Enunciado

Considere uma turbina a vapor de uma planta de potência, operando perto da pressão crítica, como mostrado na Fig. P9.19. Como uma primeira aproximação, pode-se supor que a turbina e os processos de bombeamento são reversíveis e adiabáticos. Desprezando variações nas energias cinética e potencial, calcule

a. O trabalho específico da turbina e o estado termodinâmico na saída da turbina.

b. O trabalho na bomba e a entalpia do estado na saída da bomba.

c. O rendimento térmico do ciclo.

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!

Primeiramente, recebemos os seguintes dados para usina de turbina a vapor com turbina e bomba sendo adiabáticas:

T 1 = 700 ° C

T 3 = 40 ° C

P 1 = P 4 = 20000   k P a

P 2 = P 3 = 20   k P a

A – Da tabela da água superaquecida B.1.3. correspondente a P 1 = 20000   k P a e T 1 = 700 ° C , podemos encontrar a entropia e a entalpia específicas do estágio 1:

h 1 = 3809,09 k J k g

s 1 = 6,7993 k J k g   K

Não há mudança na entropia no processo adiabático, logo

s 2 = s 1 = 6,7993 k J k g   K

Da tabela de água saturada B.1.2, com os valores correspondentes a P 2 = 20   k P a , podemos encontrar a entalpia e a entropia específicas de saturação e evaporação:

h f = 251,38 k J k g

h f g = 2358,33 k J k g

s f = 0,8319 k J k g   K

s f g = 7,0766 k J k g   K

Calculando o fator de qualidade do estágio 2:

x 2 = s 2 - s f s f g

Fazendo a substituição de valores,

x 2 = 6,7993 - 0,8319 7,0766 = 0,843

Calculando a entalpia específica do estágio 2:

h 2 = h f + x 2 ∙ h f g = 251,38 + 0,843 ∙ 2358,33 = 2239,45 k J k g

E calculando a saída de trabalho específica da turbina:

w 1 - 2 = h 1 - h 2 = 3809,09 - 2239,45 = 1570 k J k g

Passo 2

B – Da tabela de água saturada B.1.1. correspondente a T 3 = 40 ° C , podemos encontrar entalpia e volume específicos:

h 3 = h f = 167,54 k J k g

v 3 = v f = 0,001008 m 3 k g

Calculando a entrada de trabalho da bomba:

w 3 - 4 = v 3 ∙ P 3 - P 4 = 0,001008 ∙ 20 - 20000 = - 20,14 k J k g

E com isso, calculando a entalpia da bomba de saída:

h 4 = h 3 - w 3 - 4 = 167,54 + 20,14 = 187,7 k J k g

Passo 3

C – Por fim, calculando a eficiência térmica

η = w 1 - 2 + w 3 - 4 q = w 1 - 2 + w 3 - 4 h 1 - h 2

Substituindo os valores,

η = 1570 - 20,14 3809,09 - 187,7 = 0,43

Resposta

w 1 - 2 = 1570 k J k g

w 3 - 4 = - 20,14 k J k g

h 4 = 187,7 k J k g

η = 0,43

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