A vazão de vapor d’água em uma turbina de potência variável é controlada por uma válvula de estrangulamento na linha de entrada. O vapor é fornecido à válvula a 1700 kPa e
. Durante um teste, a pressão na entrada da turbina é de 1000 kPa , o vapor na exaustão encontra-se a 10 kPa e tem uma qualidade de 0,95 ; a vazão mássica do vapor é de
e a potência produzida pela turbina é de 180 kW .
a. Quais são as perdas de calor na turbina?
b. Qual seria a potência produzida se o vapor alimentado na válvula fosse expandido isentropicamente até a pressão final?
a. Quais são as perdas de calor na turbina?
b. Qual seria a potência produzida se o vapor alimentado na válvula fosse expandido isentropicamente até a pressão final?
Passo 1
O exercício é sobre uma turbina a vapor em regime permanente. A gente vai usar a Equação de Energia de Fluxo Contínuo (1ª Lei para CVF) e tabelas de vapor para achar entalpias e entropias nos três estados.
O que temos:
O que temos:
- Estado 1: antes da válvula (1700 kPa, 225 °C)
- Estado 2: entrada da turbina (1000 kPa,
por estrangulamento) - Estado 3: saída da turbina (10 kPa, qualidade
)
Dados:, .
O que vamos precisar:
• Pegar, em 1700 kPa, 225 °C;
• Usare tabelas superaquecidas para achar em 1000 kPa;
• Calcularem 10 kPa e ;
• Aplicar balanço de energia para achar as perdas de calor;
• Fazer expansão isentrópica () para achar e a potência ideal.
Passo 2
Determinar propriedades dos estados (valores típicos de tabela):
Estado 1 (1700 kPa, 225 °C):
Estado 1 (1700 kPa, 225 °C):
Estado 2 (1000 kPa, estrang.):
Em 1000 kPa e
, interpolando na tabela superaquecida:
Estado 3 (10 kPa,
):
saturação a 10 kPa:
saturação a 10 kPa:
Passo 3
Calcular perdas de calor na turbina:
Balanço de energia para CVF (explodindo sinais para calor saindo positivo):
Balanço de energia para CVF (explodindo sinais para calor saindo positivo):
Substituindo:
O sinal negativo diz que calor está saindo da turbina, ou seja, perdas de 55,5 kW.
Passo 4
Potência na expansão isentrópica até 10 kPa:
-
. - Qualidade isentrópica em 10 kPa:
- Entalpia final isentrópica:
- Potência ideal (sem calor perdido):
Resposta
a) Perdas de calor na turbina: 55,5 kW (calor saindo).
b) Potência produzida em expansão isentrópica: 409,4 kW.
b) Potência produzida em expansão isentrópica: 409,4 kW.