Aula_4_ Ciclo de Rankine_Aula Pratica_Docente

Prévia do material em texto

Aplicações das Leis da Termodinâmica na Produção de Energia Elétrica
Aula Prática 
Ciclo de Rankine
Docente: MSc. Eng. Fernando Chachaia
11/8/2021
1
CICLOS DE RANKINE 
O ciclo de Rankine contorna algumas dificuldades do ciclo de Carnot para a utilização prática em ciclos de potência. Há diversas variâncias do ciclo, mas começaremos pelo ciclo de Rankine simples. 
O ciclo de Carnot é uma teorização de um ciclo em que se poderia obter a máxima eficiência térmica, como já dito, e não está associado com qualquer máquina, equipamento ou propriedades do fluido de trabalho. 
11/8/2021
2
CICLOS DE RANKINE 
11/8/2021
3
Ciclo de Carnot
11/8/2021
4
CICLOS DE RANKINE 
Os equipamentos para a realização do ciclo de Rankine continuam ainda os mesmos que os de Carnot. O balanço energético de cada componente é dado abaixo, desprezando a energia cinética e potencial: 
11/8/2021
5
CICLOS DE RANKINE 
11/8/2021
6
CICLOS DE RANKINE 
11/8/2021
7
EXERCICIO 1
Um ciclo de Rankine simples opera com água entre as pressões de 10 kPa e 15 MPa. Determine: 
A eficiência térmica do ciclo de Carnot equivalente 
A eficiência térmica do Ciclo – compare e comente 
A vazão mássica de água necessária por unidade de potência produzida (kg/kWs). 
11/8/2021
8
Solução 
11/8/2021
9
Solução 
11/8/2021
10
Solução
11/8/2021
11
Solução
11/8/2021
12
Solução
11/8/2021
13
Solução
11/8/2021
14
Ciclo de Rankine com Superaquecimento 
11/8/2021
15
EXRCICIO 2
Um ciclo de Rankine com superaquecimento opera com água entre as pressões de 10kPa e 4MPa e uma temperatura final de superaquecimento de 600 oC. Determine: 
As trocas térmicas em cada equipamento (gerador de vapor, superaquecedor e condensador) 
A eficiência térmica do ciclo. 
O consumo de vapor de água necessário por unidade de potência produzida (kg/KWh). 
11/8/2021
16
Solução
11/8/2021
17
Solução
11/8/2021
18
Solução
11/8/2021
19
EXERCICIO 3
Um ciclo de Rankine com reaquecimento opera com água entre as pressões de 10kPa e 15MPa e uma temperatura final de superaquecimento de 550oC. A turbina consiste de dois estágios, sendo que no estágio de alta pressão, o vapor é expandido até 1MPa. Posteriormente, o vapor é reaquecido até a temperatura de 550oC. Determine: 
As trocas térmicas em cada equipamento (gerador de vapor, superaquecedor, reaquecedor e condensador) 
A eficiência térmica do ciclo.
O consumo de vapor de água necessário por unidade de potência produzida (kg/kWh). 
11/8/2021
20
20
Solução
11/8/2021
21
11/8/2021
22
11/8/2021
23
11/8/2021
24
11/8/2021
25
11/8/2021
26
Perdas no Ciclo de Rankine 
EXERCICIO 4
Uma central térmica a vapor opera segundo o ciclo indicado na figura abaixo. Sabendo que a eficiência da turbina é de 86% e que a eficiência da bomba é de 80%, determine o rendimento térmico deste ciclo. Construa o diagrama T-S para o ciclo apresentado. Utilize a tabela de saturação para água e vapor de água e considere que os processos ocorrem em regime permanente. 
Os dados referentes a cada ponto do ciclo são apresentados no slide asseguir: 
11/8/2021
27
11/8/2021
28
Solução
11/8/2021
29
11/8/2021
30
11/8/2021
31
11/8/2021
32
O CICLO DE BRAYTON SIMPLES 
11/8/2021
33
O CICLO DE BRAYTON SIMPLES 
Balanço térmico dos equipamentos 
11/8/2021
34
O CICLO DE BRAYTON SIMPLES
Diagramas importantes 
11/8/2021
35
O CICLO DE BRAYTON SIMPLES
Diagramas importantes
11/8/2021
36
11/8/2021
37
11/8/2021
38
11/8/2021
39
11/8/2021
40
O CICLO DE BRAYTON SIMPLES 
Exercicio 1 
Uma turbina a gás simples foi projetada para operar nas seguintes condições: 
Temperatura máxima do ciclo: T3=840 oC; Temperatura de admissão do ar: T1=15 oC ; Pressão máxima do ciclo: P3 =520 kPa; Pressão mínima: P1=100 kPa; outros dados: k = 1,4 e CP = 1 kJ/kg 
Determine: 
o rendimento ou eficiência térmica do ciclo; 
o trabalho do compressor; 
o trabalho na turbina; 
o trabalho líquido do ciclo; 
a vazão de ar necessária para produzir 1 kW; 
a temperatura T4 na seção de saída. 
11/8/2021
41
Solução
11/8/2021
42
11/8/2021
43
11/8/2021
44
O Ciclo Brayton Simples com ineficiências
11/8/2021
45
O Ciclo Brayton Simples com ineficiências
11/8/2021
46
O Ciclo Brayton Simples com ineficiências
11/8/2021
47
O Ciclo Brayton Simples com ineficiências
11/8/2021
48
O Ciclo Brayton Simples com ineficiências
11/8/2021
49
O Ciclo Brayton Simples com ineficiências
11/8/2021
50
O Ciclo Brayton Simples com ineficiências
11/8/2021
51
O Ciclo Brayton Simples com ineficiências
11/8/2021
52
11/8/2021
53
11/8/2021
54
11/8/2021
55
11/8/2021
56
O Ciclo BRAYTON com Regenerador ou Recuperador de Calor 
11/8/2021
57
O Ciclo BRAYTON com Regenerador ou Recuperador de Calor 
11/8/2021
58
11/8/2021
59