Vapor de água a uma pressão absoluta de 10 bar com 220^circ C de superaquecimento é alimentado a uma turbina a uma taxa 2.000 kg / h. 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. (-110,7 kW)

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:
dotm = 2000 kg/h3600 s/h ≈ 0,5556 kg/s

Passo 6

Agora, aplicamos a equação de balanço de energia para uma turbina adiabática:
W = dotm times (h1 - h2)
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:
W = 0,5556 kg/s times (2863 kJ/kg - 2676 kJ/kg) = 0,5556 times 187 kJ/kg ≈ 104,17 kW

Resposta

O trabalho produzido pela turbina é aproximadamente .

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