Vapor é produzido a 70 bar e a uma temperatura desconhecida. Uma pequena quantidade do vapor é alimentada a uma válvula de expansão, o vapor que deixa a válvula está a 1 bar e a uma temperatura de
. 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? b) Qual é a quantidade máxima de trabalho que pode ser obtida da turbina nesta operação? 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: (a)
; (b)
; (c)
real
Passo 1
Resumindo o problema: temos vapor a
,bar e temperatura desconhecida
. Uma fração pequena passa por uma válvula de estrangulamento até
,bar e sai a
. Como a válvula é isentrópica em termos de trabalho, temos processo isenthalpo (
). O restante do vapor entra em uma turbina adiabática que expande de
,bar até
,bar.
Conteúdo necessário: tabelas de vapor para obter entalpias e entropias em ,bar e em
,bar; uso de expansão isentrópica para trabalho máximo; definição de eficiência e geração de entropia em processo adiabático irreversível.
Conteúdo necessário: tabelas de vapor para obter entalpias e entropias em
Passo 2
Pela
lei no estrangulamento (válvula) não há troca de trabalho nem calor, logo entalpia constante:
Consultando tabela de vapor superaquecido em
,bar e
, obtém-se
Passo 3
Para achar
a
,bar, procuramos na tabela superaquecido o ponto em que
Interpolando, chega-se a
Isto responde a parte (a).
Passo 4
Para o trabalho máximo da turbina (expansão isentrópica) calculamos a entropia na entrada:
Na saída isentrópica temos
e
,bar. Usando tabela de vapor superaquecido em
,bar para
chega-se a
O trabalho específico máximo é
Assumindo fluxo mássico de
,kg/s, a potência máxima é
Isto responde a parte (b).
Passo 5
Nos testes de saída da turbina o vapor está saturado a
,bar, logo
O trabalho real específico é
A eficiência da turbina é
Como o processo na turbina é adiabático, a geração de entropia por kg de vapor é
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)