Determine as taxas de geração de entropia, em B t u / m i n ⋅ ° R , para o gerador de vapor e a turbina do Exemplo 4.10. Identifique o componente que mais contribui para a ineficiência de operação do sistema como um todo.

Passo 1

Começamos o nosso problema obtendo alguns dados do Exemplo 4.10:

h 4 = 1213,6   B t u / l b

p 4 = 40   l b f / i n 2

Pelas tabelas do Apêndice A, devemos obter a entropia específica para esses dados na entrada da turbina:

s 4 = 1,7834   B t u / l b ⋅ ° R

Calculando o valor da entropia específica de saída da turbina com valores obtidos nas tabelas:

s 5 = s f + x 5 ⋅ s f g

s 5 = 0,1327 + 0,93 ⋅ 1,8453

s 5 = 1,8488   B t u / l b ⋅ ° R

Com:

m ˙ 3 = 275   l b / m i n

m ˙ 3 = 9230,6   l b / m i n

Podemos calcular a taxa de geração de entropia:

σ ˙ = m ˙ 3 s 5 - s 4

σ ˙ = 275 60 ⋅ 1,8488 - 1,7334

σ ˙ = 0,5289   B t u / l b ⋅ ° R

Passo 2

Agora, devemos obter nas tabelas do Apêndice A as entropias específicas no ponto 1 e no ponto 2:

s 1 = 0,71323 B t u / l b ⋅ ° R

s 2 = 0,67002 B t u / l b ⋅ ° R

E a entropia específica da água a p 3 = 40   l b f / i n 2 e T 3 = 102 ° F :

s 3 = 0,1331   B t u / l b ⋅ ° R

Calculando a geração de entropia no gerador de vapor:

σ ˙ = m ˙ 1 s 2 - s 1 + m ˙ 3 s 4 - s 3

Abrindo para um gás ideal:

σ ˙ = m ˙ 1 s 2 - s 1 - R ln ⁡ p 2 p 1 + m ˙ 3 s 4 - s 3

Sendo p 2 = p 1 = 1   a t m :

σ ˙ = m ˙ 1 ( s 2 - s 1 ) + m ˙ 3 s 4 - s 3

Substituindo os dados:

σ ˙ = 9230,6 60 ⋅ 0,67002 - 0,71323 + 275 60 ⋅ 1,7334 - 0,133

σ ˙ = 0,687   B t u / l b ⋅ ° R

Desse modo, percebemos que o gerador de vapor contribuí mais para a ineficiência do sistema.

Resposta

O   g e r a d o r   d e   v a p o r

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