Questões de Concurso sobre Turbinas termomecânicas (elementos, características e classificação)

Vapor se expande em uma turbina que opera a 10 bar e 900 K (diagrama de Mollier h_e = 1.260 kJ/kg) saindo da mesma a 1 bar e 500 K (diagrama de Mollier h_s = 760 kJ/kg). A velocidade na entrada é pequena, comparada com a velocidade na saída, cujo valor é 100 m/s. A turbina opera em regime permanente e desenvolve uma potência de 2.970 kW. A transferência de calor entre a turbina e sua vizinhança, juntamente com os efeitos da energia potencial é desprezível. Nessas condições a área de escoamento do vapor na saída da turbina, em m², é:

Dado: A densidade do vapor vale 0,627 kg/m³

O vapor d’água entra em uma turbina bem isolada operando em regime permanente, com uma entalpia específica (diagrama de Mollier) de 3.015,4 kJ/kg e com uma velocidade de 10 m/s. O vapor d’água se expande até a saída da turbina com entalpia específica de 2.415,4 kJ/kg e velocidade de escoamento de 90 m/s. A vazão mássica é 12,0 kg/s. A potência desenvolvida pela turbina, desprezando os efeitos da energia potencial, é, em kW, de:

Importantes máquinas extraem energia de um fluido na forma de trabalho (ou potência). Essas máquinas são denominadas:

Se em uma planta de geração de potência a vapor, que opera segundo um ciclo Rankine ideal, fosse aumentado o grau de superaquecimento do vapor que deixa a caldeira, enquanto as pressões da caldeira e do condensador são mantidas constantes, os efeitos dessa alteração no trabalho de bombeamento (w_b), no conteúdo de umidade do vapor que deixa a turbina (x) e na quantidade de calor fornecida ao ciclo (Q_h) seriam, respectivamente:

A vazão do fluido de vapor na alimentação de uma turbina é de 2,0 kg/s e o calor cedido pela turbina é 43200 kj/h. A figura abaixo apresenta as condições de entrada e de saída da turbina e as alturas em relação ao plano de referência. Calcule, aproximadamente, a potência(W) gerada pela turbina e assinale a opção correta.

Dado: g= 9,80 m/s²

Uma turbina a gás (ar frio) opera seguindo, idealmente, um ciclo de Brayton simples. Sabe-se que as pressões máxima e mínima no ciclo valem, respectivamente, 540 kPa e 160 kPa.

Admitindo por simplificação, a razão entre as capacidades caloríficas a pressão e volumes constantes desse gás igual a 1,5, a eficiência térmica dessa turbina vale, aproximadamente:

O fluido de trabalho deixa o estator de uma turbina axial com velocidade de 600 m/s e ângulo de 53°. A velocidade periférica do rotor dessa turbina é de 210 m/s, a velocidade meridional é constante e o escoamento absoluto deixa o rotor na direção axial. Admitindo cos(53°) = 0,6, o ângulo que a direção da velocidade relativa faz com a direção meridional na entrada do rotor vale:

Em uma UHE, a turbina Kaplan tem potência de 54,8 MW, a altura de queda disponível é de 46 m. As características construtivas da turbina são: rotação = 143,2 rpm, Dexterno = 3,80 m, Dinterno = 1,80 m, rendimento hidráulico = 0,96, rendimento volumétrico 0,98 e rendimento mecânico 0,90. Considerando a massa específica da água = 1.000 kg/m³ e a aceleração da gravidade = 9,8 m/s², determine a vazão nominal da turbina.

Duas centrais de potência operam de forma combinada, como ilustrado na figura a seguir. A turbina 1 trabalha na maior temperatura possível, enquanto a turbina 2 opera na menor temperatura possível.

Sabe-se que a turbina T1 tem o dobro da eficiência térmica da turbina T2 e que o calor (Q1), no ciclo da turbina 1, é igual ao calor (Q2), no ciclo da turbina 2.

Assim, admitindo que a eficiência do ciclo combinado é de 62,5%, a eficiência da turbina T2 vale

Em uma UHE, a turbina Kaplan tem potência de 54,8 MW, a altura de queda disponível é de 46 m. As características construtivas da turbina são: rotação = 143,2 rpm, Dexterno = 3,80 m, Dinterno = 1,80 m, rendimento hidráulico = 0,96, rendimento volumétrico 0,98 e rendimento mecânico 0,90.

Para o problema apresentado na questão anterior, calcule a velocidade tangencial exterior.

O termo "turbina a gás" é mais comumente empregado em referência a um conjunto de três equipamentos: compressor, câmara de combustão e a turbina propriamente dita. Esta configuração forma um ciclo termodinâmico a gás, cujo modelo ideal denomina-se Ciclo Brayton, concebido por George Brayton. A respeito dos ciclos com turbinas a gás, assinale a alternativa correta:

Compressores e turbinas são utilizados em meios de transporte, na indústria, em usinas e muitas outras aplicações. Analise as afirmativas abaixo e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).

( ) Uma turbina é um dispositivo que desenvolve potência em função da passagem de um gás ou líquido escoando através de uma série de pás colocadas em um eixo que está livre para girar.

( ) Na modelagem de turbinas a vapor e a gás, a energia potencial líquida da matéria em escoamento normalmente é desprezível.

( ) Compressores são dispositivos nos quais o trabalho é realizado sobre a substância em escoamento ao longo dos mesmos, de modo a mudar o estado da substância, aumentar a pressão e/ou a elevação.

( ) São tipos de compressores: Alternativo, Fluxo axial, Centrífugo e de Lóbulo.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo.

Dentre os elementos construtivos de uma turbina a vapor, o elemento de uma turbina de ação onde as pás móveis são instaladas denomina-se

Considere um ciclo de geração de energia a vapor composto por uma bomba, uma turbina, uma caldeira e um condensador, operando com vapor de água como fluido de trabalho. Considere também que esse sistema esteja em regime permanente, e desconsidere as perdas de calor nas tubulações.

Nessa situação, é CORRETO afirmar:

Na troca dos tubos coletores de calor de uma caldeira, deve-se proceder da seguinte forma:

Uma turbina é um equipamento que desenvolve potência em função da passagem de um gás ou líquido escoando através de uma série de pás acopladas a um eixo que se encontra livre para girar. Ar a uma vazão volumétrica de 20 m³/min, temperatura de 500 K e pressão de 4 bar entra em uma turbina e sai a temperatura de 350 K a uma pressão de 1 bar, operando em regime permanente. Sabendo que o ar apresenta um cp = 1 kJ/kg.k constante, que pode ser adotado o modelo de gás ideal e R = 0,2 kJ/kg.k, determine qual a potência desenvolvida por essa turbina em kW.

A maior parte da energia elétrica consumida no mundo é gerada por usinas que fazem uso de potência a vapor e otimizar tais processos, do ponto de vista estratégico, é essencial para aumentar a viabilidade de tais sistemas. Considerando um ciclo Rankine, qual das alternativas a seguir aumenta efetivamente a sua eficiência?

No ciclo padrão a ar de uma turbina a gás simples (ciclo Brayton), admite-se

Numa turbina a gás simples, o trabalho no compressor e na turbina valem 350 kJ/kg e 600 kJ/kg, respectivamente. Sabe-se que a eficiência desses equipamentos é de 80%, e que 750 kJ/kg de calor são trocados no trocador de calor de alta temperatura.

Sendo assim, o rendimento aproximado dessa turbina é de

A figura a seguir ilustra um estágio de reação (Parsons) de uma turbina a vapor.

A expressão que indica corretamente como se comporta a pressão (linha contínua) e a velocidade (linha pontilhada) ao longo da trajetória ABC é: