Uma turbina de vapor, em uma pequena instalação de geração de energia elétrica foi desenhada para operar com alimentação de vapor de 4.500 kg / h a 60 bar e 500 ^circ C, e descarga a 10 bar.
Se a turbina tiver eficiência de 80 %, qual seria a temperatura do vapor de descarga? Qual seria a taxa de produção de entropia para este caso?

Passo 1

Beleza, o enunciado pede pra gente calcular duas coisas numa turbina de vapor: a temperatura de saída do vapor e a taxa de produção de entropia. Os dados são:
  • Vazão mássica de vapor:
  • P1 = 60 bar, T1 = 500 °C
  • P2 = 10 bar
  • Eficiência isentrópica da turbina:
Conteúdo: Termodinâmica de turbinas, propriedades do vapor (tabelas de vapor), eficiência isentrópica, balanço de entropia.
O que vamos precisar:
  1. Obter e nas tabelas pra 60 bar e 500 °C.
  2. Estimar, pelas tabelas, o estado isentrópico de saída (mesmo ) a 10 bar e daí achar .
  3. Aplicar eficiência isentrópica para achar .
  4. Voltar nas tabelas pra achar e a partir de e .
  5. Balanço de entropia pra achar .

Passo 2

Vamos buscar nas tabelas de vapor superaquecido (ou usar um software/propriedades do steam) os valores no ponto 1 (60 bar, 500 °C):
  • Entalpia
  • Entropia
Como funciona? Você olha na tabela de superaquecido para P=60 bar e T=500 °C e lê e .

Passo 3

Estado isentrópico na saída (ideal):

  • Agora, nas tabelas de superaquecido a bar, você acha o ponto onde . Interpolando entre 300 °C e 325 °C, dá:

Passo 4

Como a turbina não é ideal, usamos a eficiência isentrópica:
eta = h1 - h2ah1 - h2s Longrightarrow h2a = h1 - eta,(h1 - h2s)
Substituindo:
h2a = 3376,1 - 0,80,(3376,1 - 3182) = 3376,1 - 0,8 times 194,1 approx 3220,8;kJ/kg

Passo 5

Agora, a partir de bar e , voltamos às tabelas de superaquecido e interpolamos para achar a temperatura e a entropia reais de saída:

Passo 6

Pra calcular a taxa de produção de entropia, fazemos o balanço de entropia na turbina (assumindo sem trocas de calor com ambiente):
dot S>=n = dot m,(s2a - s1)
Antes, convertemos dot S>=n = 1,25;kg/s;times(6,610 - 6,585);kJ/(kg,K) approx 1,25 times 0,025 = 0,0313;kJ/(s,K)
Então:
Como , dá

Resposta

Temperatura de descarga real:
Taxa de produção de entropia:

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