Um teste operacional de uma turbina a vapor produz os resultados a seguir. Com o vapor d’água fornecido à turbina a 1300 kPa e (370°C), a exaustão é vapor saturado a 10 kPa . Admitindo operação adiabática e variações nas energias cinética e potencial desprezíveis, determine a eficiência da turbina, e isto é, a razão entre o trabalho real da turbina e o trabalho de uma turbina operando isentropicamente das mesmas condições iniciais até a mesma pressão de exaustão.
Passo 1
Resumo do enunciado: temos uma turbina que recebe vapor d’água em
e
e exaure vapor saturado a
. O processo é adiabático e desprezamos variações de energia cinética e potencial.
Conteúdo necessário: usar a 1ª lei de termodinâmica para fluxo permanente (o trabalho por unidade de massa é a queda de entalpia) e comparar o trabalho real com o trabalho isentrópico (mesma queda de pressão mas mantendo a entropia constante). Vamos precisar de propriedades de vapor nas tabelas (entalpia e entropia
em superaquecido e saturado).
Conteúdo necessário: usar a 1ª lei de termodinâmica para fluxo permanente (o trabalho por unidade de massa é a queda de entalpia) e comparar o trabalho real com o trabalho isentrópico (mesma queda de pressão mas mantendo a entropia constante). Vamos precisar de propriedades de vapor nas tabelas (entalpia
Passo 2
Propriedades no estado 1 (superaquecido em
,
). Consultando tabela de vapor superaquecido para
e
, obtemos aproximadamente
Passo 3
Propriedades reais no estado 2 (saturado a
, vapor seco). Da tabela de vapor saturado em
temos
O trabalho real por quilo de vapor é
Passo 4
Propriedades isentrópicas no estado 2s (mesma pressão
, mas
). Em
a tabela de saturado dá
Calculamos a qualidade isentrópica
por
Então a entalpia isentrópica de exaustão é
O trabalho ideal (isentrópico) por quilo é
Passo 5
A eficiência da turbina é a razão entre o trabalho real e o trabalho isentrópico:
Resposta
A eficiência da turbina é de aproximadamente
.