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.
Resultado
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Título de vapor (qualidade)
Na região de saturação, água líquida e vapor coexistem em equilíbrio, e o título (x), ou qualidade do vapor, diz qual a fração mássica que já virou vapor. Ele se calcula interpolando a entalpia da mistura entre os dois extremos: x = (h − h_f) ÷ (h_g − h_f), onde h_f é a entalpia do líquido saturado (todo líquido, x = 0) e h_g a do vapor saturado seco (todo vapor, x = 1), ambas tabeladas para a pressão de saturação. Um título de 0,6 significa que 60% da massa é vapor e 40% ainda é líquido (gotículas suspensas). O título é uma grandeza-chave em ciclos a vapor por dois motivos práticos. Na saída da turbina, o vapor já expandiu e esfriou, ficando úmido; títulos baixos demais (abaixo de ~0,88) significam muitas gotas de água batendo nas pás a alta velocidade, causando erosão — por isso se usa superaquecimento e reaquecimento para manter o título alto. E na entrada do condensador, o título indica quanto calor ainda há a remover. A mesma definição vale com entropia ou volume no lugar da entalpia. Informe a entalpia da mistura, h_f e h_g.
Ferramentas Relacionadas
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.
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.
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.
Pressão Assintótica de Silo
Calcula a pressão vertical assintótica (de saturação) de um silo profundo, p_∞ = (γ·D) ÷ (4·μ·K), a partir do peso específico do produto γ, do diâmetro D, do coeficiente de atrito produto-parede μ e da relação de pressão lateral K. Este é o valor LIMITE para o qual a pressão vertical de Janssen tende a grandes profundidades — o máximo que a pressão no fundo de um silo pode atingir, por mais alto que seja o produto armazenado. É o resultado mais notável da teoria de Janssen: enquanto em um líquido a pressão cresceria sem limite com a altura (p = γ·h), em um produto granular o ATRITO DE PAREDE absorve todo o peso adicional acima de certa profundidade, fazendo a pressão no fundo SATURAR. Por isso um silo de 30 m de grãos pode ter no fundo uma pressão equivalente a apenas alguns metros de coluna do produto. Essa pressão assintótica é fundamental no dimensionamento: ela define a carga máxima de fundo e de parede que a estrutura precisa suportar, independentemente da altura, e explica por que silos podem ser construídos esbeltos e altos com fundações relativamente modestas. Note que ela é proporcional ao diâmetro e inversamente proporcional ao atrito — silos largos e de paredes lisas geram pressões maiores. Informe o peso específico, o diâmetro, o coeficiente de atrito e a relação de pressão lateral.
Carga de Condensado no Aquecimento (Vapor)
Calcula a vazão média de condensado gerada durante o aquecimento inicial de uma linha ou equipamento de vapor, m = M × c_p × (T_final − T_inicial) ÷ (h_fg × t), ou seja, o calor sensível absorvido pelo metal frio dividido pelo calor latente do vapor e pelo tempo em que se quer completar o aquecimento. É essa vazão média do período de aquecimento, comparada com a de regime, que dimensiona o purgador — vale a maior das duas, com fator de 2 a 3 sobre a de aquecimento, porque o pico no minuto inicial é bem acima da média: no arranque a tubulação fria condensa muito mais vapor do que depois de aquecida, e um purgador escolhido só pela carga de regime alaga a linha e provoca golpe de aríete. Aço-carbono tem calor específico em torno de 0,49 kJ/kg·K, e o calor latente cai conforme a pressão sobe — a 170 °C (cerca de 7 bar manométricos) vale aproximadamente 2049 kJ/kg. Informe a massa de metal, o calor específico, as temperaturas inicial e final, o calor latente do vapor e o tempo de aquecimento.
Função J de Leverett
Calcula a função J de Leverett, que normaliza a pressão capilar pela tensão interfacial, pelo ângulo de contato e pela raiz da razão entre permeabilidade e porosidade. Serve para reunir curvas de pressão capilar de amostras com propriedades diferentes numa única curva de rocha-tipo. Informe a pressão capilar, a tensão interfacial, o ângulo de contato, a permeabilidade em milidarcy e a porosidade.
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