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 400^circ C. 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: 446,55^circ C
b. Qual é a quantidade máxima de trabalho que pode ser obtida da turbina nesta operação? R: -878,41 kJ / kg
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? R: 6 8 , 6 1 % ; 0 , 7 3 9 5 k J / kg K
d. Se a temperatura ambiente é igual a 25^circ C 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: -1 3 0 9, 1 3 k J / k g

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.
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: boxedhrm in;=;hrm out,da,válvulaá
  • Da tabela de vapor superaquecido a 1 bar e 400 °C:
    boxedTrm in,turbinaapprox 446,55;^circCá
  • 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: srm out,,ideal=srm in
  • Da tabela a 70 bar e 446,55 °C achamos também srm in=s1approx 6,74;kJ/kg,K
  • Agora, buscando na tabela de vapor superaquecido a 1 bar o estado onde wrm isen=h1 - h2s, obtemos boxedwrm isenapprox -878,41;kJ/kg.
  • 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 h2,rm real=hg@1,barapprox 2675,5;kJ/kg
  • Trabalho real da turbina: wrm real=h1 - h2,rm real
  • Eficiência da turbina: eta = wrm realwrm isentimes100%
  • Geração de entropia (processo adiabático): srm >=n=s2,rm real-s1Usando as propriedades dá boxedetaapprox68,61%; srm >=napprox0,7395;kJ/(kg,K)

Passo 5

d) Máximo trabalho possível (exergia) até o ambiente
  • Definição de exergia específica num escoamento permanente: wrm max=(h1 - h0)-T0,(s1 - s0),onde subíndice 0 = estado ambiente (25 °C, 1 bar).
  • Da tabela a 25 °C/1 bar obtemos boxedwrm maxapprox -1309,13;kJ/kg e .
  • Fazendo as contas:

Resposta

a)
b)
c) ,
d)

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