Em um processo onde de vapor acionam uma turbina. O vapor entra na turbina a 44 atm e e a uma velocidade de e a deixa a um ponto 5 m abaixo da entrada a pressão atmosférica e a uma velocidade de . A turbina libera trabalho no eixo a taxa de 700 kW , e as perdas de calor na turbina são estimadas em . Represente em um fluxograma e calcule a variação de entalpia especifica associada ao processo.

Passo 1

Beleza, vamos resolver este exercício juntos! O enunciado fala sobre um processo envolvendo uma turbina que está trabalhando com vapor. A matéria que vamos utilizar aqui é a Termodinâmica, mais especificamente o Primeiro Princípio da Termodinâmica aplicado a sistemas de fluxo contínuo. Para resolver, vamos precisar calcular a variação de entalpia específica do vapor enquanto passa pela turbina, considerando também as mudanças de energia cinética e potencial, além do trabalho e das perdas de calor envolvidas no processo.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as informações que temos no problema:
  • Massa do vapor: 500 kg/h
  • Condições de entrada na turbina:
    • Pressão ( ): 44 atm
    • Temperatura ( ): 450°C
    • Velocidade ( ): 60 m/s
  • Condições de saída da turbina:
    • Pressão ( ): 1 atm (pressão atmosférica)
    • Altura ( ): 5 m abaixo da entrada
    • Velocidade ( ): 360 m/s
  • Trabalho fornecido ao eixo ( ): 700 kW
  • Perdas de calor ( ): kcal/h
Convertendo as perdas de calor para kW para manter as unidades consistentes:
Então,

Passo 3

Agora, vamos aplicar o Primeiro Princípio da Termodinâmica para sistemas de fluxo contínuo, que pode ser escrito da seguinte forma:
Onde:
  • = Taxa de transferência de calor
  • = Taxa de trabalho fornecido ao eixo
  • = Taxa de massa
  • e = Entalpia específica na entrada e saída
  • e = Velocidades na entrada e saída
  • = Aceleração da gravidade (aproximadamente 9,81 m/s²)
  • e = Alturas na entrada e saída
Nosso objetivo é encontrar .

Passo 4

Vamos reorganizar a equação para isolar :
Agora, vamos substituir os valores conhecidos:
  • (pois está 5 m abaixo)

Passo 5

Vamos calcular cada termo separadamente:
  1. Termo de calor e trabalho:
  1. Termo de velocidade:
  1. Termo de altura:

Passo 6

Agora, vamos somar todos os termos para encontrar :

Passo 7

Portanto, a variação de entalpia específica associada ao processo é de aproximadamente -4890,35 kJ/kg.

Resposta

A variação de entalpia específica associada ao processo é de aproximadamente .

Exercícios relacionados

Considere o campo de escoamento dado por:
Determine (a) o número de dimensões do escoamento, (b) se ele é um possível escoamento incompressível e © a aceleração de uma partícula fluida no ponto .
Uma célula de Arnold deve ser operada como em um estado pseudo-estacionário, para determinar a difusividade do benzeno no ar a e 1,0 . O tubo de 20 cm de comprimento, com diâmetro , é inicialmente carregado com benzeno líquido a uma profundidade de do fundo do tubo. O tubo e o líquido são mantidos a uma temperatura constante de 308 K . A esta temperatura a pressão de vapor benzeno é . Ar é Continuamente soprado sobre o topo do tubo, removendo qualquer vapor de benzeno. A 308 K , a densidade líquida do benzeno é . Foi determinado que 72 h foram necessárias para evaporar todo o benzeno no interior do tubo. Compare com o valor experimental, que é a 298 K .
Um tubo de aço inox ( e condutividade térmica constante) com diâmetro nominal de 2 in, transporta vapor de água a . Considerando Regime permanente calcule a perda de calor para o exterior quando a temperatura da parede externa tubo atingir ?
Pão de queijo com formato esférico e com 30 mm de diâmetro cuja superfície possui uma emissividade de 0,8 é posto em um forno de grandes dimensões em que as paredes se encontram à temperatura uniforme de . A temperatura do ar no forno é de , e o coeficiente de transferência de calor por convecção entre o pão de queijo e o ar no forno é de . Qual será a temperatura em regime permanente da superfície do pão de queijo?