Uma turbina a vapor d’água opera adiabaticamente em um nível de potência de 3500 kW . O vapor d’água entra na turbina a 2400 kPa e
e sai da turbina como vapor saturado a 20 kPa . Qual é a vazão de vapor que atravessa a turbina e qual é a sua eficiência
Passo 1
Beleza, vamos ver o que o enunciado pede:
– É uma turbina a vapor que funciona de forma adiabática (ou seja, sem troca de calor com o ambiente), produzindo 3500 kW de potência.
– O vapor entra a 2400 kPa e 500 °C e sai como vapor saturado a 20 kPa.
Conteúdo envolvido: 1ª lei da Termodinâmica para fluxo estacionário (turbinas), entalpia do vapor, e definição de eficiência isentrópica. Para resolver a gente vai precisar das propriedades termodinâmicas do vapor (tabelas) e das fórmulas de balanço de energia e rendimento.
– É uma turbina a vapor que funciona de forma adiabática (ou seja, sem troca de calor com o ambiente), produzindo 3500 kW de potência.
– O vapor entra a 2400 kPa e 500 °C e sai como vapor saturado a 20 kPa.
Conteúdo envolvido: 1ª lei da Termodinâmica para fluxo estacionário (turbinas), entalpia do vapor, e definição de eficiência isentrópica. Para resolver a gente vai precisar das propriedades termodinâmicas do vapor (tabelas) e das fórmulas de balanço de energia e rendimento.
Passo 2
Primeiro, vamos ler na tabela de vapor superaquecido o valor de entalpia e entropia na entrada:
– Pressão ,kPa, temperatura
°C
– Pressão
Passo 3
Agora, na saída a turbina despeja vapor saturado a
kPa. Da tabela de vapor saturado encontramos:
– Entalpia do vapor saturado:
– Entalpia do vapor saturado:
Passo 4
Para achar a eficiência isentrópica precisamos saber qual seria a entalpia de saída se o processo fosse isentrópico (
).
- Em
kPa, da tabela saturada: -
- Como
, definimos o título da mistura (fração de vapor): - A entalpia isentrópica de saída é
Passo 5
Com isso, o balanço de energia na turbina adiabática (sem calor) é
Logo a vazão mássica é
Passo 6
Finalmente, a eficiência isentrópica da turbina é a razão entre o trabalho real e o trabalho ideal (isentrópico):
Resposta
Vazão mássica
Eficiência isentrópica
Eficiência isentrópica