Enunciado

Vapor flui em regime permanente por uma turbina a uma taxa de 45000 lbm/h, entrando a 1000 psia e 900 °F e saindo a 5 psia como vapor saturado. Considerando que a potência gerada pela turbina equivale a 4 MW, determine a taxa de perda de calor do vapor.

Passo 1

Temos que o balanço de energia pode ser dado por:

Δ U + E C + E P s i s t e m a = Q + W - Δ H + E C + E P c o r r e n t e s

Adotando a turbina como sistema, temos as seguintes considerações:

  • A turbina opera em regime permanente, Δ U + E C + E P s i s t e m a = 0 ;
  • As variações de altura e velocidades entre as correntes são desprezíveis, Δ E C + E P c o r r e n t e s = 0 .

Assim, o balanço de energia da turbina ficará da seguinte forma:

Q = W - Δ H ^ c o r r e n t e s

Q ˙ = W - m ˙ Δ H c o r r e n t e s

Passo 2

Analisando nas tabelas de vapor em unidades inglesas, verificamos que a entalpia específica nas condições de entrada é h 1 = 1448,6   B t u / l b m e, nas condições de saída, a entalpia específica é de h 2 = 1130,7   B t u / l b m .

Temos que a potência de 4 MW = 4000 kJ/s pode ser convertida para Btu/s utilizando o seguinte fator de conversão:

4000 k J s × 1   B t u 1,055   k J = 3791,5   B t u / s

Dividindo também o fluxo mássico por 3600 para converter lbm/h para lbm/s, teremos que m ˙ = 12,5   l b m / s .

Passo 3

Substituindo os dados no balanço de energia, temos:

Q ˙ = - 3791,5 B t u s - 12,5 l b m s × 1130,7 B t u l b m - 1448,6 B t u l b m = 182,25 B t u s

Note que o sinal negativo na potência é devido ela estar sendo produzida, ou seja, está saindo da turbina.

Resposta

A taxa de calor perdido pelo vapor é de 182,25 Btu/s.

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