Módulo 3 Ciclo Regenerativo Aquecedores abertos e fechados

Prévia do material em texto

ENERGIA TÉRMICA
AQUECEDORES DE ÁGUA DE 
ALIMENTAÇÃO ABERTOS
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Regeneração: processo 
que pode ocorrer 
utilizando um aquecedor 
de água de alimentação 
aberto – espécie de 
trocador de calor de 
contato direto no qual 
correntes em diferentes 
temperaturas se 
misturam para formar 
uma corrente a uma 
temperatura 
intermediária
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
O fluido de trabalho 
passa 
isentropicamente 
através dos estágios de 
turbina e bomba e o 
escoa através do 
gerador de vapor, 
condensador
O aquecimento da 
água de alimentação 
ocorre sem queda de 
pressão em qualquer 
um dos componentes.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
O vapor de água 
entra na turbina de 1º 
estágio em um 
estado 1 e se 
expande até um 
estado 2
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
estado 2: fração do 
escoamento total é 
extraída, ou 
sangrada, para o 
interior de um 
aquecedor de água 
de alimentação 
aberto, operando na 
pressão de extração, 
P2. 
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
O vapor restante se 
expande através da 
turbina de 2º estágio 
até o estado 3. 
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
vapor restante: essa 
parte do escoamento 
total é condensada 
para líquido saturado 
(estado 4), e então 
bombeada até a 
pressão de extração 
e introduzida no 
aquecedor de água 
de alimentação 
(estado 5).
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Uma única corrente 
misturada deixa o 
aquecedor de água 
de alimentação no 
estado 6.
As vazões mássicas das 
correntes que entram no 
aquecedor de água de 
alimentação estão no estado de 
líquido saturado na pressão de 
extração. 
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
O Líquido no estado 
6 é então bombeado 
até a pressão do 
gerador de vapor e 
entra no gerador de 
vapor no estado 7. 
O fluido de trabalho 
é aquecido no 
gerador de vapor do 
estado 7 até o estado 
1.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Análise do Ciclo
é a taxa na qual a 
massa entra na 
turbina de 1º estágio 
no estado 1, 
é a taxa na qual a 
massa é extraída e 
sai no estado 2
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Análise do Ciclo
é taxa na qual a 
massa na qual sai da 
turbina de 2º estágio 
no estado 3
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Análise do Ciclo
Dividindo-se a 
equação por 
resulta uma 
expressão
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Análise do Ciclo
Representando a 
fração da corrente 
extraída no estado e 
por y:
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Análise do Ciclo
fração y: pode ser 
determinada 
aplicando-se os 
princípios de 
conservação de 
massa e de energia 
em um volume de 
controle em torno do 
aquecedor de água 
de alimentação. 
Análise do Ciclo
Admitindo-se que não haja TC entre o aquecedor de água de 
alimentação e sua vizinhança e ignorando os efeitos de energia 
cinética e potencial, os balanços das taxas de massa e energia 
reduzem-se, em regime estacionário a:
Resolvendo-se para 
y:
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Turbina:
Bomba:
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Gerador de vapor:
Condensador:
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Em um sistema de potência a vapor, existe pelo menos 
um aquecedor de água de alimentação aberto 
operando a uma pressão maior que a pressão 
atmosférica, de forma que o oxigênio e outros gases 
possam ser retirados do ciclo. 
Esse procedimento é conhecido como desaeração e é 
necessário para manter a pureza do fluido de trabalho de 
forma a minimizar a corrosão.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE 
ALIMENTAÇÃO FECHADOS
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
O aquecimento regenerativo da água de alimentação
também pode ser realizado com aquecedor de água de
alimentação fechado.
Aquecedores fechados são recuperadores do tipo casco
e tubo nos quais a temperatura da água de alimentação
aumenta a medida que o vapor extraído condensa no
exterior dos tubos que transportam a água de
alimentação. Dessa forma as duas correntes não se
misturam e elas podem estar a pressões diferentes.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
Remoção do condensado 
é realizada por uma 
bomba cuja função é 
bombear o condensado 
para um ponto de 
pressão mais elevada no 
ciclo.
condensado de aquecedores 
de água de alimentação 
fechados
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
Condensado passa através 
de um purgador para dentro 
de um aquecedor de água de 
alimentação, operando a 
uma pressão mais baixa ou 
para dentro do condensador. 
Um purgador é um tipo de 
válvula que permite a 
passagem apenas de líquido 
para uma região de pressão 
mais baixa.
condensado de aquecedores 
de água de alimentação 
fechados
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
Modelo de ciclo de 
potência a vapor 
regenerativo que 
tem um aquecedor 
de água de 
alimentação 
fechado com o 
condensado 
purgado para o 
condensador
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
O fluido de trabalho 
passa isentropicamente
através dos estágios de 
turbina e bombas e, não 
há quedas de pressão 
associados ao 
escoamento através de 
outros componentes.
O diagrama T-s mostra 
os principais estados do 
ciclo.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
O escoamento total de 
vapor se expande 
através da turbina de 
primeiro estágio de um 
estado 1 até um estado 
2. Nesse ponto uma 
fração do escoamento 
total é extraída, ou 
sangrada, para o interior 
de um aquecedor de 
água de alimentação 
fechado, onde 
condensa. 
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
Líquido saturado à 
pressão de extração sai 
do aquecedor de água 
de alimentação no 
estado 7. O condensado 
é então purgado para o 
condensador onde se 
reúne à fração do 
escoamento 
proveniente da turbina 
de 2º estágio.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
A expansão do estado 7 
para o estado 8 através 
do purgador é 
irreversível, como 
mostra o diagrama T-s.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
O escoamento total 
saindo do condensador 
como líquido saturado 
no estado 4 é 
bombeado até a pressão 
no gerador de vapor e 
entra no aquecedor de 
água de alimentação no 
estado 5. 
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
FECHADOS – VAPOR REGENERATIVO
A água de alimentação 
então sai no estado 6. O 
ciclo é então 
completado à medida 
que o fluido de trabalho 
é aquecido no gerador 
de vapor a pressão 
constante, do estado 6 
para o estado 1.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE 
ALIMENTAÇÃO MÚLTIPLOS –
VAPOR REGENERATIVO
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
MÚLTIPLOS – VAPORREGENERATIVO
A eficiência térmica do ciclo regenerativo pode ser
aumentada:
• incorporação de vários aquecedores de água de
alimentação
• pressões adequadamente escolhidas.
O número de aquecedores de água de alimentação
utilizados é baseado em considerações econômicas já
que os aumentos indiscriminados na eficiência térmica
alcançada com cada aquecedor adicional devem
justificar o aumento do custo (aquecedor, tubulações,
bombas, etc.).
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
MÚLTIPLOS – VAPOR REGENERATIVO
Os projetistas de instalações de potência utilizam
programas de computador para simular:
• desempenho termodinâmico
• retorno econômico de diferentes projetos,
Objetivo: ajudá-los a decidir sobre o número de
aquecedores a ser utilizado, tipos de aquecedores e as
pressões nas quais eles devem operar.
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
MÚLTIPLOS – VAPOR REGENERATIVO
Exemplo