3.Geração Termelétrica Aspectos Básicos Lineu 2012

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GERAÇÃO TERMELÉTRICA
Fonte : Prof. Lineu Belico dos Reis 
(Disponível na internet em agosto de 2012)
Com adaptações em março de 2016
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SUMÁRIO
Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Geração Termelétrica – Principais Configurações
Potencia gerada e Energia produzida 
Impactos ao meio ambiente
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
O processo fundamental de funcionamento das centrais termelétricas baseia-se na conversão de energia térmica em energia mecânica e esta em energia elétrica.
A conversão da energia térmica em mecânica se dá através do uso de um fluido que produzirá, em seu processo de expansão, trabalho em máquinas térmicas (turbinas ou motores). O acionamento mecânico de um gerador elétrico acoplado ao eixo da máquina permite a conversão de energia mecânica em elétrica. 
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
A produção da energia térmica pode se dar pela transformação da energia química dos combustíveis, através do processo da combustão, ou da energia nuclear dos combustíveis radioativos, com a fissão nuclear.
 Centrais cuja geração é baseada na combustão são conhecidas como termelétricas; as centrais termelétricas baseadas na fissão nuclear são chamadas de centrais nucleares.
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
	As centrais podem ser classificadas em função das características da combustão com relação ao processo de transferência energética:
Combustão externa
Combustão interna
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
 Combustão externa: o combustível não entra em contato com o fluido de trabalho. Este é um processo usado principalmente nas centrais termelétricas a vapor, onde o combustível aquece o fluido de trabalho (em geral água) em uma caldeira até gerar o vapor que, ao se expandir em uma turbina, produzirá trabalho mecânico. 
 As centrais nucleares, embora não utilizem combustão, e sim, fissão nuclear, se incluem nesta classificação, uma vez que o processo de fissão não entra em contato direto com o fluido de trabalho.
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
 Combustão interna: a combustão se efetua sobre uma mistura de ar e combustível. Dessa maneira, o fluido de trabalho será o conjunto de produtos da combustão. 
 
 A combustão interna é o processo usado principalmente nas turbinas a gás e nas máquinas térmicas a pistão (motores)
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
 - Etanol, bagaço de cana, carvão vegetal, óleo vegetal, lenha e outros
 resíduos, inclusive lixo urbano.
Urânio natural ou enriquecido
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Urânio natural ou enriquecido
 Combustíveis fósseis: fontes primárias NÃO RENOVÁVEIS
	- 
 As centrais nucleares, embora não utilizem combustão,
Combustíveis não fósseis: fontes primárias RENOVÁVEIS	
(Elementos radioativos)
 Energia geotérmica (calor natural da Terra)
 Energia solar (sol)
 Energia eólica (vento)
 Energia de biomassa (manejo ou reciclo/tratamento)
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
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Central Termelétrica a vapor
 combustão externa
GERADOR
LÍQUIDO
LÍQUIDO
VAPOR (ALTA PRESSÃO)
CALOR
BOMBA
CALOR
CONDENSADOR
TURBINA
CALDEIRA
COMBUSTÍVEL
DO
QUEIMA
VAPOR (BAIXA PRESSÃO)
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Geração Termelétrica – Turbina a vapor
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Central Termelétrica Nuclear
 combustão externa 
FLUXO DE UMA CENTRAL NUCLEAR
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Central Nuclear de Angra dos Reis 
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TURBINA A GÁS 
Combustão interna
2
3
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TURBINA A GÁS 
Combustão interna
Entrada de ar
Saída dos gases
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TURBINA A GÁS 
Combustão interna
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Esquema de TURBINA A GÁS em Circuito Aberto, Estacionária, sem Recuperação
I – turbocompressor
II - câmara de combustão
III - turbina
IV - alternador (gerador elétrico)
V - motor de aranque e excitatriz
entrada de ar saída de gás quente
Esquema de uma instalação com turbina a gás em circuito aberto, estacionária, sem recuperação: I turbocompressor; II Câmara de combustão; III turbina a gás; IV alternador; V motor de arranque e excitatriz.
Esquema de uma instalação com turbina a gás em circuito aberto, estacionária, com recuperação; I turbocompressor; II câmara de combustão; III turbina a gás; IV alternador; V motor de arranque; VI excitatriz; VII recuperador de calor.
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Esquema de TURBINA A GÁS em Circuito Aberto, Estacionária, sem Recuperação
I – turbocompressor
II - câmara de combustão
III - turbina
IV - alternador (gerador elétrico)
V - motor de aranque e excitatriz
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Esquema de TURBINA A GÁS em Circuito Aberto, Estacionária, com Recuperação
entrada de ar
Com recuperação
saída de gás
 quente
I – turbocompressor
II - câmara de combustão
III - turbina
IV - alternador (gerador elétrico)
V - motor de aranque 
VI – excitatriz
VII – Caldeira de recuperação
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
 As centrais a vapor, a gás, nucleares e os motores formam os grandes grupos de centrais termelétricas. 
 Há outros tipos de configurações ou processos, mas sempre baseados nestes principais ou em uma combinação apropriada deles. 
 Além disso, em muitas aplicações, centrais térmicas são utilizadas, no sistema de cogeração, para produção conjunta de eletricidade e vapor para uso no processo. 
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Geração Termelétrica – Co geração (exemplo)
 
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Centrais à Diesel
 Motores Diesel
 Muito usados em potências até 40 MW, as centrais a diesel para alimentação de sistemas isolados, têm uso disseminado em regiões longínquas sem outra fonte de geração (Amazônia).
 Elas apresentam, no entanto, limitações relacionadas com potência, ruído e vibração, além de problemas como dificuldade de aquisição de peças de reposição e seu transporte, assim como, principalmente nos locais distantes, os altos custos do combustível. 
 Suas vantagens são a rápida entrada em carga, a simplicidade de operação e o fácil plano de manutenção. 
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Centrais à Diesel
Dados do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) mostram que 15 usinas termoelétricas a óleo diesel estão em operação desde janeiro, com capacidade de produção de 561 MW: Palmeiras de Goiás, 176 MW (SE/CO); Daia, 44 MW (SE/CO); Goiânia II, 140 MW (SE/CO); Xavantes, 54 MW (SE/CO); e 11 usinas da empresa Enguia, sendo 95 MW no Ceará e 52 MW na Bahia.
O Estado de S.Paulo
04 Março 2014 | 02h05
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Centrais à Diesel
• Máquina motriz: motor diesel acoplado ao gerador elétrico
• Centrais de média e pequena potência 
• Utilizadas na indústria privada e nos sistemas isolados
• Uso em geração de emergência 
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Centrais à Diesel
Vantagens 
• Entrada em operação rápida 
• Rendimento elevado ⇒ economia de serviços 
• Segurança elasticidad de marcha ⇒ centrais de reserva ou de ponta
 
• Instalação simples 
• Pequeno consumo de água refrigerante 
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Centrais à Diesel
Desvantagens (vs. turbina à gas)
 • ↑ Custo de aquisição
 • ↓ Velocidade de funcionamento para potências elevadas 
	⇒ ↑ espaço, ↑ peso, instalação mais cara 
• ↑ Custo de manutenção
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Motor Diesel
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Geração Termelétrica – Aspectos Básicos
Centrais à Diesel
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Geração Termelétrica– Principais Configurações
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Geração Termelétrica – Principais Configurações
 Principais tipos de centraistermelétricas: 
		- centrais a vapor (nucleares e não nucleares), 
		- centrais a gás e motores (diesel e outros). 
 Configurações voltadas à maior eficiência energética e melhor desempenho ambiental: 
		- cogeração 
		- ciclos combinados de centrais a gás e a vapor.
 
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
 Centrais a Vapor 
 Pode trabalhar tanto em ciclo aberto como em ciclo fechado. 
	A operação em ciclo aberto é comum quando se pretende utilizar calor (vapor) para o processo. 
	Na operação em ciclos fechados, pode-se trabalhar com um ou mais fluidos (operação em ciclos superpostos).
 Seu funcionamento é baseado no ciclo térmico Rankine.
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Ciclo do Vapor
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
 
Turbinas de condensação ou condensadora
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
 
Turbina de extração – condensação
		ou
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
 
Turbinas de contrapressão
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
CENTRAIS NUCLEARES
 Centrais Nucleares 
	
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
Central nuclear PWR – (reator a água pressurizada)
Fonte: http://fisica.cdcc.sc.usp.br/olimpiadas/02/Gabarito2.html 
Em Angra, não é usado
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
CENTRAIS NUCLEARES
 Diferentes tecnologias de reatores nucleares: métodos de refrigeração e moderação do reator
 Reatores de ciclo indireto
	- água leve (LWR – Light Water Reactor)
		. > 75% das unidades em operação no mundo. > 900 MW
	
	- água leve pressurizada (PWR – Pressurized Water Reactor)
		. Brasil > 1400 MW 
		. Urânio ligeiramente enriquecido (3%)
	- água pesada (HWR – Heavy Water Reactor)
		. Canadá, Argentina e Índia
		. 8% das unidades em operação no mundo.
		. 900 MW
		. Urânio natural
	- gás CO2 (França -1) ou Hélio (protótipos na Inglaterra). Em desuso.
		. Urânio natural ou enriquecido (AGR)
	- metal líquido (Fast Breeder Reactors)
		. Regeneração rápida dos reatores. Maior rendimento. Uso promissor futuro.
	- modular com gás Hélio (HTGR) . Baixa potência – 200 MW
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
CENTRAIS NUCLEARES
 Centrais Nucleares : diferentes métodos de refrigeração e moderação do reator
 Reatores de ciclo Tandem 
	- utiliza o combustível do PWR com reatividade residual nos HWRs
		
	- em desenvolvimento na Coréia
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais a vapor
Central nuclear de Angra dos Reis (Angra I)
PWR
Combustível: 
pastilhas de urânio enriquecido (3%)
 Potência: 
1976 MW (térmica)
Turbo gerador:
1800 rpm, 857 MW
 Condensador
 usa água do mar em circuito aberto
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Geração Termelétrica – Principais Configurações
 Centrais a Gás 
 O desenvolvimento das turbinas a gás é relativamente recente 
 Problemas tecnológicos:
 a) para um rendimento razoável, exigem-se altas temperaturas. Tal possibilidade só foi alcançada recentemente com avanços na tecnologia de materiais, que ainda busca possibilidade de operar em temperaturas maiores;
 b) há um número excessivo de estágios no turbocompressor, o que leva a uma limitação de potência.
 c) o baixo rendimento dos turbocompressores foi melhorado nas últimas décadas através do desenvolvimento de turbocompressores com até 85%. Graças à implementação dos motores a reação pela indústria aeronáutica, houve um grande progresso. A operação em circuito aberto ocorre em motores a reação turboélice ou turbojato.
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais à gás
 Existem dois tipos básicos de turbina a gás:
 Turbinas aeroderivativas: 
	Baseadas na tecnologia adotada para propulsão de aeronaves. 
	Compactas e de peso reduzido, 
	Alta confiabilidade e tempo reduzido de manutenção,
	Elevado rendimento, 
	Atrativas apenas para as aplicações de cogeração e geração elétrica. Neste último caso são mais apropriadas para atendimento de picos de demanda ou para funcionar em regime de emergência.
 Turbinas industriais (heavy-duty): 
	São de construção mais robusta, apresentando maior resistência a ambientes agressivos, 
	Indicadas para operação na base.
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Centrais à gás
 
Esquema de uma instalação com turbina a gás em circuito aberto, estacionária, sem recuperação: I turbocompressor; II câmara câmara de combustão; III turbina a gás; IV alternador; V motor de arranque e excitatriz.
Esquema de uma instalação com turbina a gás em circuito aberto, estacionária, com recuperação; I turbocompressor; II câmara de combustão; III turbina a gás; IV alternador; V motor de arranque; VI excitatriz; VII recuperador de calor.
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Geração Termelétrica – Principais Configurações
Cogeração
 
 Sistemas de cogeração são aqueles em que se faz simultaneamente e de forma sequencial a geração de energia elétrica e térmica a partir de um único combustível, tais como gás natural, carvão, biomassa ou derivados de petróleo.
 
 Um sistema de cogeração bem dimensionado e balanceado, do ponto de vista da porcentagem final de cada uma das duas formas de energia, aumenta o rendimento global da utilização do combustível empregado, atuando, assim, no sentido do aumento da eficiência energética.
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Cogeração em Topping Cycle
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Cogeração em Bottoming Cycle
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Geração Termelétrica – Principais Configurações
Ciclo Combinado
 Ciclo combinado: consiste num processo que gera energia conjugando o ciclo de Brayton (turbina a gás) com o ciclo de Rankine (vapor). Ou seja, o calor recuperado dos gases de exaustão da turbina a gás é utilizado para acionar um ciclo a vapor. 
 
 A maior recuperação de calor acontece combinando a geração de energia elétrica nas turbinas a gás e em turbinas a vapor.
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Geração Termelétrica – PrincipaisConfigurações 
Ciclo Combinado
 
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Ciclo Combinado
Caldeira de Recuperação
 
 A caldeira de recuperação(*) de uma usina de ciclo combinado é o elemento de ligação entre a turbina a gás e o ciclo a vapor. 
	 (*) HRSG - Heat Recovery Steam Generator
 É um conjunto de trocadores de calor em contracorrente composto por diversas seções (superaquecedor, evaporador e economizador), que recebe, do lado quente, os gases de exaustão da turbina (a cerca de 500 °C), e do lado frio, água que vem ou do condensador do ciclo de vapor, de alguma fonte externa, ou do processo. 
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Ciclo Combinado
Caldeira de Recuperação
 
Gás Quente
~ 500oC
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Geração Termelétrica – Principais Configurações – Ciclo Combinado
Caldeira de Recuperação
 
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Geração Termelétrica – Principais Configurações
Ciclo Combinado
 
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Geração Termelétrica – Principais Configurações
Ciclo Combinado
O acréscimo de potência alcançado em um ciclo combinado é, em geral, da ordem de 50 % da potência da turbina a gás e a eficiência global passa da média de 30 % do ciclo simples para valores na faixa de 55 a 60 % em ciclos combinados. 
O ciclo combinado possui a elevada temperatura média de adição de calor da turbina a gás e a baixa temperatura média de rejeição de calor do ciclo de vapor e, portanto, uma eficiência média maior do que qualquer um dos ciclos teria individualmente. 
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Potencia gerada e Energia produzida
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Conceitos básicos de Termodinâmica aplicados à geração termelétrica
 A potência gerada e a energia produzida emuma central termelétrica, dependem de vários fatores. 
 Destacam-se, dentre as variáveis usualmente medidas na prática, a pressão e a temperatura. 
	A relação não é linear, nem facilmente colocada em termos de equação.
 
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Conceitos básicos de Termodinâmica aplicados à geração termelétrica
 Entalpia:
	
	
	
Dividindo a equação acima pela massa m: 
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Conceitos básicos de Termodinâmica aplicados à geração termelétrica
Entropia e o 2º Princípio da Termodinâmica
A entropia S é uma grandeza termodinâmica que mede o grau de desordem (distribuição da energia) de um sistema.
A entropia é uma função de estado pois para um dado processo é possível definir de modo único uma variação de entropia. ΔS = Sf - Si
A variação da entropia por algum processo é qualitativamente intuitiva. Por exemplo, para um processo de fusão deve ocorrer ΔS > 0, pois o “grau de desordem” aumenta
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Conceitos básicos de Termodinâmica aplicados à geração termelétrica
Maior ou menor entropia ?
ɖS = ɖQ/T
ΔS = ΔQ/T
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Conceitos básicos de Termodinâmica aplicados à geração termelétrica
 
Potência extraível de uma máquina térmica 
Para qualquer ciclo que venha a ser analisado. 
Para um sistema térmico ideal, sem perdas, essa potência, em kW, pode ser calculada, por: P = m.(h1 – h2)
P : potência disponível (kW)
m: massa de fluido passando pela transformação térmica, por unidade de tempo, em kg/seg, 
h : entalpia específica do fluido, dada em kJ/kg, sendo h1 a entalpia na entrada da máquina térmica e h2 a entalpia na saída da máquina térmica. 
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Conceitos básicos de Termodinâmica aplicados à geração termelétrica
 
Potência extraível de uma máquina térmica 
Em sua forma geral, a entalpia, é dada por: 
ou seja, a soma da energia interna do fluido, com a relação entre a pressão a que está submetido e sua densidade .
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Conceitos básicos de Termodinâmica aplicados à geração termelétrica
Potência extraível de uma máquina térmica
 O processo, na prática, é submetido a perdas, e o trabalho realmente obtido é menor que o teórico. O efeito dessas perdas, que leva à introdução do conceito de rendimento, pode ser verificado, por exemplo, na figura abaixo, que apresenta o diagrama de Mollier (entalpia x entropia) do vapor d’água. 
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Conceitos básicos de Termodinâmica aplicados à geração termelétrica
Conceito de rendimento
A partir do diagrama e da expressão da potência, tem-se:
Preal = Pútil = m x (h1- h2’)
Pdisponível = P = m x (h1- h2) e Y = h1- h2 
Define-se o rendimento: 
Daí:
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Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
O desempenho das termelétricas a vapor pode ser avaliado através dos ciclos termodinâmicos do vapor d’água, cujas características são usualmente apresentadas em diagramas de estado, como o de Mollier (entalpia x entropia) ou outros similares, como o de temperatura x entropia.
� EMBED MSPhotoEd.3 ���
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_963649222.bin
_963649386.bin
*
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Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
Mollier (entalpia x entropia) 
Temperatura x Entropia.
� EMBED MSPhotoEd.3 ���
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_963649222.bin
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*
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Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
 O ciclo teórico fundamental aplicável às termelétricas a vapor é aquele de Carnot e o ciclo base para as aplicações práticas, 
 nesse tipo de geração termelétrica, é o Rankine. 
 
 As principais relações deste último ciclo com uma central termelétrica a vapor são apresentadas a seguir, para sistemas sem e com superaquecimento do vapor, respectivamente.
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Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
Ciclo Rankine sem superaquecimento do vapor
1-2: Bombeamento adiabático reversível (dQ=0)
2-3: Troca de calor a pressão constante na caldeira
3-4: Expansão adiabática reversível, na turbina (dQ=0)
4-1: Troca de calor a pressão constante, no condensador
3
4
2
1
CALOR
BOMBA
CALOR
CONDENSADOR
TURBINA
CALDEIRA
4
3
2
1
S
T
a
b
*
*
Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
Ciclo Rankine com superaquecimento do vapor
3
4
2
1
CALOR
BOMBA
CALOR
CONDENSADOR
TURBINA
CALDEIRA
Superaquecedor
3'
� EMBED PaintShopPro ���
_965733666/ole-[28, 00, 00, 00, D4, 03, 00, 00]
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Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
Com relação aos ciclos e figuras apresentados, ressalta-se:
- a área hachuriada representa o trabalho desenvolvido no ciclo.
- a área delimitada pela curva superior do ciclo e o eixo das entropias (a23ba, no primeiro caso, e a2’33’ba, no segundo caso) representam o calor transferido ao fluido. 
- a área delimitada pela curva inferior do ciclo e o eixo das entropias (a14ba, no primeiro caso e, a1’4’ba no segundo) representa o calor transferido do fluido para o ambiente.
3
4
2
1
CALOR
BOMBA
CALOR
CONDENSADOR
TURBINA
CALDEIRA
Superaquecedor
3'
� EMBED PaintShopPro ���
_965733666/ole-[28, 00, 00, 00, D4, 03, 00, 00]
*
*
Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
 O ciclo Rankine, escolhido como o ideal representativo da central termelétrica a vapor, apresenta duas características importantes que o relacionam com o ciclo ideal: 
Antes do processo de bombeamento, é efetuada a transformação em líquido. Na prática é o que deve ser feito, pois não existe equipamento que aumente a temperatura e ao mesmo tempo transforme essa mistura em líquido apenas;
Com superaquecimento, o calor é transferido antes de se efetuar a expansão (queda de pressão), que é o que se pode fazer na prática. As variáveis de controle (sobre as quais se atua para melhorar o desempenho) são, como já se viu, a pressão e a temperatura, cujo efeito é verificado a seguir.
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*
Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
 
Efeito :
Aumento da temperatura na entrada da turbina (superaquecimento)
Conforme aumenta o rendimento, aumenta também o título (porcentagem de água no estado gasoso) do vapor na saída da turbina. Cuidado a ser tomado: o material pode não suportar altas temperaturas.	
Aumento da pressão máxima do vapor (e consequente aumento na temperatura)
Nesse caso, o trabalho líquido tende a permanecer o mesmo e o calor rejeitado diminui, aumentando o rendimento.
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Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
 Na prática, com base no ciclo enfocado, diversas providências podem ser tomadas para melhorar o desempenho da geração termelétrica apoiada no ciclo de Rankine. 
 As mais comuns são o reaquecimento e a regeneração, exemplificadas a seguir.
*
*
Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
 
 
O ciclo a vapor com reaquecimento
Utiliza-se reaquecimento em um ciclo para tirar partido das vantagens do uso de pressões mais altas e evitar umidade excessiva nos estágios de baixa pressão da turbina. 
A figura apresenta exemplo com reaquecimento simples.
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*
Potencia gerada e Energia produzida 
Termelétricas a vapor
 
 
O ciclo a vapor com regeneração
A figuraapresenta exemplo de ciclo com regeneração da água de alimentação. 
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Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a vapor
 O ciclo a vapor com reaquecimento e regeneração
 Na geração termelétrica prática é comum o uso, mais de uma vez, de circuitos de reaquecimento e regeneração combinados. 
 Visando sempre melhorar o desempenho global, muitas vezes se divide o sistema em módulos, como, por exemplo, utilizando-se turbinas de alta pressão (expandindo o vapor até média pressão) em cascata com turbinas de média pressão (expandindo até baixa pressão) e de baixa pressão (expandindo até a pressão de vapor para o processo).
*
*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a vapor
 Afastamento dos ciclos reais em relação aos ideais
 Nos ciclos reais, devem ser consideradas as perdas. 
 As principais são:
perdas na tubulação por atrito e transferência de calor ao meio envolvente; 
perdas de carga na caldeira; 
perdas na turbina e na bomba, representadas pelo rendimento desses equipamentos; 
perdas no condensador (problemas análogos às perdas na tubulação).
*
*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás e Motores
 Muitos aparelhos, como a turbina a gás, o motor diesel e o motor de ignição de automóvel usam gás como fluido de trabalho. 
 Durante a combustão, o fluido de trabalho se altera, mudando, de mistura de ar e combustível para produtos de combustão. Estes aparelhos de combustão interna, nos quais o fluido de trabalho não passa por um ciclo termodinâmico completo, operam segundo o chamado ciclo aberto. 
 Para fins de análise, no entanto, podem ser utilizados ciclos fechados que, mediante algumas hipóteses, são boas aproximações dos ciclos abertos. 
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*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás e Motores
 Uma das aproximações, bastante válida para o entendimento qualitativo do processo, é a utilização do ciclo ideal a ar, baseada nas seguintes hipóteses: 
uma massa fixa de ar é o fluido de trabalho em todo o ciclo e o ar é sempre tratado como gás perfeito. Não há processo de entrada e saída de massa; 
o processo de combustão é substituído por processo de transferência de calor ao meio envolvente (em contraste com saída e entrada no motor real); 
todos os processos são internamente reversíveis; 
considera-se que o ar tem calor específico constante.
*
*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás e Motores
 
 Os principais ciclos termodinâmicos a ar são o ciclo padrão de Carnot, o de Otto, o Diesel, o Ericsson, o Stirling e o Brayton. As diferenças entre eles devem-se aos processos diferentes para ir de um estado a outro e à incorporação de regeneração. 
 Destes, apenas o ciclo Brayton e o ciclo Diesel serão enfocados aqui, pois conseguem adequar-se melhor ao entendimento da aplicação prática da geração termelétrica por turbinas à gás e por motores diesel, respectivamente.
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*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás – Ciclo Brayton
 
.
O ciclo Brayton é o ciclo ideal para representação da turbina a gás simples .
Combustível
Ar
� EMBED PaintShopPro ���
Regenerador
4
3
x
2
y
1
Câmara de combustão
Compr.
Turbina
(liq
_965800133/ole-[28, 00, 00, 00, CA, 04, 00, 00]
*
*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás – Ciclo Brayton
 
.
O ciclo Brayton é o ciclo ideal para representação da turbina a gás simples .
� EMBED PaintShopPro ���
_965799553/ole-[28, 00, 00, 00, C2, 04, 00, 00]
*
*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás – Ciclo Brayton
 
.
A turbina a gás real difere da ideal pelas irreversibilidades na turbina e no compressor e pelas perdas de carga nas passagens de fluido e na câmara de combustão (ou trocadores de calor, no caso do ciclo fechado). 
Além disso, há uma grande quantidade de trabalho realizada no compressor (pode estar na faixa de 40 a 80% da potência desenvolvida na turbina).
*
*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás – Ciclo Brayton
 
 Como T4 > T2 , o calor pode ser transferido dos gases de descarga (na saída da turbina, à temperatura T4) para os gases de alta pressão que deixam o compressor. Se isso for feito em trocador de calor de contracorrente (regenerador), então a temperatura Tx (na entrada da câmara de combustão e no caso ideal) pode ser igual a T4. T4 > T2 é a condição para que aconteça regeneração, o que resultará em aumento do rendimento do ciclo. 
O ciclo simples de turbina a gás com regenerador 
� EMBED PaintShopPro ���
_965799553/ole-[28, 00, 00, 00, C2, 04, 00, 00]
*
*
Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás – Ciclo Brayton
 
.
Ciclo simples de 
turbina a gás 
com regenerador
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Regenerador
4
3
x
2
y
1
Câmara de combustão
Compr.
Turbina
(liq
_965800133/ole-[28, 00, 00, 00, CA, 04, 00, 00]
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Potencia gerada e Energia produzida Termelétricas a gás – Ciclo Brayton
 
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Regeneradores 
utilizados 
em 
vários estágios
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Potencia gerada e Energia produzida 
Motores – Ciclo Diesel
O ciclo padrão de ar de Diesel
O ciclo Diesel representa, em teoria, o funcionamento do motor com o mesmo nome. 
Para o ciclo teórico: 
- A figura 1 mostra a evolução segundo a pressão e o volume específico, 
- A figura 2, a relação entre a  temperatura e a entropia.
Em ambos os casos, a evolução é:
1 - 2 : Compressão isentrópica   
2 - 3 : Fornecimento de calor 
a pressão constante (isobárico) 
3 - 4 : Expansão isentrópica 
4 - 1 : Cede calor a volume
 constante 
 
PMS PMI
� EMBED PaintShopPro ���
_965799145/ole-[28, 00, 00, 00, D3, 05, 00, 00]
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Potencia gerada e Energia produzida 
Motores – Ciclo Diesel
Funcionamento mecânico
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Potencia gerada e Energia produzida 
Motores – Ciclo Diesel
Funcionamento mecânico
Na maioria das aplicações os motores Diesel funcionam como um motor quatro tempos. O ciclo inicia-se com o êmbolo no ponto morto superior (PMS). 
A válvula de admissão está aberta e o êmbolo ao descer aspira o ar para dentro do cilindro.
O êmbolo atinge o Ponto Morto Inferior (PMI), a válvula de admissão fecha, e inicia-se então a compressão. A temperatura do ar dentro do cilindro aumenta substancialmente devido à diminuição do volume.
Pouco antes do PMS o combustível começa a ser pulverizado pelo ejector em finas gotículas, misturando-se com o ar quente até que se dá a combustão. A combustão é controlada pela taxa de injecção de combustível, ou seja, pela quantidade de combustível que é injectado. O combustível começa a ser injectado um pouco antes do PMS devido ao facto de atingir a quantidade suficiente para uma perfeita mistura (ar + combustível) e consequentemente uma boa combustão.
A expansão começa após o PMS do êmbolo com a mistura (ar + combustível) na proporção certa para a combustão espontânea, onde o combustível continua a ser pulverizado até momentos antes do PMI.
O ciclo termina com a fase de escape, onde o embolo retorna ao PMS, o que faz com que os gases de combustão sejam expulsos do cilindro, retomando assim o ciclo.
No caso dos motores a dois tempos, o ciclo é completado a cada volta, a admissão não é feita por válvulas mas sim por janelas..
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Geração Termelétrica – Inserção no meio ambiente
Localização: Macaé - RJ
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Geração Termelétrica – Inserção no meio ambiente
Localização: Macaé - RJ
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Termelétrica Nuclear
Angra dos Reis
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Termelétrica à Carvão
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Termelétrica a Vapor
Usina Sucro Alcooleira
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Usina a Gás Ciclo Aberto
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GOV.LEONEL BRIZOLA (ex-Termorio)
1036 MW (3 blocos)
Localização: Duque de Caxias - RJ
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FERNANDO GASPARIAN (ex-N.Piratininga) 370 (560) MW
Localização: São Paulo - SP
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MÁRIO LAGO (ex-Termomacaé) – 929 MW
Localização: Macaé - RJ
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