Descrição

Expansão adiabática de vapor em uma turbina, caracterizada pela sua eficiência isentrópica. As propriedades da água e do vapor são avaliadas pela formulação industrial IAPWS de 1997 (IAPWS-IF97).

Turbina a vapor

Métodos de cálculo

• Potência no eixo: potência, temperatura de saída, título na saída e consumo específico de vapor para uma vazão de vapor, um estado de entrada, uma pressão de saída e uma eficiência isentrópica dados.
• Eficiência isentrópica pela temperatura de saída: eficiência e potência de uma turbina em operação a partir das condições medidas na entrada e na saída. Aplicável enquanto o vapor de saída for superaquecido.
• Vazão de vapor para uma potência: vazão mássica de vapor e consumo específico necessários para fornecer uma potência no eixo dada.

Modelo

O estado 1 é a entrada ($P_e$, $\dot{m}_e$ na figura) e o estado 2 a saída ($P_s$). O estado de saída isentrópico $2s$ é determinado em $P_2$ com a entropia da entrada; a entalpia real de saída decorre da eficiência isentrópica:

$s_{2s} = s_1 \qquad \eta_{iso} = \frac{h_1 - h_2}{h_1 - h_{2s}} \qquad h_2 = h_1 - \eta_{iso} (h_1 - h_{2s})$

$\dot{W} = \dot{m} (h_1 - h_2) \qquad SSC = \frac{3600}{h_1 - h_2}$

em que $h$ é a entalpia específica (kJ/kg), $s$ a entropia específica, $\dot{m}$ a vazão mássica de vapor, $\dot{W}$ a potência no eixo (kW) e $SSC$ o consumo específico de vapor (kg/kWh). A temperatura e o título $x_v$ na saída decorrem de $P_2$ e $h_2$. A vazão mássica é a mesma na entrada e na saída.

Faixa de aplicação

• O vapor de entrada deve ser superaquecido ou supercrítico. As propriedades são válidas até 800 °C em pressões de até 100 MPa.
• Expansão adiabática: perdas de calor, vazamentos, extrações e a eficiência do gerador não são consideradas; a potência é a potência no eixo.
• Um título na saída abaixo de cerca de 0,88 indica umidade suficiente para causar erosão nas palhetas do último estágio.
• A eficiência pela temperatura de saída exige saída superaquecida: para vapor úmido, a temperatura é igual à de saturação e não determina a entalpia.