Aula ciclo pot vapor

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Engenharia Mecânica
Prof.: Eng. Msc. Alan C. Pousa
alan.pousa@prof.una.br
Máquinas térmicas I
Máquinas Térmicas
É um dispositivo que opera segundo um ciclo ou processo
termodinâmico.
Máquinas Térmicas
Foram desenvolvidas com a finalidade de converter energia térmica
em trabalho ou para troca térmica. Quando converte energia térmica em
trabalho, seu desempenho é expresso em termos da eficiência térmica:
Componentes de Uma Planta a Vapor
Ciclo Rankine Ideal
Processo 1-2: Expansão isentrópica;
Processo 2-3: Rejeição de Calor a p=cte;
Processo 3-4: Compressão isentrópica;
Processo 4-1: Admissão de Calor a p=cte.
Primeira Lei da Termodinâmica
Simplificações comuns:
• Apenas 1 entrada e 1 saída;
• Variações de energia cinética e potencial são desprezíveis;
Onde:
Convenções
• Transferência de calor para um sistema e trabalho realizado por um sistema
são positivos;
• Transferência de calor de um sistema e trabalho realizado sobre um sistema
são negativos;
Sistema de Potência a Vapor
Ciclo Rankine Ideal
• Para a turbina a vapor:
• Para o condensador:
• Para a bomba:
• Para a caldeira:
Ciclo Rankine Ideal
• Trabalho do ciclo:
• Rendimento:
• B. energia do ciclo: − = −
= 1 −
Ciclo Rankine Ideal
Exemplo 1) Utiliza-se vapor como fluido de trabalho em um ciclo ideal
Rankine. O vapor saturado sai da caldeira a 2 Mpa e o líquido saturado deixa o
condensador a 10 kPa. A potência líquida de saída do ciclo é de 25 MW.
Determine para o ciclo:
a) A eficiência térmica;
b) A razão de trabalho reverso (bwr);
c) O fluxo de massa de vapor (kg/s);
d) A taxa de transferência de calor ( ) fornecida ao fluido de trabalho que
passa pela caldeira em MW;
e) A taxa de transferência de calor ( ) que sai do vapor condensado ao
passar pelo evaporador em MW;
f) O fluxo de massa da água de resfriamento no condensador, em kg/s, se a
água entra no condensador a 15°C e sai a 35°C.
Efeito da pressão (Caldeira e Cond.)
Principais Irreversibilidades e Perdas
• Turbina:
• Bomba:
Ciclo Rankine Irreversível - Exemplo
Exemplo 2) Uma usina de potência a vapor d’água opera segundo o ciclo
mostrado abaixo. Se a eficiência isoentrópica da turbina é de 87% e a eficiência
isoentrópica da bomba é de 85%. Determine:
a) A eficiência térmica do ciclo;
b) A potência líquida da usina para um fluxo de massa de 15 kg/s.
Superaquecimento e Reaquecimento
Ciclo com Reaquecimento - Exemplo
Num ciclo Rankine com Superaquecimento e Reaquecimento, vapor de água entra na
turbina de primeiro estágio a 8,0 MPa e 480 °C e expande até 0,7 MPa. Então é
reaquecido até 440 °C, antes de entrar na turbina condensante, para expandir-se até
0,0075 MPa. A potência líquida do ciclo é 100 MW. Se os estágios da turbina e a
bomba são isentrópicos, determine: a) A eficiência térmica do ciclo; b) A vazão
mássica de vapor, em kg/h; c) O calor rejeitado no condensador, em MW. Discuta o
efeito do reaquecimento.
Aquecimento regenerativo
Ciclo com Regeneração – Exemplo
Considere um ciclo a vapor regenerativo com um aquecedor aberto. Vapor entra na
turbina de AP a 8,0 MPa e 480 °C e expande até 0,7 Mpa, donde se extrai vapor para o
aquecedor de água tipo aberto que opera a 0,7 MPa. O vapor resultante expande-se até
0,0075 Mpa (todas as pressões indicadas como 0,008 Mpa deverão ser alteradas para
0,0075 Mpa nas figuras abaixo). Líquido saturado sai do aquecedor a 0,7 MPa. Os estágios
de turbina possuem uma eficiência de 85% e as bombas operam isentropicamente. Se a
potência líquida do ciclo é 100 MW, determine: a) A eficiência térmica do ciclo; b) A vazão
mássica de vapor que entra no primeiro estágio de turbina, em kg/h. Considere a entropia
no ponto 2 igual a 6,8606 kJ/kgK.
Componentes de uma planta vapor
Caldeira ou Gerador de vapor
Turbina a vapor
Estação de condensação
Condensador – Esquema construtivo
1- Carcaça do condensador, 2- Placa de tubos, 3- Tubos, 4- Tampas laterais, 5- Câmaras
de ‘água, 6- Entrada da água de resfriamento, 7- Saída da água de resfriamento, 8-
Garganta do condensador, 9- Coletor de condensado, 10- Tubulação para a sucção do ar.
Condensador resfriado a ar
De ação direta
De ação indireta
Condensador resfriado a ar e água