Centrais Termelétricas a Vapor

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Centrais Termelétricas a Vapor
 Ouro Preto, 6 de julho de 2011
Universidade Federal de Ouro Preto
Departamento de controle e Automação
Termodinâmica Técnica – CAT 134
Definição:
Instalação Industrial usada para geração de Energia Elétrica a partir de Energia Térmica.
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Usinas Térmicas Convencionais:
Consiste na queima de um combustível, transformando água em vapor com o calor gerado na caldeira;
Utilização deste vapor, em alta pressão, para girar a turbina, que por sua vez, aciona o gerador elétrico;
Vapor é condensado, transferindo o resíduo de sua energia térmica para um circuito independente de refrigeração, retornando a água à caldeira;
Energia Elétrica entregue a linha de transmissão.
Usinas Térmicas Convencionais:
Fluxograma Centrais Termoelétricas
Transformações:
Energia Química armazenada na estrutura dos Combustíveis – Combustão, converte a Energia Química em Energia Térmica;
A expansão do vapor nos cilindros da máquina ou nos injetores e palhetas da turbina – Energia Térmica do Vapor em Energia Mecânica;
Energia Mecânica disponível na Turbina, aciona o Gerador Elétrico – Converte uma grande proporção da Energia Mecânica que recebe, em Energia Elétrica.
Transformações:
Rendimentos: A tabela abaixo mostra, aproximadamente, a que se reduzem cada 100 unidades de Energia Térmica existentes inicialmente no carvão, numa boa e eficiente usina termelétrica da atualidade, operando nas melhores condições.
Transformações:
Fluxo das transformações: Percurso da Energia (expresso em unidades de Potência) num típico sistema elétrico, desde a Energia Química no combustível, até o ponto de utilização.
Vantagens:
Possibilidade de localização próxima aos centros consumidores;
Diminuição da extensão das linhas de transmissão – Minimizando as perdas de energia em até ≈ 16%;
 Disponibilidade de Combustíveis.
Desvantagens:
 Custo: Combustível e Transporte;
 Impacto Ambiental;
 Baixa Eficiência.
Emissão de gases na atmosfera
Ciclos
 O ciclo fundamental teórico aplicado é o ciclo de Carnot; 
Aplicações práticas, ciclo de Rankine – Fluido trabalha num ciclo fechado, com constante reutilização;
Ciclo de Rankine descreve a operação de turbinas a vapor;
Ciclo que possui maior representatividade na geração de energia a partir do vapor d´agua.
Ciclo Rankine
Fluxograma – Ciclo de Rankine
Processo Termodinâmico
1 – 2 : fluido de trabalho é bombeado de uma pressão baixa para uma pressão alta utilizando-se uma bomba;
2 – 3 : O fluido pressurizado entra numa caldeira, onde é aquecido a entropia constante até se tornar vapor superaquecido;
3 – 4 : O vapor superaquecido expande através de uma turbina para gerar trabalho, a temperatura se reduz;
4 – 1 : O vapor então entra num condensador, onde ele é resfriado até a condição de líquido saturado.
Ciclo Rankine – Real 
Processo não Isoentrópico
Rendimento Menor
Ciclo Rankine Regenerativo
Ciclo Rankine com Reaquecimento
2ª Lei da Termodinâmica
"A quantidade de entropia de qualquer sistema isolado termodinamicamente tende a incrementar-se com o tempo, até alcançar um valor máximo“
Eficiência Teórica
2ª Lei da Termodinâmica
Situação Real
Temperatura Ambiente: T2 = 25 + 273 = 298K 
Aço e outros materiais: T1 = 600 + 273 = 873 K 
η = (1 – 298/873).100 = 66% 
Termelétricas X Hidrelétricas
Centrais Elétricas
Termelétrica
Hidroelétrica
Custo médio (MWh)
US$ 35,00
US$ 18,00
Eficiência
25% a 35%
85% a 95%
ImpactoAmbiental
Atmosfera
Reservatório
Linha de transmissão
Pequena
Grande
Produção– Energia Elétrica ( Brasil)
25%
70%
Fonte: ANEEL, 2011.
Conclusão:
Bibliografia:
http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.asp;
http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/segunda_lei/segunda_lei.html;
http://www.scribd.com/doc/47429858/CICLO-DE-RANKINE;
http://ambientes.ambientebrasil.com.br/energia/termeletrica/usina_termeletrica.html.