Vapor é produzido a 70 bar e temperatura desconhecida. Uma pequena quantidade deste vapor é alimentada a uma válvula de expansão. O vapor que deixa esta válvula está a 1 bar e
. O vapor restante é alimentado a uma turbina, onde é então adiabaticamente expandido até a pressão atmosférica.
a. Qual é a temperatura do vapor alimentado à turbina? R:
b. Qual é a quantidade máxima de trabalho que pode ser obtida da turbina nesta operação? R:
c. Testes realizados no vapor de descarga da turbina indicam que o mesmo está saturado. Qual é a eficiência da turbina e qual é a taxa de geração de entropia por quilograma de vapor?
d. Se a temperatura ambiente é igual a
e a pressão ambiente igual a 1 bar, qual seria a máxima quantidade de trabalho possível de ser obtida por quilograma de vapor em um processo contínuo? R:
a. Qual é a temperatura do vapor alimentado à turbina? R:
b. Qual é a quantidade máxima de trabalho que pode ser obtida da turbina nesta operação? R:
c. Testes realizados no vapor de descarga da turbina indicam que o mesmo está saturado. Qual é a eficiência da turbina e qual é a taxa de geração de entropia por quilograma de vapor?
d. Se a temperatura ambiente é igual a
Passo 1
Beleza, então o enunciado diz o seguinte: a gente tem vapor saindo a 70 bar com temperatura ainda não informada. Uma parte desse vapor passa por uma válvula de expansão (throttling) e sai a 1 bar e 400 °C. O restante vai pra turbina e se expande adiabaticamente até 1 bar. A gente precisa:
a) descobrir a temperatura do vapor que entra na turbina;
b) calcular o trabalho máximo (isentrópico) que dá pra tirar nessa turbina;
c) sabendo que na prática o vapor sai saturado (1 bar), achar a eficiência da turbina e a geração de entropia por kg;
d) se o ambiente tá a 25 °C e 1 bar, qual é o trabalho máximo (exergia) que dá pra tirar por kg de vapor num processo contínuo.
a) descobrir a temperatura do vapor que entra na turbina;
b) calcular o trabalho máximo (isentrópico) que dá pra tirar nessa turbina;
c) sabendo que na prática o vapor sai saturado (1 bar), achar a eficiência da turbina e a geração de entropia por kg;
d) se o ambiente tá a 25 °C e 1 bar, qual é o trabalho máximo (exergia) que dá pra tirar por kg de vapor num processo contínuo.
Conteúdo usado: termodinâmica de vapor (tabelas), entalpia e entropia, processos isentrópicos, eficiência e balanço de entropia, exergia. Vamos precisar consultar tabelas de vapor saturado e superaquecido para achar
e
.
Passo 2
a) Temperatura na entrada da turbina
- Teoria da válvula de expansão (throttling): é um processo adiabático sem trabalho nem calor, então a entalpia se conserva:
- Da tabela de vapor superaquecido a 1 bar e 400 °C:
- Como
, basta olhar na tabela de vapor superaquecido a 70 bar e achar a temperatura que dá esse .
Pela tabela isso corresponde a
Passo 3
b) Trabalho máximo (isentrópico) da turbina
- Num processo isentrópico:
- Da tabela a 70 bar e 446,55 °C achamos também
- Agora, buscando na tabela de vapor superaquecido a 1 bar o estado onde
, obtemos . - O trabalho específico (máximo) é
Fazendo isso dá (o sinal negativo indica saída de trabalho).
Passo 4
c) Eficiência real e geração de entropia
- Como o vapor sai saturado a 1 bar, seu entalpia real é
- Trabalho real da turbina:
- Eficiência da turbina:
- Geração de entropia (processo adiabático):
Usando as propriedades dá
Passo 5
d) Máximo trabalho possível (exergia) até o ambiente
- Definição de exergia específica num escoamento permanente:
onde subíndice 0 = estado ambiente (25 °C, 1 bar). - Da tabela a 25 °C/1 bar obtemos
e . - Fazendo as contas:
Resposta
a)
b)
c) ,
d)
b)
c)
d)