Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 131
131- Uma instalação propulsora a vapor d’água, para um veículo automotivo, é proposta de acordo com a . A caldeira tem um volume de e contém, inicialmente, líquido saturado a em equilíbrio com uma pequena quantidade de vapor.
O queimador é ligado e, quando a pressão na caldeira atinge , a válvula reguladora de pressão mantém a pressão constante na caldeira.
Vapor saturado, nesta pressão, escoa para a turbina e é descarregado, como vapor saturado a , na atmosfera. O queimador desliga automaticamente quando não existir mais líquido na caldeira.
Determine o trabalho total fornecido pela turbina e o calor total transferido para cada carregamento da caldeira.
Passo 1
Se você tentou fazer essa questão parabéns por não se assustar com o tamanho da questão e por se propor a resolver desafios, essa é uma das principais características de um bom profissional seja lá qual que você queira ser.
Uma boa parte do trabalho dessa questão encontra-se na variação de energia na caldeira pois ela é que dá a energia necessária para a turbina operar.
Então vamos anotar os dados do estado inicial da caldeira
Então pela tabela temos as seguintes propriedades para a água:
Então a massa que esse líquido tem para o volume de é de:
O vapor no estado inicial pode ser considerado como irrelevante para aquestão.
Passo 2
E depois, no estado final, essa caldeira atinge e assim é fornecido calor até não sobrar mais nenhum líquido na caldeira. Então o estado da caldeira é formado apenas por vapor d’agua a
E as propriedades do vapor nessa pressão pela tabela são de:
O que nos dá uma massa de vapor de:
Então a massa de água que escapa para a turbina é de:
Passo 3
Então agora estamos um pouco mais aptos a responder o que a questão espera da gente, que é o calor fornecido para evaporar toda a água e o trabalho da turbina.
Começando pelo calor fornecido, nós sabemos que esse calor é representado pela diferença de energia interna entre os dois estados somado do calor que sai, ou seja
Com:
Logo:
Muito calor é fornecido para isso acontecer
Passo 4
Agora para o trabalho, onde sabemos que o trabalho exercido por uma turbina é dado por:
Como sabemos que é a entalpia que entra na turbina é a mesma entalpia que sai do tanque, então basta encontrar qual a entalpia da água que sai dela
Sabendo que sai vapor saturado a então pela tabela vemos que:
Logo:
Uma proporção de de calor fornecido para trabalho gerado, uma proporção alta até
E parabenizo você por chegar até aqui e entender essa questão junto comigo, qualquer duvida entre contato conosco.