Enunciado

A Fig. P7.115 e a tabela correspondente fornecem dados operacionais para uma turbina a vapor de dois estágios. As perdas de calor e os efeitos de movimento e gravidade são desprezíveis. Para cada estágio da turbina, determine o trabalho desenvolvido, em kJ por kg de vapor no escoamento, e a eficiência exergética da turbina. Para 0 conjunto correspondente a turbina de dois estágios, elabore e avalie uma eficiência exergética. Adote T 0   =   298   K p 0   =   1   a t m .

Passo 1

Saalve galerinha, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de física quântica?!

Passo 2

É dado que:

As propriedades em diferentes estados são mostradas abaixo

  • Pressão ambiente: p 0 = 1   a t m
  • Temperatura ambiente: T 0 = 298   K

Passo 3

Considerando o volume de controle pela turbina isolada, transferência de calor, efeitos de movimento e gravidade são negligenciados

Do balanço de energia a potência desenvolvida pela turbina por unidade de massa no primeiro estágio da turbina é

w 1 = W ˙ m = h 1 - h 2 = 3500 - 3090

∴ w 1 = 410   k J / k g

Similarmente para a potência desenvolvida pelo segundo estágio da turbina é expressa por

w 2 = W ˙ m = h 2 - h 3 = 3090 - 2497

∴ w 2 = 593   k J / k g

Passo 4

A eficiência de exergia para a primeira turbina é

ε T ,   1 = w 1 h 1 - h 2 - T 0 s 1 - s 2 = 410 3500 - 3090 - 298 6,755 - 6,878

∴ ε T ,   1 = 91,8 %

Similarmente, a eficiência de exergia para a segunda turbina é

ε T ,   2 = w 2 h 2 - h 3 - T 0 s 2 - s 3 = 593 3090 - 2497 - 298 6,878 - 7,174

∴ ε T ,   2 = 87,05 %

Passo 5

Considerando os dois estados da turbina, a eficiência da exergia é

ε t o t a l = h 1 - h 3 h 1 - h 3 - T 0 s 1 - s 3 = 3500 - 2497 3500 - 2497 - 298 6,755 - 7,174

∴ ε t o t a l = 88,92 %

Resposta

w 2 = 593   k J / k g

ε t o t a l = 88,92 %

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