Potência de Turbina a Vapor
Calcula a potência mecânica gerada por uma turbina a vapor, P = ṁ × (h₁ − h₂), multiplicando a vazão mássica de vapor (kg/s) pela queda de entalpia entre a entrada e a saída da turbina (kJ/kg). O resultado, em kW, é a potência de eixo entregue ao gerador, considerando a expansão do vapor de alta pressão e temperatura até a pressão do condensador. É o cálculo central no dimensionamento de termelétricas e cogeração: quanto maior a queda de entalpia (maior pressão/temperatura de entrada e menor pressão de saída), maior a potência por kg de vapor. Informe a vazão de vapor e as entalpias de entrada e saída.
Resultado
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Potência de turbina a vapor
A turbina a vapor converte a energia do vapor em trabalho mecânico de eixo, que aciona o gerador elétrico. A potência produzida é simplesmente a vazão de vapor multiplicada pela energia que cada quilo entrega ao atravessar a turbina: P = ṁ × (h₁ − h₂). A vazão mássica ṁ (kg/s) é quanto vapor passa por segundo; (h₁ − h₂) é a queda de entalpia, a diferença entre a entalpia do vapor na entrada (alta pressão e temperatura) e na saída (baixa pressão, rumo ao condensador), em kJ/kg. O produto dá a potência em kW. Tudo conspira a favor de uma queda de entalpia maior: vapor de entrada mais quente e a maior pressão possível, e pressão de saída a mais baixa possível (vácuo no condensador) — cada um amplia o salto de entalpia disponível e, portanto, a potência por kg de vapor. Na prática multiplica-se ainda pelo rendimento mecânico/elétrico. É o cálculo de partida no projeto de termelétricas e plantas de cogeração. Informe a vazão de vapor e as entalpias de entrada e saída.
Ferramentas Relacionadas
Consumo Específico de Vapor
Calcula o consumo específico de vapor (steam rate) de uma turbina, CEV = 3600 ÷ Δh, dividindo 3600 (s/h) pela queda de entalpia disponível na turbina (kJ/kg). O resultado, em kg/kWh, indica quantos quilos de vapor são necessários para gerar um quilowatt-hora de energia. Quanto menor o consumo específico, mais eficiente é a conversão: quedas de entalpia maiores (vapor mais quente e maior expansão) reduzem o vapor necessário por kWh. É um indicador prático para comparar turbinas e estimar a vazão de vapor requerida para uma dada potência. Informe a queda de entalpia disponível na turbina.
Eficiência do Ciclo Rankine
Calcula a eficiência térmica de um ciclo Rankine, η = (w_turbina − w_bomba) ÷ q_caldeira × 100%, dividindo o trabalho líquido (trabalho da turbina menos o consumido pela bomba) pelo calor fornecido na caldeira, todos em kJ/kg. O ciclo Rankine é a base das usinas termelétricas a vapor: a água é bombeada, aquecida e vaporizada na caldeira, expande na turbina gerando trabalho e condensa de volta. O resultado, em %, mede quanto do calor da caldeira vira trabalho útil; ciclos reais ficam em 30–45%. Informe o trabalho da turbina, o trabalho da bomba e o calor da caldeira.
Vazão Mássica de Sólidos (Draga)
Calcula a vazão mássica de sólidos transportados por uma draga ou mineroduto, ṁ_s = Q·C_v·ρ_s, a partir da vazão total da polpa Q (m³/s), da concentração volumétrica de sólidos C_v (fração) e da densidade dos sólidos ρ_s (kg/m³). A vazão mássica de sólidos é a MASSA de material útil transportado por unidade de tempo (kg/s, ou toneladas por hora multiplicando), e é o indicador de produção usado quando o que importa é a TONELAGEM — caso típico do transporte de minério por mineroduto (medido em t/h de minério seco) e do processamento mineral. Ela é o produto de três fatores: a vazão da polpa (capacidade da bomba), a concentração de sólidos (quão 'carregada' está a polpa) e a densidade dos sólidos (minérios de ferro, por exemplo, são muito densos, ~5000 kg/m³, então pouca concentração volumétrica já dá alta tonelagem). A vazão mássica de sólidos, integrada no tempo, dá a tonelagem total transportada, base do faturamento e do balanço de massa da operação. Otimizá-la — maximizando a tonelagem por unidade de energia de bombeamento — é o objetivo central da operação de minerodutos, que transportam centenas de milhões de toneladas de minério por ano por longas distâncias com eficiência energética muito superior à de caminhões ou trens. Informe a vazão da polpa, a concentração volumétrica e a densidade dos sólidos.
Trabalho do Compressor (Isentrópico)
Calcula o trabalho específico de compressão num ciclo de refrigeração ideal, W = h₂ − h₁, a diferença de entalpia entre a saída e a entrada do compressor (compressão isentrópica, a entropia constante). É a energia que o compressor adiciona ao refrigerante por quilograma — a 'conta de luz' do ciclo. Junto com o efeito refrigerante, define o COP (COP = efeito refrigerante/trabalho). Informe as entalpias na saída e na entrada do compressor.
Fator de Equivalência de Carga por Eixo
Calcula quantas passagens do eixo padrão equivalem a uma passagem do eixo real, pela lei da potência do dimensionamento de pavimento: fator = (carga do eixo ÷ carga do eixo padrão) elevado ao expoente de dano. É esse fator que converte a contagem de tráfego em número N de solicitações do eixo padrão, que no Brasil é o eixo simples de rodas duplas de 8,2 tf, ou 80 kN. O expoente amplifica a sobrecarga de forma brutal: um eixo 20% mais pesado que o padrão não consome 20% a mais do pavimento, e sim 2,07 vezes, o que explica por que um único caminhão fora do limite legal pesa mais na vida da via do que milhares de automóveis, cujo fator é praticamente zero. O expoente ficou como entrada em vez de fixo em 4, o valor da AASHTO consagrado como lei da quarta potência, porque pavimento rígido e modelos de trincamento por fadiga trabalham com expoentes entre 3 e 5, e o resultado muda de patamar conforme a escolha. Informe a carga do eixo, a carga do eixo padrão e o expoente de dano.
Título de Vapor
Calcula o título (qualidade) de um vapor úmido, x = (h − h_f) ÷ (h_g − h_f), a partir da entalpia da mistura e das entalpias do líquido saturado (h_f) e do vapor saturado (h_g) na mesma pressão. O resultado (entre 0 e 1, ou ×100%) indica a fração mássica de vapor na mistura líquido-vapor: x = 0 é líquido saturado, x = 1 é vapor saturado seco, e valores intermediários representam vapor úmido. O título é essencial em ciclos a vapor para conhecer o estado na saída da turbina (títulos muito baixos causam erosão das pás) e na entrada do condensador. Informe a entalpia da mistura, h_f e h_g.
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