Aula 4 Exercicio Ciclo Combinado (1)

Prévia do material em texto

1 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
ESCOLA DE ENGENHARIA 
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
MEC 111 - Simulação e Otimização de Sistemas Térmicos 
 
Aluno: João Vicente Akwa 
Número: 00174863 
 
Exercício 6 – Simulação de um ciclo combinado: ciclo Brayton mais de Rankine com 
gerador de vapor por recuperação de calor. 
 
Neste trabalho, realizou-se a concepção de um modelo de sistema térmico para geração 
de energia elétrica a partir da combustão de gás natural. Juntamente com a concepção desse 
modelo, um programa de computador foi desenvolvido com o auxílio do software Engineering 
Equation Solver (EES) para executar simulações das condições operacionais de tal modelo de 
sistema. O sistema concebido opera segundo o ciclo Brayton, sendo que os resíduos gasosos 
desse sistema são reaproveitados por um subsistema que opera segundo o ciclo de Rankine. Com 
a programação em EES, simularam-se as condições operacionais do sistema para uma condição 
na qual boa eficiência fosse encontrada, com pouca disponibilidade energética sendo rejeitada 
para a atmosfera através da liberação dos produtos da combustão e sem que ocorressem situações 
nas quais houvesse líquido ou vapor nas bombas do ciclo de Rankine durante a operação. 
 
Concepção do Sistema e Escolha das Variáveis Independentes 
 
Utilizando os dados de eficiências dos equipamentos, de estados termodinâmicos e de 
entrada do sistema, fornecidos no enunciado do trabalho anterior e nos dados tabelados para a 
planta CGAM, realizou-se a concepção de um sistema que opera combinando a operação do 
sistema CGAM, que opera segundo o ciclo Brayton, com um sistema que opera segundo o ciclo 
de Rankine. Os equipamentos foram distribuídos com a finalidade de fazer-se operar um ciclo de 
Rankine a partir da saída de gases do sistema CGAM, que rejeita gases aquecidos após a 
expansão dos mesmos na turbina a gás, que gera eletricidade. Desta forma, considerou-se que, 
esses gases, ao invés de terem sua energia térmica recuperada em um pré-aquecedor de gases de 
combustão dentro do sistema CGAM, têm essa energia recuperada no gerador de vapor do ciclo 
de Rankine concebido. A energia térmica dos gases é transferida ao fluido de trabalho do ciclo 
de Rankine de forma que no ponto c de operação os gases de combustão sejam rejeitados para o 
ambiente a temperatura de 298,15 K e a 1,013 bar, indicando baixa disponibilidade energética 
(condição próxima ao “estado morto”). A energia térmica aproveitada dos gases gera vapor 
superaquecido a 773,15 K e a 60 bar que é expandido em uma turbina a vapor composta por três 
estágios, produzindo potência elétrica por meio de um gerador conectado ao eixo da turbina. O 
esquema de ciclo proposto pode ser analisado na figura a seguir. 
Após a expansão na turbina a vapor, calor do fluido de trabalho é rejeitado para a 
atmosfera a 298,15 K e a 1,013 bar. Antes disso, parte do vapor é extraído do estágio de baixa 
pressão da turbina e têm parte de sua energia térmica recuperada através do regenerador 2 (de 
baixa pressão). O fluido é condensado até 5 K abaixo da temperatura de saturação a uma pressão 
de 0,5 bar (baixa pressão no condensador). O condensado é bombeado por uma bomba de 
2 
 
condensado até um desaerador. Enquanto se dirige ao desaerador, recebe calor do regenerador 2. 
O desaerador recebe parte do vapor que expande pelo estágio de média pressão da turbina a fim 
de evitar a cavitação na bomba principal pelo aumento da pressão do fluido que se dirige a 
mesma. Parte do vapor gerado no gerador de vapor é enviado ao regenerador de alta pressão com 
a finalidade de esquentar o fluido de trabalho até um estado que esse tenha seu título igual a 1, 
necessitando-se de menor quantidade de calor para vaporizá-lo posteriormente no gerador de 
vapor. A bomba principal é a responsável por elevar a pressão do fluido de trabalho à pressão da 
entrada do gerador de vapor que recupera a energia térmica dos gases de saída do sistema 
CGAM. Todos esses equipamentos operam seguindo o ciclo de Rankine, lembrando que o 
compressor, câmara de combustão e turbina a gás do sistema CGAM operam segundo o ciclo 
Brayton. 
Os estados termodinâmicos envolvidos na operação do ciclo, assim como os balanços de 
massa e energia, podem ser calculados considerando-se os valores propostos no enunciado do 
trabalho anterior assim como os valores tabelados pêra o sistema CGAM (Bejan et al., 1996). 
Tais valores são os parâmetros do sistema. Outros parâmetros adicionais também precisam ser 
atribuídos para que se possam obter todas as condições de operação do ciclo. Já, outros 
parâmetros destes, podem eventualmente ter seus valores variados com a finalidade de simular e 
otimizar a operação do ciclo. Todos os demais parâmetros são dependentes das condições pré-
definidas. As principais variáveis envolvidas nos cálculos de operação do ciclo são enumeradas 
na tabela a seguir. 
 
 
3 
 
Variáveis Independentes Variáveis Dependentes 
(d) entrada dos gases a 298,15 K e a 1,013 bar (3) vazão gerada de vapor m 
(c) saída dos gases a 298,15 K e a 1,013 bar p9a1 = p9a2 =p9b = p10 = p9 = p8 
(3) vapor superaquecido gerado a 773,15 K e 60 bar entalpias, entropias e exergias nos demais estados 
(4) p4 em percentual de p3 calores trocados no gerador de vapor, regeneradores e condensador 
(5) p5 em percentual de p4 trabalho nas bombas 
(6) p6a = p6b = p7 = p6 = 0,5 bar trabalho nas turbinas 
atmosfera a 300 K e 1 bar potência e rendimento total do sistema 
vazões na 2ª e 3ª sangrias como percentual de m balanços energéticos e exergéticos 
dados de rendimento dos equipamentos trabalho no compressor 
p1 = p12 = p11 = p10 = p2 = p3 = p9a1 = p9a2 = 60 bar 
vazão total de vapor e fração desviada no regenerador de 
alta pressão 
h9a1 = h3 
h6a = h6 
p9b = p4 = p10 = p9 = p8 
h9b = h4 
perda de carga nos equipamentos do ciclo CGAM 
razão de compressão do compressor: rc = 10 
vazão de ar e de metano no ciclo CGAM 
dados de composição dos fluidos de trabalho 
(7) sub resfriamento de 5 K 
eficiências isoentrópicas do compressor e da turbina a 
gás: ηsc = 0,878 e ηst = 0,865 
 
perda de calor para o meio na câmara de combustão: 
2% do PCI do metano 
 
Balanços Energéticos e Exergéticos Necessários para a Elaboração da Programação 
 
Fazendo-se as considerações anteriores, um programa, utilizando o software Engineering 
Equation Solver – EES foi elaborado para realizar o cálculo das condições operacionais do ciclo. 
O software concebido pode ser utilizado visando-se obter as condições ótimas de operação do 
ciclo, através da variação de alguns parâmetros independentes do sistema, como a fração da 
vazão principal que é extraída pelas sangrias nos estágios da turbina e o percentual de expansão 
do vapor a cada um dos estágios; assim como a alteração das razões ar-combustível e das 
temperaturas na operação da turbina a gás. 
Para a concepção do programa, balanços de massa, energéticos e exergéticos foram feitos 
para cada componente do sistema. Para análise exergética do sistema, é necessário obter os 
valores de exergia para cada corrente no sistema. Conforme Bejan et al., 1996, para um dado 
ponto no sistema, a exergia da corrente em regime permanente pode ser obtida pela seguinte 
relação, onde o índice 0 indica o estado ambiente ou “morto”, para onde a operação do sistema 
deve tender para que toda a disponibilidade de trabalho possa ser o eficientemente aproveitada. 
Essa equação é calculada para se obter a exergia, considerando-se que a exergia química é 
desprezível (exceto para o ponto onde o metano é injetado na câmara de combustão – f), assim 
como a potencial e a cinética para cada ponto de operação do sistema. Para o ponto f a exergia da 
corrente de metano é calculada somando-se a exergia física com a sua exergia química, calculadacom base em seu poder calorífico inferior. 
 
( ) ( )000PH ssThhe −−−=
 
4 
 
CHPH
f eee +=
 
 
Os seguintes balanços energéticos, exergéticos e de massa, considerando os componentes 
do sistema como volumes de controle independentes, foram utilizados para concepção do 
programa: 
 
Ciclo Brayton 
 
Compressor 
 
( )edarc hhmW −= &&
 
 
de
des
sc hh
hh
−
−
=η
 
 
edar mmm &&& ==
 
 
earcdarrDcompresso emWemE &&&& −+=
 
 
Câmara de Combustão 
 
fotanme mm && = 
 
otanmeargases mmm &&& += 
 
ggasesearfotanmecomb.c hmhmhmQ0 &&&& −++=
 
 
gasesgcomb.cotanmefarecomb.Dc meQmemeE &&&&& −−+=
 
 
 Turbina a Gás 
 
cbahggases mmmmmm &&&&&& =====
 
 ( )hggasesturbgás hhmW −= &&
 
 
hsg
hg
st hh
hh
−
−
=η
 
 
gaseshturbgásgasesgDturbgás meWmeE &&&& −−=
 
 
5 
 
 Sistema CGAM 
 
cturbgásCGAM WWP && += 
 
aregasesgHCGAM mhmhQ &&& −= 
 
arecomb.DcgasesgizadaCGAMdisponibil meEmeE &&&& −+= 
 
darhgasesCGAM hmhmjeitoRe && −= 
 
HCGAM
CGAM
CGAM Q
P
&
=η 
 
ardgasescc mhmhjeitoRe && −= 
 
izadaCGAMdisponibil
CGAM
CGAMe E
P
&
=ε 
 
Dturbgás.comb.DcrDcompressoDCGAM EEEE &&&& ++= 
 
Ciclo de Rankine 
 
Gerador de Vapor 
 
321 mmm &&& == 
 
( ) ( )13cagasesHRankine hhmhhmQ −=−= &&& 
 
( ) ( ) gv zadadiponibiliDgv13cagases EEeemeem &&&& =+−=−
 
 
darcgasesc em rejeitada ememE &&& −= 
 
Regeneradores
 
 
( ) ( )2a91a9a9121 hhmhhm −=− && 
 
( )121a9a9r1reg hhm Q −= && ε
 
 
( ) ( )b6a6a6897 hhmhhm −=− && 
 
6 
 
( )8a6a6r2reg hhm Q −= && ε
 
 
 
( ) ( ) alta reg Da92a91a9121 Emeemee &&& +−=−
 
 
( ) ( ) baixa reg Da6b6a6789 Emeemee &&& +−=−
 
 
432a91a9 mmmm &&&& −==
 
 
321112a912 mmmmmm &&&&&& ===+=
 
 
6b6789 mmmmm &&&&& +===
 
 
65b6a6 mmmm &&&& −==
 
 
Bombas 
 
( ) ( )11101bomba1010 hmWhm &&& =+ 
 
( )1110101bomba PPv mW −= && 
 
( ) ( )872bomba77 hmWhm &&& =+ 
 
( )8772bomba PPv mW −= && 
 
( ) ( ) 2bomba D11102bomba1010 EemWem &&&& +=+
 
 
( ) ( ) 1bomba D871bomba77 EemWem &&&& +=+
 
 
Desaerador 
 
( ) ( ) ( )1097b99b hmhmhm &&& =+
 
 
( ) ( ) ( ) Ddesaer101097b9b9 Eememem &&&& +=+
 
 
549b mmm &&& −=
 
 
99b10 mmm &&& += 
 
 
7 
 
 Turbinas 
 
( ) ( ) 1tur1a93a9434 Whhmhhm &&& =−+− 
 
( ) ( ) 2turb94b9545 Whhmhhm &&& =−+−
 
 
( ) ( ) 3tura65a6656 Whhmhhm &&& =−+−
 
 
( ) ( ) ( ) 1Dtur1tur441a9a93 EWememem &&&&& +++=
 
 
( ) ( ) ( ) 2Dtur2tur55b9b944 EWememem &&&&& +++=
 
 
( ) ( ) ( ) 3Dtur3tur66a6a655 EWememem &&&&& +++=
 
 
Condensador 
 
( ) ( )[ ] ( ) LRankine7766b6a6 Qhmhmhm &&&& =−+
 
 
( ) ( )[ ] ( ) ( )77Dcondrejeitada66b6a6 emEEemem &&&&& =+−+ 
 
Sistema Rankine 
 ( ) ( )
( )cagases
2bomba1bomba3tur2tur1tur
H
Rankine
Rankine hhm
WWWWW
Q
P
−
+−++
==
&
&&&&&
&
η 
 
LRankine
Rankine
HRankine Qiasineficiênc
PQ && +=
 
 
gv zadadiponibili
Rankine
eRankine E
P
&
=ε 
 ( ) neTOTALRanki DDcondrejeitadagv zadadiponibili EEEPE &&&& +++=
 
 
Programa Elaborado e Resultados Simulados 
 
A partir do esquema de sistema, equações de balanço e parâmetros independentes, um 
programa foi elaborado para o cálculo dos pontos de operação do sistema. O estado de operação 
do regenerador de alta pressão foi ajustado em simulações de operação para se otimizar o 
rendimento do sistema. A vazão de operação do regenerador foi variada assim como o grau com 
que o vapor é expandido em cada estágio da turbina. Tentou-se otimizar o sistema de forma que 
na entrada do gerador de vapor o título do fluido de trabalho fosse igual a zero na temperatura e 
8 
 
pressão de vaporização, para que maior quantidade de vapor fosse gerada para a mesma 
quantidade de energia térmica retirada dos gases, aumentando-se a potência. Contudo, as vazões 
foram ajustadas para que se obtivessem operações realísticas para cada componente do sistema. 
Por exemplo, sem vapor no fluido que se dirige para as bombas. Os produtos da combustão 
foram liberados após transferirem sua energia térmica à água no gerador de vapor a 298,15 K e a 
1,013 bar, que corresponde a uma baixa disponibilidade de energia para realizar trabalho. 
Para os valores de m9a1 = 0,1565m, m9b = 0,02m4, m6a = 0,23m5, p4 = 0,2p3, p5 = 0,5p4, 
os seguintes valores para os principais parâmetros de operação do sistema foram obtidos: 
 
Parâmetro do Sistema Valor Parâmetro do Sistema Valor 
QH CGAM 108,4 MW ED TOTAL 20,82 MW 
QH Rankine 84,81 MW E rejeitada CGAM 37,08 MW 
QL CGAM 81,10 MW E rejeitada no condensador 9,565 MW 
QL Rankine 60,23 MW E rejeitada nos gases em c 4,243 MW 
P Rankine 22,47 MW E rejeitada TOTAL 13,81 MW 
P CGAM 27,31 MW εe CGAM 0,3252 
P TOTAL 49,78 MW εe Rankine 0,6842 
η CGAM 0,2519 εe TOTAL 0,5929 
η Rankine 0,2650 mvapor 38,39 kg/s 
η TOTAL 0,4592 pcondensador 0,5 bar 
E disponível CGAM 83,96 MW pdesaerador 12 bar 
E disponível Rankine 32,84 MW pgerador de vapor 60 bar 
ED TOTAL CGAM 19,57 MW Qreg. alta p 12,31 MW 
ED TOTAL Rankine 1,249 MW Qreg. baixa p 13,57 MW 
 
Com os resultados obtidos, puderam-se obter os seguintes diagramas T versus s para os 
pontos de operação do sistema ao longo das linhas principais dos fluidos de trabalho: 
 
5,4 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
h
g
e
T 
(K
)
s (kJ/kgK)
η = 0,2519
geração de entropia
d
 
9 
 
1 2 3 4 5 6 7 8
300
400
500
600
700
800
1211
109
8
7
6
3
2
 Valores de T e s para a Linha Principal do Fluido
 Curva de Saturação da Água
T 
(K
)
s (kJ/kgK)
η = 0,265
1
 
 
Conforme se pode observar, os resultados obtidos são coerentes e representativos do 
fenômeno analisado. Os balanços de energia e de exergia são satisfeitos. Observando-se o 
balanço de exergia, pode-se verificar que os produtos da combustão são rejeitados com uma 
baixa disponibilidade de energia para realizar trabalho após terem sua energia térmica em parte 
recuperada no gerador de vapor. 
 
 
10 
 
Os componentes do sistema podem ser ranqueados conforme a destruição de exergia 
ocorrida na operação dos mesmos. Conforme tabela a seguir, pode-se verificar que a maior 
destruição de exergia ocorre nos componentes que envolvem trocas de calor sensível, que é um 
fenômeno altamente irreversível. Como ocorre geração de entropia nas turbinas e compressor, 
também há perdas de capacidade de realizar trabalho (exergia) nos mesmos. 
 
Componentes do Sistema DE& (MW) 
Câmara de combustão 14,76 
Turbina a gás 2,985 
Compressor 1,823 
Turbina Estágio 3 1,365 
Reg. De Baixa Pressão 1,247 
Turbina Estágio 2 0,3207 
Turbina Estágio 1 0,2169 
Reg. De Alta Pressão 0,0728 
Desaerador 0,0504 
 
Os valores para as entalpias e exergias de cada corrente do sistema, assim como demais 
valores de parâmetros, podem ser analisados na tabela e na figura a seguir. A programação 
utilizada com o auxílio do software Engineering Equation Solver (EES) foi anexada no final do 
texto deste trabalho. 
 
Entalpia da Corrente Valor (kJ/kg) Exergia da Corrente Valor (kJ/kg) 
ha 1156 ea 756,1 
hc 243 ec 402,6 
hd 288 ed 363,4 
he 610 ee 665,4 
hf -11,8 ef 52139 
hg 1766 eg 1398 
hh 1156 eh 756,1 
h1 1214 e1 2058 
h3 3423 e3 2966 
h4 3285 e4 2822 
h5 3106 e5 2632 
h6 2645 e6 2128 
h7 319,6 e7 1759 
h8 320,7 e8 1760 
h9 748,4 e9 1867 
h10 799,2 e10 1885 
h11 804 e11 1890 
h12 860,2 e12 1911 
h9a1 3423 e9a1 2966 
h9a2 1163 e9a2 2035 
h9b 3285 e9b 2822 
h6a 2645 e6a 2128 
h6b 785,6 e6b 1833 
11Referências Bibliográficas 
 
Bejan, A., Tsatsaronis, G., Moran, M., 1996. Thermal Design & Optimization. Ed. John 
Wiley & Sons. 
 
12 
 
ANEXO – PROGRAMAÇÃO UTILIZADA 
 
{CAGAM} 
{COMPRESSOR} 
Td=298.15 
pd=1.013 
mar=91.2757 
x_N21=0.7748 
x_O21=0.2059 
x_CO21=0.0003 
x_H2O1=0.019 
hd_N2=Enthalpy(Nitrogen,T=Td,P=x_N21*Pd) 
hd_O2=Enthalpy(Oxygen,T=Td,P=x_O21*Pd) 
hd_CO2=Enthalpy(CarbonDioxide,T=Td,P=x_CO21*Pd) 
hd_H2O=Enthalpy(Water,T=Td,P=x_H2O1*Pd) 
hd=x_N21*hd_N2+x_O21*hd_O2+x_CO21*hd_CO2+x_H2O1*hd_H2O 
sd_N2=Entropy(Nitrogen,T=Td,P=x_N21*Pd) 
sd_O2=Entropy(Oxygen,T=Td,P=x_O21*Pd) 
sd_CO2=Entropy(CarbonDioxide,T=Td,P=x_CO21*Pd) 
sd_H2O=Entropy(Water,T=Td,P=x_H2O1*Pd) 
sd=x_N21*sd_N2+x_O21*sd_O2+x_CO21*sd_CO2+x_H2O1*sd_H2O 
rc=10 
rc=pe/pd 
ses=sd 
ses_N2=Entropy(Nitrogen,T=Tes,P=x_N21*Pe) 
ses_O2=Entropy(Oxygen,T=Tes,P=x_O21*Pe) 
ses_CO2=Entropy(CarbonDioxide,T=Tes,P=x_CO21*Pe) 
ses_H2O=Entropy(Water,T=Tes,P=x_H2O1*Pe) 
ses=x_N21*ses_N2+x_O21*ses_O2+x_CO21*ses_CO2+x_H2O1*ses_H2O 
hes_N2=Enthalpy(Nitrogen,T=Tes,P=x_N21*Pe) 
hes_O2=Enthalpy(Oxygen,T=Tes,P=x_O21*Pe) 
hes_CO2=Enthalpy(CarbonDioxide,T=Tes,P=x_CO21*Pe) 
hes_H2O=Enthalpy(Water,T=Tes,P=x_H2O1*Pe) 
hes=x_N21*hes_N2+x_O21*hes_O2+x_CO21*hes_CO2+x_H2O1*hes_H2O 
eficiencia_scompre=0.878 
(hes-hd)=(eficiencia_scompre*(he-hd)) 
Wcompressor=(mar*(hd-he))/1000 
he_N2=Enthalpy(Nitrogen,T=Te,P=x_N21*Pe) 
he_O2=Enthalpy(Oxygen,T=Te,P=x_O21*Pe) 
he_CO2=Enthalpy(CarbonDioxide,T=Te,P=x_CO21*Pe) 
he_H2O=Enthalpy(Water,T=Te,P=x_H2O1*Pe) 
he=x_N21*he_N2+x_O21*he_O2+x_CO21*he_CO2+x_H2O1*he_H2O 
se_N2=Entropy(Nitrogen,T=Te,P=x_N21*Pe) 
se_O2=Entropy(Oxygen,T=Te,P=x_O21*Pe) 
se_CO2=Entropy(CarbonDioxide,T=Te,P=x_CO21*Pe) 
se_H2O=Entropy(Water,T=Te,P=x_H2O1*Pe) 
se=x_N21*se_N2+x_O21*se_O2+x_CO21*se_CO2+x_H2O1*se_H2O 
T0=298.15 
p0=1.013 
h0=Enthalpy(Air_ha,T=T0,P=P0) 
s0=Entropy(Air_ha,T=T0,P=P0) 
ed=(hd-h0)-T0*(sd-s0) 
ee=(he-h0)-T0*(se-s0) 
E_Dcompressor=((mar*ed)+(Wcompressor*1000*(-1))-(mar*ee))/1000 
{CÂMARA DE COMBUSTÃO} 
Tf=298.15 
pf=12 
mmetano=1.6419 
mgases=mar+mmetano 
hf=Enthalpy(Methane,T=Tf,P=pf) 
sf=Entropy(Methane,T=Tf,P=pf) 
ef=((hf-h0)-T0*(sf-s0))+(50013.15215) 
razao_p_camaracom=0.9025 
razao_p_camaracom=pg/pe 
hf_gideal=Enthalpy(CH4,T=Tf) 
13 
 
he_N2_gideal=Enthalpy(N2,T=Te) 
he_O2_gideal=Enthalpy(O2,T=Te) 
he_CO2_gideal=Enthalpy(CO2,T=Te) 
he_H2O_gideal=Enthalpy(H2O,T=Te) 
he_gideal=x_N21*he_N2_gideal+x_O21*he_O2_gideal+x_CO21*he_CO2_gideal+x_H2O1*he_H2O_gideal 
perda_comb=0.02 
Q_cacomb=perda_comb*mmetano*50013.15215 
(mgases*hg_gideal)=(mmetano*hf_gideal)+(mar*he_gideal)-Q_cacomb 
x_N2=0.7507 
x_O2=0.1372 
x_CO2=0.0314 
x_H2O=0.0807 
hg_N2_gideal=Enthalpy(N2,T=Tg) 
hg_O2_gideal=Enthalpy(O2,T=Tg) 
hg_CO2_gideal=Enthalpy(CO2,T=Tg) 
hg_H2O_gideal=Enthalpy(H2O,T=Tg) 
hg_gideal=x_N2*hg_N2_gideal+x_O2*hg_O2_gideal+x_CO2*hg_CO2_gideal+x_H2O*hg_H2O_gideal 
hg_N2=Enthalpy(Nitrogen,T=Tg,P=x_N2*Pg) 
hg_O2=Enthalpy(Oxygen,T=Tg,P=x_O2*Pg) 
hg_CO2=Enthalpy(CarbonDioxide,T=Tg,P=x_CO2*Pg) 
hg_H2O=Enthalpy(Water,T=Tg,P=x_H2O*Pg) 
hg=x_N2*hg_N2+x_O2*hg_O2+x_CO2*hg_CO2+x_H2O*hg_H2O 
sg_N2=Entropy(Nitrogen,T=Tg,P=x_N2*Pg) 
sg_O2=Entropy(Oxygen,T=Tg,P=x_O2*Pg) 
sg_CO2=Entropy(CarbonDioxide,T=Tg,P=x_CO2*Pg) 
sg_H2O=Entropy(Water,T=Tg,P=x_H2O*Pg) 
sg=x_N2*sg_N2+x_O2*sg_O2+x_CO2*sg_CO2+x_H2O*sg_H2O 
eg=(hg-h0)-T0*(sg-s0) 
E_Dccombustao=((ee*mar)+(ef*mmetano)-(Q_cacomb)-(eg*mgases))/1000 
{TURBINA A GÁS} 
razao_p_turbgas=0.120214395 
razao_p_turbgas=ph/pg 
shs=sg 
shs_N2=Entropy(Nitrogen,T=Ths,P=x_N2*Ph) 
shs_O2=Entropy(Oxygen,T=Ths,P=x_O2*Ph) 
shs_CO2=Entropy(CarbonDioxide,T=Ths,P=x_CO2*Ph) 
shs_H2O=Entropy(Water,T=Ths,P=x_H2O*Ph) 
shs=x_N2*shs_N2+x_O2*shs_O2+x_CO2*shs_CO2+x_H2O*shs_H2O 
hhs_N2=Enthalpy(Nitrogen,T=Ths,P=x_N2*Ph) 
hhs_O2=Enthalpy(Oxygen,T=Ths,P=x_O2*Ph) 
hhs_CO2=Enthalpy(CarbonDioxide,T=Ths,P=x_CO2*Ph) 
hhs_H2O=Enthalpy(Water,T=Ths,P=x_H2O*Ph) 
hhs=x_N2*hhs_N2+x_O2*hhs_O2+x_CO2*hhs_CO2+x_H2O*hhs_H2O 
eficiencia_sturbgas=0.865 
eficiencia_sturbgas*(hg-hhs)=(hg-hh) 
hh_N2=Enthalpy(Nitrogen,T=Th,P=x_N2*Ph) 
hh_O2=Enthalpy(Oxygen,T=Th,P=x_O2*Ph) 
hh_CO2=Enthalpy(CarbonDioxide,T=Th,P=x_CO2*Ph) 
hh_H2O=Enthalpy(Water,T=Th,P=x_H2O*Ph) 
hh=x_N2*hh_N2+x_O2*hh_O2+x_CO2*hh_CO2+x_H2O*hh_H2O 
sh_N2=Entropy(Nitrogen,T=Th,P=x_N2*Ph) 
sh_O2=Entropy(Oxygen,T=Th,P=x_O2*Ph) 
sh_CO2=Entropy(CarbonDioxide,T=Th,P=x_CO2*Ph) 
sh_H2O=Entropy(Water,T=Th,P=x_H2O*Ph) 
sh=x_N2*sh_N2+x_O2*sh_O2+x_CO2*sh_CO2+x_H2O*sh_H2O 
W_turbgas=(mgases*(hg-hh))/1000 
eh=(hh-h0)-T0*(sh-s0) 
(E_Dturbgas)=((mgases*eg)-(W_turbgas*1000)-(mgases*eh))/1000 
POTENCIA_CGAM=W_turbgas+Wcompressor 
{SISTEMA CGAM} 
CALOR_ganhoCGAM=((hg*mgases)-(he*mar))/1000 
REJEITO_CGAM=((mgases*hh)-(mar*hd))/1000 
RENDIMENTO_CGAM=(POTENCIA_CGAM/CALOR_ganhoCGAM) 
REJEITO_EMC=((hc*mgases)-(hd*mar))/1000 
EXERGIA_disp_CGAM=(((eg*mgases)+(E_Dccombustao*1000))-(ee*mar))/1000 
RENDIMENTO_EXE_CGAM=((POTENCIA_CGAM)/(EXERGIA_disp_CGAM)) 
14 
 
E_D_TOTAL_CGAM=(E_Dcompressor+E_Dccombustao+E_Dturbgas) 
{GERADOR DE VAPOR} 
pa=ph 
Ta=Th 
ha_N2=Enthalpy(Nitrogen,T=Ta,P=x_N2*Pa) 
ha_O2=Enthalpy(Oxygen,T=Ta,P=x_O2*Pa) 
ha_CO2=Enthalpy(CarbonDioxide,T=Ta,P=x_CO2*Pa) 
ha_H2O=Enthalpy(Water,T=Ta,P=x_H2O*Pa) 
ha=x_N2*ha_N2+x_O2*ha_O2+x_CO2*ha_CO2+x_H2O*ha_H2O 
pb=1.056 
p2=p1 
T2=T_sat(Steam_IAPWS,P=p2) 
h2=Enthalpy(Steam_IAPWS,P=p2,T=T2) 
(h1*m)+(hb*mgases)=(h2*m)+(hc*mgases) 
Tc=300 
pc=1.013 
hc_N2=Enthalpy(Nitrogen,T=Tc,P=x_N2*Pc) 
hc_O2=Enthalpy(Oxygen,T=Tc,P=x_O2*Pc) 
hc_CO2=Enthalpy(CarbonDioxide,T=Tc,P=x_CO2*Pc) 
hc_H2O=Enthalpy(Water,T=Tc,P=x_H2O*Pc) 
hc=x_N2*hc_N2+x_O2*hc_O2+x_CO2*hc_CO2+x_H2O*hc_H2O 
x1=0 
h1=Enthalpy(Steam_IAPWS,P=p1,x=x1) 
p3=60 
T3=773.15 
T3=Temperature(Steam_IAPWS,P=P3,H=h3) 
((mgases*ha)+(m*h1))=((mgases*hc)+(m*h3)) 
Q_recebido_RANKINE=(((h3-h1)*m)/1000) 
{TURBINA DE ALTA PRESSÃO} 
m9a=FRACAO_m9a*m 
p4=(EXPANSAO_turb1)*p3 
p9a1=p3 
m4=m-m9a 
s4s=s3 
h4s=Enthalpy(Steam_IAPWS,P=P4,S=s4s) 
(h3-h4)=0.9*(h3-h4s) 
h9a1=h3 
W_turb1=(((m4*(h3-h4))+(m9a*(h3-h9a1)))/1000) 
{TURBINA DE MÉDIA PRESSÃO} 
m9b=FRACAO_m9b*m4 
m5=m4-m9b 
p5=(EXPANSAO_turb2)*p4 
p9a2=p9a1 
p9b=p4 
s4=Entropy(Steam_IAPWS,H=h4,P=P4) 
s5s=s4 
h5s=Enthalpy(Steam_IAPWS,P=P5,S=s5s) 
(h4-h5)=0.9*(h4-h5s) 
h9b=h4 
W_turb2=(((m5*(h4-h5))+(m9b*(h4-h9b)))/1000) 
{TURBINA DE BAIXA PRESSÃO} 
m6a=FRACAO_m6a*m5 
m6=m5-m6a 
p6=0.5 
p6a=p6 
x6=1 
h6=Enthalpy(Steam_IAPWS,P=P6,X=x6) 
s5=Entropy(Steam_IAPWS,P=P5,H=h5) 
h6s=Enthalpy(Steam_IAPWS,P=P6,S=s5) 
(h5-h6)=0.9*(h5-h6s) 
h6a=h6 
W_turb3=(((m6*(h5-h6))+(m6a*(h5-h6a)))/1000) 
{CONDENSADOR} 
T_sat6=T_sat(Steam_IAPWS,P=P6) 
T7=(T_sat6)-5 
m7=m6a+m6 
15 
 
p7=p6 
h7=Enthalpy(Steam_IAPWS,P=P7,T=T7) 
Q_regeitado_1=((m6*(h7-h6))/1000) 
{BOMBA DE CONDESADO} 
p9=p9b 
p8=p9 
W_bomba_1=(((0.001*m7*(p7-p8))/10)/0.6) 
W_bomba_1=(((m7*(h7-h8))/1000)/0.6) 
T8=Temperature(Steam_IAPWS,P=P8,h=h8) 
{REGENERADOR DE BAIXA PRESSÃO} 
Q_regbaixaP=((0.8*m6a*(h6a-h8))/1000) 
Q_regbaixaP=((((h6a*m6a)-(h6b*m6a)))/1000) 
Q_regeitado_2=(((h7-h6b)*m6a)/1000) 
Q_regeitado_TOTAL_RANKINE=(Q_regeitado_1+Q_regeitado_2) 
(m6a*h6a)+(m7*h8)=(m6a*h6b)+(m7*h9) 
{REGENERADOR DE ALTA PRESSÃO} 
m10=m9b+m7 
m11=m10 
m12=m11+m9a 
p12=p11 
pa2=p9a1 
Q_regaltaP=((0.8*m9a*(h9a1-h12))/1000) 
Q_regbaixaP=((((h9a1*m9a)-(h9a2*m9a)))/1000) 
(m9a*h9a1)+(m*h12)=(m9a*h9a2)+(m*h1) 
(h12*m12)=(h9a2*m9a)+(h11*m11) 
{BOMBA PRINCIPAL} 
p1=p3 
p11=p1 
p10=p9 
W_bomba_2=(((0.001*m10*(p10-p11))/10)/0.6) 
W_bomba_2=(((m10*(h10-h11))/1000)/0.6) 
{DESAERADOR} 
((h9b*m9b)+(m7*h9))-(m10*h10)=0 
{DADOS DE POTÊNCIA} 
POTENCIA_RANKINE=(((W_turb1+W_turb2+W_turb3)*0.92)+(W_bomba_1+W_bomba_2)) 
P_sem_perdas_RANKINE=((W_turb1+W_turb2+W_turb3)+((W_bomba_1*0.6)+(W_bomba_2*0.6))) 
REJEITO_RANKINE=Q_regeitado_TOTAL_RANKINE 
CALOR_ganhoRANKINE=Q_recebido_RANKINE 
RENDIMENTO_RANKINE=(POTENCIA_RANKINE/CALOR_ganhoRANKINE){DADOS DE VAZÃO NAS SANGRIAS E DE EXPANSÃO} 
{m=28} 
{FRACAO_m9a=0.13} 
FRACAO_m9b=0.02 
FRACAO_m6a=0.23 
EXPANSAO_turb1=(0.2) 
EXPANSAO_turb2=(1/2) 
{CÁLCULO DA EXERGIA DAS CORRENTES} 
sa_N2=Entropy(Nitrogen,T=Ta,P=x_N2*Pa) 
sa_O2=Entropy(Oxygen,T=Ta,P=x_O2*Pa) 
sa_CO2=Entropy(CarbonDioxide,T=Ta,P=x_CO2*Pa) 
sa_H2O=Entropy(Water,T=Ta,P=x_H2O*Pa) 
sa=x_N2*sa_N2+x_O2*sa_O2+x_CO2*sa_CO2+x_H2O*sa_H2O 
ea=((ha-h0)-T0*(sa-s0)) 
sc_N2=Entropy(Nitrogen,T=Tc,P=x_N2*Pc) 
sc_O2=Entropy(Oxygen,T=Tc,P=x_O2*Pc) 
sc_CO2=Entropy(CarbonDioxide,T=Tc,P=x_CO2*Pc) 
sc_H2O=Entropy(Water,T=Tc,P=x_H2O*Pc) 
sc=x_N2*sc_N2+x_O2*sc_O2+x_CO2*sc_CO2+x_H2O*sc_H2O 
ec=((hc-h0)-T0*(sc-s0)) 
sb_N2=Entropy(Nitrogen,H=hb,P=x_N2*Pb) 
sb_O2=Entropy(Oxygen,H=hb,P=x_O2*Pb) 
sb_CO2=Entropy(CarbonDioxide,H=hb,P=x_CO2*Pb) 
sb_H2O=Entropy(Water,H=hb,P=x_H2O*Pb) 
sb=x_N2*sb_N2+x_O2*sb_O2+x_CO2*sb_CO2+x_H2O*sb_H2O 
eb=((hb-h0)-T0*(sb-s0)) 
e3=((h3-h0)-T0*(s3-s0)) 
16 
 
e4=((h4-h0)-T0*(s4-s0)) 
e5=((h5-h0)-T0*(s5-s0)) 
e6=((h6-h0)-T0*(s6-s0)) 
s6=Entropy(Steam_IAPWS,P=P6,H=h6) 
e7=((h7-h0)-T0*(s7-s0)) 
s7=Entropy(Steam_IAPWS,P=P7,T=T7) 
e8=((h8-h0)-T0*(s8-s0)) 
s8=Entropy(Steam_IAPWS,P=P8,T=T8) 
e9=((h9-h0)-T0*(s9-s0)) 
s9=Entropy(Steam_IAPWS,P=P9,H=h9) 
e10=((h10-h0)-T0*(s10-s0)) 
s10=Entropy(Steam_IAPWS,P=P10,H=h10) 
e11=((h11-h0)-T0*(s11-s0)) 
s11=Entropy(Steam_IAPWS,P=P11,H=h11) 
e1=((h1-h0)-T0*(s1-s0)) 
s1=Entropy(Steam_IAPWS,P=P1,H=h1) 
e9a1=((h9a1-h0)-T0*(s9a1-s0)) 
s3=s9a1 
e9b=((h9b-h0)-T0*(s9b-s0)) 
s9b=s4 
e6a=((h6a-h0)-T0*(s6a-s0)) 
s6a=s6 
e6b=((h6b-h0)-T0*(s6b-s0)) 
s6b=Entropy(Steam_IAPWS,P=P6b,H=h6b) 
p6b=p6 
e9a2=((h9a2-h0)-T0*(s9a2-s0)) 
s9a2=Entropy(Steam_IAPWS,P=P9a2,H=h9a2) 
e12=((h12-h0)-T0*(s12-s0)) 
s12=Entropy(Steam_IAPWS,P=P12,H=h12) 
{BALANÇO EXERGETICO} 
EXERGIA_disp_RANKINE=(mgases*(ea-ec))/1000 
EXERGIA_rejedes_RANKINE=((m6a*e6b)+(m6*e6)-(m7*e7))/1000 
EXERGIA_rej_gases=((mgases*ec)-(mar*ed))/1000 
E_Dgv=(mgases*(ea-ec)-m*(e3-e1))/1000 
E_Dregalta=((m*(e1-e12))-(m9a*(e9a1-e9a2)))/1000 
E_Dregbaixa=(m7*(e9-e8)-m6a*(e6a-e6b))/1000 
E_Dbomba2=((m10*e10)+((W_bomba_2*1000*(-0.6)))-(m10*e11))/1000 
E_Dbomba1=((m7*e7)+((W_bomba_1*1000*(-0.6)))-(m7*e8))/1000 
E_Ddesaer=((m9b*e9b)+(m7*e9)-(m10*e10))/1000 
E_Dturb1=((m*e3)-(m9a*e9a1)-(m4*e4)-(W_turb1*1000))/1000 
E_Dturb2=((m4*e4)-(m9b*e9b)-(m5*e5)-(W_turb2*1000))/1000 
E_Dturb3=((m5*e5)-(m6a*e6a)-(m6*e6)-(W_turb3*1000))/1000 
E_D_TOTAL_RANKINE=E_Dgv+E_Dregalta+E_Dregbaixa+E_Dbomba2+E_Dbomba1+E_Ddesaer+E_Dturb1+E_Dturb2+E_Dturb3 
RENDIMENTO_EXE_RANKINE=(POTENCIA_RANKINE/EXERGIA_disp_RANKINE) 
POTENCIA_TOTAL=(POTENCIA_CGAM+POTENCIA_RANKINE) 
RENDIMENTO_TOTAL=(POTENCIA_TOTAL/CALOR_ganhoCGAM) 
RENDIMENTO_EXETOTAL=(POTENCIA_TOTAL/EXERGIA_disp_CGAM)