Vapor de água a uma pressão absoluta de 10 bar com
de superaquecimento é alimentado a uma turbina a uma taxa
. A turbina opera adiabaticamente. O efluente (corrente de saída) é vapor saturado a 1 bar.
a) Consulte as tabelas de vapor da água para determinar a entalpia específica das correntes de entrada e saída.
b) Calcule o trabalho produzido pela turbina em kW, desprezando mudanças na energia cinética e potencial.
a) Consulte as tabelas de vapor da água para determinar a entalpia específica das correntes de entrada e saída.
b) Calcule o trabalho produzido pela turbina em kW, desprezando mudanças na energia cinética e potencial.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos vapor de água superaquecido sendo alimentado a uma turbina, e precisamos encontrar a entalpia específica das correntes de entrada e saída usando as tabelas de vapor. Em seguida, com essas entalpias, vamos calcular o trabalho produzido pela turbina. Para isso, vamos precisar das tabelas de vapor da água e aplicar conceitos de termodinâmica relacionados à energia em sistemas abertos.
Passo 2
Vamos começar identificando os dados fornecidos:
- Pressão de entrada (P₁): 10 bar
- Temperatura de entrada (T₁): 220°C (superaquecimento)
- Pressão de saída (P₂): 1 bar (vapor saturado)
- Taxa de fluxo mássico (ṁ): 2000 kg/h
- Processo adiabático (sem troca de calor)
- Desprezar mudanças na energia cinética e potencial
Precisamos encontrar as entalpias específicas na entrada (h₁) e na saída (h₂) usando as tabelas de vapor.
Passo 3
Vamos consultar a tabela de vapor para água na condição de 10 bar e 220°C. Como a água está superaquecida, usaremos a seção de vapor superaquecido:
- Para P₁ = 10 bar e T₁ = 220°C, a entalpia específica h₁ ≈ 2863 kJ/kg
Passo 4
Agora, para a condição de saída, temos vapor saturado a 1 bar. Consultando a tabela de vapor saturado para P₂ = 1 bar:
- A entalpia específica h₂ para vapor saturado a 1 bar ≈ 2676 kJ/kg
Passo 5
Vamos converter a taxa de fluxo mássico de kg/h para kg/s para facilitar os cálculos de potência:
Passo 6
Agora, aplicamos a equação de balanço de energia para uma turbina adiabática:
Onde:
-
é o trabalho produzido pela turbina -
é a taxa de fluxo mássico -
e são as entalpias específicas na entrada e saída, respectivamente
Passo 7
Substituindo os valores encontrados:
Resposta
O trabalho produzido pela turbina é aproximadamente
.