Aula2

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Fontes de Energia e Tecnologia de Conversão
Prof. Augusto Brasil
GERAÇÃO DE ENERGIA
Energia térmica
Energia química
Energia nuclear
Energia mecânica
Energia elétrica
FONTES PRIMÁRIAS DE ENERGIA
Carvão
Petróleo (combustível)
Urânio
Sol
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
Gerador elétrico
Corrente elétrica AC/DC
Redutor de velocidade
RPM
Controlador
Balanço de energia
Sistema
Total Não convertida
Útil
total
útil
E
E

Balanço de energia
Eficiência Eficiência Eficiência Eficiência
Perdas
USINA TERMOELÉTRICA
Central a Vapor - Turbina
O Ciclo Rankine
Central a Vapor - Turbina
Ciclo Fechado
60°C
Central a Vapor - Turbina
Ciclo Aberto
25°C
Central a Vapor - Motor
Motores Alternativos (aberto ou fechado)
Máquinas térmicas
e Ciclo termodinâmico
Fonte quente
Fonte fria
Máquina Trabalho
Qh
Qc
Trabalho = Qh - Qc
ciclociclociclo WQE 
Calor = Trabalho
Máquinas térmicas
e Ciclo termodinâmico
entra
sai
entra
saientra
entra
ciclo
Q
Q
Q
QQ
Q
W


 1
Eficiência térmica
saientra
gz
V
hmgz
V
hmWQ
dt
dE

























22
22

Conservação de energia – Equação geral
Máquinas térmicas
e Ciclo termodinâmico
saientra
gz
V
hmgz
V
hmWQ
dt
dE

























22
22

 
 43
4300
hhmW
hhmW




EFICIÊNCIA

 

Termelétrica

Eficiência de uma Central a Vapor
A eficiência energética de uma central térmica a vapor é a razão entre a
energia elétrica produzida no gerador pela energia do combustível que
alimenta a caldeira, na mesma unidade de tempo
Onde:
ctv
: Eficiência da central térmica a vapor
combcomb
eletr
ctv
PCIm
W


Eficiência de uma Central a Vapor
Levando em conta as eficiências da caldeira/fornalha, da turbina/motor, da
tubulação, etc. Cada uma dessas eficiências é definida como a razão entre a
energia contida na água na saída e na entrada de tais equipamentos:
Onde:
: Eficiência da caldeira
: Eficiência da Turbina
: Eficiência na transferência de calor nos tubos
/ctv cal turb motor tubo     
cald
/turb motor
tubo
× ...
COMPONENTES DE UMA 
TERMELÉTRICA A VAPOR
Caldeira e Fornalha
Caldeira e Fornalha
COMBUSTÍVEIS
Fósseis: Óleo combustível, Carvão, Gás Natural
Renováveis: Bagaço de cana, lixo urbano, metano de aterro...
Geotérmica
Solar
Turbinas
Turbinas de ação
Turbinas de reação
Turbinas de estágio simples
Turbinas de múltiplos estágios
Turbina

Wcomb = Ecomb/t = PCI x mb
Wv = Ev/t = h x mv
Ev = Ecomb x 
Caldeira-Fornalha
Eficiência da Caldeira 1
Novembro 2006 
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250 300 350
Hora do Mês
Ef
ici
ên
cia
 %
 
We = Ee/t Wv = Ev/t = h x mv
Consumo Específico
. . .
Turbina e Gerador
 
We = Ee/t Wv = Ev/t = h x mv
. . .
Wcomb = Eb/t = PCI x mcomb Ev = Ecomb x 
.
combv
combv
combv
combcalv
mm
mm
kgkcalmmkgkcal
PCImmh




48,11
087,0
]/[105007,0]/[640



 
Sistema a diesel
Exemplo
Dimensione uma termelétrica de ciclo a vapor, para gerar 1MW, cujo combustível é o
diesel
Dados disponíveis:
•Eficiência da Caldeira/fornalha = 80%
•PCI = 10500 kJ/kg
•Massa específica do diesel = 820 kg/m3
•Consumo específico da turbina = 7,2kgvapor/kWeh
(potência no gerador elétrico)
•Entalpia de vapor da caldeira (turbina) = 640 kcal/kg
Exemplo
Se o consumo especifico da turbina é de 7,2 kg/kWeh:
Portanto, o consumo de combustível será:
1 Mwe = 7200 kg/h
0,087 x 7200 = 626,4 kg/h ou 763,9 litros/hora
Exemplo
Da tabela abaixo seleciona-se a Caldeira. A caldeira selecionada produz vapor a 
21atm e temperatura do vapor de saída de 217ºC 
Modelo
Produção de Vapor 
(kg/h)
Peso (ton)
MDS-05 1.500 18,00
MDS-06 2.000 21,00
MDS-07 3.000 24,00
MDS-08 4.000 26,00
MDS-09 5.000 28,00
MDS-10 6.000 32,00
MDS-11 7.000 36,00
MDS-12 8.000 43,00
MDS-13 10.000 48,00
MDS-14 12.000 52,00
MDS-15 15.000 56,00
MDS-16 18.000 60,00
MDS-17 20.000 64,00
MDS-18 25.000 68,00
MDS-19 30.000 72,00
Assim, podemos 
determinar: alitros/hor 848,78 diesel de 696 vapor de 8000 
h
kg
h
kg
Resumo
Geração e Eficiência
entra
útil
E
E

Resumo
Geração e Eficiência
entra
útil
E
E

Exercício
Dados do MME apontam o seguinte:
Consumo de energia elétrica na rede 2008-2010, por subsistema (GWh) 
Subsistema 2008 2009 2010
Norte 26.723 26.484 28.175
Nordeste 54.126 54.439 59.404
Sudeste/CO 236.434 232.961 253.798
Sul 67.121 66.729 70.803
SIN 384.404 380.613 412.181
Isolado 8.283 8.075 6.835
Brasil 392.688 388.688 419.016
Exercício
Dados do MME apontam o seguinte:
Brasil e Regiões. Projeção da População Total Residente (mil hab), 2010-2020 
Ano Norte Nordeste Sudeste Sul Centro-Oeste Brasil
2000 12.901 47.742 72.412 25.108 11.637 169.799
2007 14.623 51.543 77.873 26.733 13.223 183.987
2010 15.965 53.300 80.674 27.482 14.140 191.560
Exercício
Pede-se:
1. Com base nos dados mostrados para o ano de 2010, calcule o consumo per capita
para o Sistema Sudeste-CO
2. Faça no Excel (ou outro software de cálculo) um gráfico do crescimento da população
e outro do consumo energético. Determine as funções de crescimento e estime a
população e consumo para o ano de 2020.
3. Para atender a população em 2010 com uma termelétrica a Gás Natural e ciclo a
vapor, se o consumo especifico da turbina é de 4,6 kg/kWeh, qual o custo mensal de
Gás Natural
4. Faça o mesmo cálculo para atender a população em 2020
Propriedades do GN:
Massa específica = 0,78 kg/m3
PCI = 37,9 MJ/m3(n)
Preço = R$ 0,150/m3