Aula07 MaqTer MAQUINA DE FLUXO

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Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
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Máquinas de Fluxo 
 
Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva 
 
 
Escola Politécnica da USP 
Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas 
Mecânicos 
 
 
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• Introdução 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Fontes primárias de energia: óleo, carvão, fissão 
nuclear 
• Produção de vapor e queima direta de gás 
• Formas alternativas de geração de vapor: queima de 
bagaços de cana e cítricos, e uso de concentradores 
solares 
• Usinas termelétricas convencionais: energia perecível 
• Implantação em qualquer ponto de interesse = dispensam-se 
longas linhas de transmissão (diferente de hidrelétricas) 
• Usinas termelétricas alternativas: fontes renováveis 
• Bagaços: queimados no local de produção 
• Solar: restrições de localização = linhas de transmissão 
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• Introdução - Histórico 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Início: vapor 
• Primeiro ciclo completo a vapor: James Watt (1750) 
• Transformação de energia: 
• 1882 - Pearl Street Station, construída por Tomas Alva Edison 
em Nova York: potência instalada útil = 150 kW 
• Recorde mundial de potência para única unidade: 1300 MW 
(usinas nucleares) 
• Instalações a gás: início 
• Dificuldade em se viabilizar quantidade de ar necessária para 
combustão de elevada massa de gás  muito tempo: máquinas 
de combustão interna 
• Máquinas de elevada potência: compressor – máquinas 
estacionárias e embarcadas em navios e aviões 
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• Usinas a vapor 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Ciclo completo a vapor: James Watt (1750) 
• Atualmente: 
tubulação liga 4 e 1 + 
válvula de retenção 
do vapor 
• Turbinas: maior 
complexidade – 
trabalho transferido = 
variação de pressão e 
velocidade do vapor 
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• Usinas a vapor 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Processos impostos à água durante o ciclo 
térmico de realização de trabalho em termelétricas 
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• Usinas a vapor: Usinas Nucleares 
Aproveitamentos Termelétricos 
Reator nuclear 
Combustíveis:Urânio-235, 
238, Plutônio-238, etc. 
 
Moderador: água leve, água 
pesada, CO2, etc. 
 
Material de controle: 
Cádmio ou boro, utilizado 
para finalizar as reações em 
cadeia. 
 
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• Usinas a vapor: Usinas Nucleares 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Combustível: urânio ou tório (urânio: mais usado) 
• Forma de transferência de energia no reator: água sob 
pressão, água fervente, ou sódio líquido sob pressão 
• Usina nuclear com água sob pressão: 
• Ciclo secundário: 
realização de trabalho 
• Gerador de vapor: 
vapor supersaturado - 
• T>600oC 
• P>3000kPa 
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• Usinas a vapor: Usinas Nucleares 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Primário: para aquecimento do sódio; 
• Secundário: para geração de vapor. 
Usina nuclear com água sob pressão, 
porém com uso de dois ciclos de sódio. 
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• Usinas a vapor: Usinas Nucleares 
Aproveitamentos Termelétricos 
Usina nuclear com água fervente 
Vapor superaquecido (contaminado) atuando 
diretamente nas turbinas 
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• Usinas a vapor: Usinas Nucleares 
Aproveitamentos Termelétricos 
Usina nuclear Grafenrheinfeld (Alemanha) 
Rio Reno 
Torres de 
resfriamento 
Reator nuclear 
Potência nominal: 1300 MW 
Características Gerais 
 
• Operam com temperaturas 
elevadas; 
 
• Exigem grandes volumes 
de água para resfriamento; 
 
• Reduzida área para 
instalação da usina; 
 
• Permite ser construída 
próxima ao centro de 
demanda. 
 
Exemplo 
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• Usinas a vapor: Usinas Nucleares 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Exemplo: Usina Nuclear Mülheim-Kärlich (construtor 
BBC) 
• Dados operacionais: 
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• Usinas a vapor: Usinas Convencionais 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Combustível: carvão ou óleo 
• Mais recentemente: bagaço de cana, frutas e lixo 
• Usina convencional por queima de óleo: 
7. 
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• Usinas a vapor: Usinas Convencionais 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Exemplo: Usina de Piratininga (margens do canal do 
Rio Pinheiros) 
• Potência instalada original: 470MW = queima de óleo 
• Recentemente: susbstituição por queima de gás natural 
boliviano e da bacia de Campos 
• Dados da Usina quando operava com óleo: 
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• Usinas a vapor: Usinas Convencionais 
Aproveitamentos Termelétricos 
Usina por queima de lixo ou biomassa 
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• Usinas a vapor: Usinas Convencionais 
Aproveitamentos Termelétricos 
Usina por queima de carvão mineral 
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• Usinas a vapor: Usinas Convencionais 
Aproveitamentos Termelétricos 
Usina por queima de carvão natural 
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• Usinas a vapor: Usinas Convencionais 
Aproveitamentos Termelétricos 
Usina termelétrica a vapor gerado por energia solar 
Características: operam apenas durante o dia e instaladas em regiões 
desérticas (intensa incidência solar) 
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• Usinas a gás 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Turbinas movidas pelos gases da combustão de mistura 
gás-ar 
• Desenho esquemático do ciclo de uma usina termelétrica 
a gás: 
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• Usinas a gás 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Desenho esquemático do ciclo de um motor a gás 
compacto – aeronaves 
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• Usinas a gás 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Forma 
construtiva: ar 
frio envolve 
gases de 
combustão = 
menos ruídos 
• Motor Rolls-Royce 
• Turbina otimizada para Airbus A350 XWB family, 
civil 
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• Usinas a gás 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Operação 
contínua 
 
 
• Operação 
cíclica 
• Comparação de operação: motor a gás e de 
combustão interna 
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• Usinas a ciclo combinado gás-vapor 
Aproveitamentos Termelétricos 
• Rejeição de gases de combustão em turbinas a gás 
= aquecimento da água = aumento de rendimento