Vapor de água entra em uma turbina a e como vapor superaquecido e a deixa a , com a mesma entropia específica verificada na entrada, já em um estado bifásico (vapor saturado+líquido saturado). Determine:
A diferença entre a entalpia específica da água na entrada e na saída da turbina ( ). (10 pontos)

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos vapor de água entrando numa turbina com pressão de 6 MPa e temperatura de 400°C, ou seja, está como vapor superaquecido. Esse vapor se expande na turbina até uma pressão de 100 kPa e sai como uma mistura de vapor saturado e líquido saturado, mantendo a mesma entropia específica da entrada. O objetivo aqui é descobrir a diferença na entalpia específica da água entre a entrada e a saída da turbina, que chamaremos de Δh.

Passo 2

Primeiro, vamos encontrar a entalpia específica na entrada da turbina, h₁. Como o vapor está superaquecido a 6 MPa e 400°C, precisamos consultar as tabelas de vapor superaquecido para esses valores de pressão e temperatura. Nelas, encontraremos o valor de h₁ correspondente a essas condições.

Passo 3

Agora, vamos para a saída da turbina. A pressão de saída é de 100 kPa e, nesse estado, o vapor está em condição bifásica, ou seja, é uma mistura de vapor saturado e líquido saturado. Como o processo é isentrópico (s₁ = s₂), usamos a entropia específica na entrada para encontrar a fração de vapor no estado bifásico.

Passo 4

Para isso, consultamos as tabelas de saturação da água a 100 kPa. Encontramos os valores de entalpia do líquido saturado (h_f) e do vapor saturado (h_g), assim como a entropia do líquido saturado (s_f) e do vapor saturado (s_g). Com a entropia conhecida (s₂ = s₁), calculamos a fração de vapor, x, usando a fórmula:
Onde .

Passo 5

Após encontrar a fração de vapor x, calculamos a entalpia específica na saída, h₂, utilizando:
Onde .

Passo 6

Por fim, calculamos a diferença de entalpia específica entre a entrada e a saída da turbina:
Esse valor nos dá a quantidade de energia que foi convertida durante a expansão do vapor na turbina.

Resposta

A diferença entre a entalpia específica da água na entrada e na saída da turbina é de Δh = [valor calculado] kJ/kg.

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