf + x2 times (hg - hf) = 191,81 + 0,92 times (2583,9 - 191,81) approx 2390 , kJ/kg
s2 = sf + x2 times (sg - sf) = 0,6492 + 0,92 times (8,1503 - 0,6492) approx 7,55 , kJ/(kg·K)

Passo 4

Por fim, vamos determinar as propriedades no Estado 2s, que seria a saída se o processo fosse isentrópico (sem troca de entropia).
  • Pressão (P₂s): 0,1 bar
  • Entropia (s₂s): igual a s₁ = 6,6 kJ/(kg·K)
Com s₂s = 6,6 kJ/(kg·K) e P = 0,1 bar, calculamos o título (x₂s) usando:
x2s = s2s - sfsg - sf = 6,6 - 0,64928,1503 - 0,6492 approx 0,793 , (79,3%)
Então, a entalpia no Estado 2s será:
h2s = hf + x2s times (hg - hf) = 191,81 + 0,793 times (2583,9 - 191,81) approx 2089 , kJ/kg

Resposta

Aqui está a tabela preenchida com as propriedades nos diferentes estados da turbina:
Entalpia específica (h) [kJ/kg] Entropia específica (s) [kJ/(kg·K)] Título (x) [%]
Estado 1 3650 6,6 -
Estado 2 2390 7,55 92%
Estado 2s 2089 6,6 79,3%

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