Vapor d’água entra em uma turbina operando em regime permanente a 10 MPa, 600°C e uma vazão volumétrica de 0,36 m 3 / s , e sai a 0,1 bar e um título de 92%. Os efeitos das energias cinética e potencial podem ser desprezados. Determine para a turbina (a) a vazão mássica, em kg/s, (b) a potência desenvolvida pela turbina, em MW, (c) a taxa na qual a entropia é gerada, em kW/K, e (d) a eficiência isentrópica da turbina.

Passo 1

Simbora família!

Bora lá, pela tabela A-4, encontraremos:

v 1 = 0,03837 m 3 k g ; h 1 = 3625,3 k J k g ; s 1 = 6,9029 k J k g K

Da tabela, A-3,

h f = 191,83 k J k g ; h g = 2584,7 k J k g ; s f = 0,6493 k J k g K ; s g = 8,1502 k J k g K

Daí, vamos encontrar nossas propriedades no final, temos:

h 2 = h f + x h g - h f = 191,83 + 0,92 2584,7 - 191,83 = 2393,27 k J k g

Para a entropia,

s 2 = s f + x s g - s f = 0,6493 + 0,92 8,1502 - 0,6493 = 7,55012 k J k g K

Passo 2

Bora lá, o fluxo mássico é calculado por:

m ˙ = V ˙ v 1 = 0,36 m 3 s 0,0387 m 3 k g = 9,382   k g / s

Aplicando o balanço de energia na turbina, levando em consideração as informações do enunciado,

W = m ˙ h 1 - h 2 = 9,382 3625,3 - 2393,27 = 11,558   M W

A mesma coisa para o balanço de entropia, pelas considerações do enunciado, teremos:

σ = m ˙ s 2 - s 1 = 9,382 7,55012 - 6,9029 = 6,0722   k W / K

Passo 3

Bora achar a qualidade na saída da turbina durante a expansão isentrópica, assim,

s 1 = s 2 s

s 1 = s f + x 2 s s g - s f

Substituindo os dados,

x 2 s = 0,8337

Assim,

h 2 s = h f + x 2 s h g - h f = 191,83 + 0,8337 2584,7 - 191,83 = 2186,765   k J / k g

Nossa eficiência isentrópica é dada por:

η = h 1 - h 2 h 1 - h 2 s = 3625,3 - 2393,27 3625,3 - 2186,765 = 0,856 = 85,6 %

Resposta

  1. 9,382 kg/s
  2. 11,558 MW;
  3. 6,0722 kW/K;
  4. 85,6%
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