Módulo 5 Ciclo Regenerativo

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ENERGIA TÉRMICA
AQUECEDORES DE ÁGUA DE 
ALIMENTAÇÃO ABERTOS
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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
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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
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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. 
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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.
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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.
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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
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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:
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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:
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AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Turbina:
Bomba:
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
ABERTOS – VAPOR REGENERATIVO
Gerador de vapor:
Condensador:
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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
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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
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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
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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. 
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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.
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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.
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AQUECEDORES DE ÁGUA DE 
ALIMENTAÇÃO MÚLTIPLOS –
VAPOR REGENERATIVO
AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
MÚLTIPLOS – VAPOR REGENERATIVO
A eficiência térmica dociclo 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.).
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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