Uma unidade de geração de energia de pequeno porte utiliza vapor saturado para alimentar uma turbina. A caldeira entrega o vapor na pressão de 3000 kPa e a turbina descarrega o vapor com 10 kPa . Determine:
b) O calor fornecido na caldeira.
Q1 = 2609,34 kJ/kg
b) O calor fornecido na caldeira.
Q1 = 2609,34 kJ/kg
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício de termodinâmica envolvendo uma unidade de geração de energia que usa vapor saturado para alimentar uma turbina. A caldeira entrega o vapor na pressão de 3000 kPa e a turbina descarrega na pressão de 10 kPa. Nosso objetivo aqui é determinar o calor fornecido na caldeira, que é o
. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de propriedades termodinâmicas do vapor e entender como calcular o calor em processos de fase.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os estados do vapor. No estado 1, o vapor está na caldeira a 3000 kPa. Como é vapor saturado, sabemos que ele está na condição de equilíbrio entre líquido e vapor. No estado 2, após passar pela turbina, o vapor está a 10 kPa, também saturado.
Passo 3
Para encontrar o calor fornecido
, precisamos usar a equação da primeira lei da termodinâmica para sistemas abertos, que nos diz que:
Como estamos considerando apenas o aquecimento na caldeira, o trabalho é zero, então:
Onde
é a entalpia do vapor nos estados 2 e 1.
Passo 4
Agora, vamos consultar as tabelas de vapor para encontrar as entalpias específicas nos dois estados. Para o estado 1 (3000 kPa), a entalpia do vapor saturado
é aproximadamente 2800 kJ/kg. Para o estado 2 (10 kPa), a entalpia do vapor saturado
é cerca de 2609,34 kJ/kg.
Passo 5
Substituindo esses valores na equação, temos:
Esse resultado negativo indica que há uma retirada de energia, mas como estamos falando do calor fornecido na caldeira, devemos considerar a direção correta do fluxo de calor.
Passo 6
Na verdade, houve um equívoco no sinal. Como a caldeira está fornecendo calor ao vapor, o correto é:
Portanto, o calor fornecido na caldeira é de 190,66 kJ/kg.
Resposta
O calor fornecido na caldeira é
kJ/kg.