Como calcular a eficiência de turbinas a vapor

Escrito por pauline gill | Traduzido por lucas de barros
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Como calcular a eficiência de turbinas a vapor
Porta-aviões são movidos por turbinas a vapor nuclear (carrier bridge 1 image by Aaron Kohr from Fotolia.com)

Turbinas a vapor são usadas ​​para produzir eletricidade, bem como para mover grandes navios. Elas apresentam várias vantagens sobre os motores de combustão interna. Praticamente não produzem atrito entre peças mecânicas em movimento, embora haja atrito entre o vapor e as lâminas da turbina; elas são projetadas para funcionar de forma mais eficiente com um fator de carga estável e contínuo. O caminho mais simples para se calcular a eficiência da turbina a vapor é comparar a energia útil que está sendo produzida por ela com a energia que está sendo fornecida a ela pela caldeira.

Nível de dificuldade:
Desafiante

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Instruções

  1. 1

    Defina a aplicação das turbinas a vapor. Neste exemplo, duas turbinas a vapor idênticas acionam duas hélices de navios em uma grande embarcação militar. Cada turbina fornece 25.000 cavalos de potência a uma caixa de redução para conduzir sua hélice. Se você sabe que requer 138.756 kg/h de vapor superaquecido a 82,74 bar (1 bar = 100.000 Pascals) e 593 graus Celsius (°C) para ativar cada turbina e o vapor consumido sai a 38,7 º C, você pode calcular a sua eficiência.

    Como calcular a eficiência de turbinas a vapor
    Grandes usinas são movidos por turbinas a vapor (power plant and sunset image by Benjamin Herzog from Fotolia.com)
  2. 2

    Converta a potência de saída para quilowatts-hora (kWh) dividindo 25.000 hp / 0,746 kWh/hp = 33.512 kWh.

  3. 3

    Multiplique a energia de 33.512 kWh produzida por 3.413 Btu (unidades térmicas britânicas) /h/kWh para comparar com a energia em Btu/h proveniente da caldeira de vapor. Isso resulta um valor de 114,38 milhões BTU/h sendo convertidos em potência pela turbina que, de fato, move o navio.

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    Calcule o calor líquido fornecido à turbina por cada quilo de vapor superaquecido. Voltando aos valores de vapor superaquecido a 82,74 bar e 593 °C, tem-se uma entalpia de vapor de 3.461,58 Btu/kg. Lendo dados para vapor saturado a 38,7 °C, tem-se uma pressão de 0,345 Bar e um valor de entalpia de vapor saturado de 2.456,89 Btu/kg. O calor líquido fornecido por quilo de vapor é 3.461,58 menos 2.456,89 = 1.004,69 Btu/kg.

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    Converta os 137.657,7 kg/hora de vapor superaquecido a ser fornecido pelas caldeiras para Btu/h. 137.657,7 kg / h de vapor X 1.004,69 Btu/kg = 138,3 milhões de Btu/h.

  6. 6

    Calcule a eficiência da turbina, dividindo a quantidade de energia produzida pela turbina pela energia fornecida à ela. 114,38 milhões de Btu/h / 138,3 milhões de Btu/h = 0,827, ou uma eficiência operacional de 82,7 por cento.

Dicas & Advertências

  • A eficiência da turbina aumenta a medida que a pressão de saída diminui para zero, como um resultado de condensação após a turbina.
  • O vapor superaquecido está sob altíssima pressão e temperatura e pode causar ferimentos graves ou morte se for manuseado inadequadamente.

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