Os dados para a operação em regime permanente de uma expansão adiabática de vapor através de uma turbina, com 4 lb/s de vazão mássica, estão apresentados na tabela a seguir. Os efeitos das energias cinética e potencial podem ser desprezados. Determine para a aturbina (a) a potência desenvolvida, em HP, (b) a taxa de entropia gerada, em HP/°R, e (c) a eficiência isentrópica da turbina.

Passo 1

Simbora lá pra mais uma!

Vamo aplicar um equilibriozinho de energia, teremos:

0 = Q - W + m ˙ h 1 - h 2 + V 1 2 - V 2 2 2

Reduzindo, teremos:

W = m ( h 1 - h 2 )

Temos as entalpias, então, só substituir:

W = 4 l b s 1531 B t u l b - 1181,7 B t u l b = 1397,2 B t u s

W = 1397,2 B t u s × 1,4148   h p 1 B t u s = 1976,03   h p

Passo 2

Bora lá, calculando agora a taxa de produção de entropia, teremos:

Δ S = ∫ 1 2 ∂ Q T b + σ

σ + m s 2 - m s 2 - Q T s = 0

σ = m s 2 - s 1 = 4 l b s 2,0199 - 18827 B t u l b ° R = 0,5488 B t u s ° R

σ = 0,5488 B t u s ° R × 1,4148   h p 1 B t u s = 0,77644 h p ° R

Passo 3

Ta tabela A-3E, conseguimos encontrar propriedades da água saturada para p 2 = 2   l b f / i n 2 , teremos:

s f = 0,1750 B t u l b R ; s g = 1,9198 B t u l b R

h f = 94,02 B t u l b ; h g = 1116,1 B t u l b

Calculando o estado ideal, teremos:

s 1 = s 2 s = s f + x 2 s s g - s f → x 2 s = s 1 - s f s g - s f = 0,9787

Assim,

h 2 s = h f + x 2 s h g - h f = 1094,37 B t u l b

Calculando a eficiência isentrópica, teremos:

η = h 1 - h 2 h 1 - h 2 s = 1531 - 1181,7 1531 - 1094,37 = 0,8 = 80 %

Resposta

  1. 1976,3 hp;
  2. 0,77644 hp/R;
  3. 80%
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