Uma turbina ideal admite ar a
a uma taxa de
e descarrega a pressão de
. Em seguida, passa por um trocador de calor onde é aquecido até a temperatura inicial a pressão constante. Supondo que os processos sejam politrópicos reversiveis e desprezando as variações de velocidade e altura, determine:
A potência da turbina
A potência da turbina
Passo 1
Vamos resolver este exercício de termodinâmica sobre turbinas! A questão nos dá as condições de entrada e saída de uma turbina ideal e pede para determinarmos a potência que ela gera. Para isso, vamos precisar usar conceitos de processos politrópicos, propriedades do ar como gás ideal, e a relação entre entalpia e temperatura. Vamos passo a passo!
Passo 2
Primeiro, vamos entender as informações que temos:
- Pressão de entrada (P₁): 10 MPa
- Temperatura de entrada (T₁): 27°C
- Taxa de fluxo de massa (ṁ): 5 kg/s
- Pressão de saída (P₂): 0,1 MPa
Nosso objetivo é encontrar a potência da turbina (W).
Passo 3
Vamos considerar que o ar se comporta como um gás ideal. Para gases ideais, a entalpia específica (h) depende apenas da temperatura:
Onde:
-
é a capacidade calorífica a pressão constante.
Para o ar,
é aproximadamente 1005 J/(kg·K).
Passo 4
Como estamos lidando com um processo politrópico reversível, podemos relacionar as temperaturas e pressões usando a equação:
Onde:
-
é o índice politrópico.
Mas como o enunciado não nos dá o valor de
, vamos assumir um processo isentrópico (onde
, e para o ar,
) para simplificar.
Passo 5
Calculando a temperatura de saída
usando a relação isentrópica:
Primeiro, vamos converter a temperatura de entrada para Kelvin:
Agora, aplique os valores:
Calculando o expoente:
Então:
Portanto:
Passo 6
Agora, vamos calcular a variação de entalpia:
Passo 7
Finalmente, a potência da turbina é dada por:
Resposta
A potência da turbina é aproximadamente 1,184 MW.
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Uma turbina ideal admite ar a
a uma taxa de
e descarrega a pressão de
. Em seguida, passa por um trocador de calor onde é aquecido até a temperatura inicial a pressão constante. Supondo que os processos sejam politrópicos reversiveis e desprezando as variações de velocidade e altura, determine:
A taxa de troca de calor da entrada na turbina até a saida do trocador
A taxa de troca de calor da entrada na turbina até a saida do trocador
Vapor de água saturado seco a uma pressão de
passa por um compressor ideal a uma vazão mássica de
, e sai a uma pressão de
. Logo depois passa por um trocador de calor operando à pressão constante até atingir um título de 0,3 . Considerando todos os processos reversíveis, determine:
A taxa de troca de calor com o meio
A taxa de troca de calor com o meio
10- Quais as equações que devemos saber quando usamos gases na formulação? Escreve as que julgarem importante.
Conforme foi estudado, a força de arraste
sobre uma esfera lisa depende da velocidade relativa
, do diâmetro da esfera.
, da massa especifica do fluido,
,
da viscosidade do fluido,
. Obtenha um conjunto de grupos adimensionais que possam ser usados para correlacionar dados experimentais.