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Relatório Sudeste FINAL (+ calculo V)

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2 é referente as propriedades do ar que sai do compressor e entra na 
câmara de combustão, o estado 3 é referente as propriedades da mistura ar mais 
combustível que sai da câmara de combustão e entra na turbina e o estado 4 
que é referente as propriedades da mistura que sai da turbina. 
Considerando os parâmetros do ciclo Rankine o fluido passará por 6 
estados: o estado 8 é referente as propriedades do vapor que passou pelo 
trocador de calor, absorvendo calor para entrar na caldeira, o estado 9 é 
referente as propriedades do vapor que sai da caldeira e entra na turbina, o 
estado 10 é referente as propriedades do vapor que sai da turbina e entra no 
condensador, dimensionado posteriormente, e o estado 11 é referente as 
propriedades do vapor que sai do condensador e entra na bomba. 
Após definir uma potência a ser gerada pela usina foi possível escolher as 
turbinas que serão utilizadas, através do catálogo da Siemens, onde o modelo 
SGT-750 irá operar no ciclo Brayton, com uma potência máxima de 70% da 
capacidade instalada, e o modelo SST-150 irá operar no ciclo Rankine, com a 
uma potência máxima dos 30% restantes. 
 
 Figura 8 – Turbinas da Usina Termoelétrica 
 
 Fonte: Siemens. 
 
 
 
 
39 
 
3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS ESTADOS E PARÂMETROS IMPORTANTES 
 
Para dimensionar os estados é necessário definir as variáveis para que 
cada estado seja único, ou seja, caracterizá-lo, e como na termoelétrica os 
fluidos de trabalho são substâncias puras compressíveis simples, são 
necessárias apenas duas variáveis para caracterizar cada estado e com o auxílio 
das tabelas termodinâmicas é possível obter qualquer outra variável do 
processo. Para isso, foi necessário definir variáveis como temperatura, pressão, 
entalpia, entropia, volume específico e título, e fixar alguns parâmetros, 
especificados na tabela 12. 
Tabela 12 – Dados fixados nos ciclos Brayton e Rankine 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
No estado 1 o fluido de trabalho, ar, não passou por nenhum processo, ou 
seja, está em condições normais, sua pressão e sua temperatura são as mesmas 
do ambiente, 101,325 kPa e 298K respectivamente. Consultando a tabela 
termodinâmica que apresenta as propriedades do ar foi possível encontrar sua 
entalpia e sua entropia. 
 
 
 
 
 
40 
 
No estado 2 o fluido de trabalho foi comprimido e teve sua pressão 
elevada para 2412 kPa, pois a razão de pressão especificada pela turbina, 23,8, 
é a mesma razão de pressão do compressor, e considerando a compressão um 
processo isoentrópico, a entropia do estado 2 será igual à do primeiro estado. 
Consultando a tabela termodinâmica foi possível encontrar sua entalpia ideal, e 
considerando uma eficiência isoentrópica de 85%, sua entalpia real. 
 
No estado 3 o fluido passa por uma câmara de combustão, processo 
isobárico de admissão de calor, para aumentar sua temperatura e como essa é 
proporcional a energia aproveitada pela turbina, o ideal seria aproveitar toda 
energia fornecida pelo combustível, porém a especificação de temperatura 
máxima suportada pela turbina, 1615K, deve ser considerada devido à 
resistência dos materiais com os quais aquela foi produzida. Consultando a 
tabela termodinâmica na temperatura supracitada foi possível encontrar a 
entalpia do terceiro estado. 
 
No estado 4 o fluido de trabalho foi expandido e teve sua pressão 
diminuída para 101,3 kPa, devido a razão de pressão da turbina, e considerando 
a expansão um processo isoentrópico, a entropia do estado 4 será igual à do 
estado 3. Consultando a tabela termodinâmica foi possível encontrar sua 
entalpia ideal, e considerando uma eficiência isoentrópica da turbina de 90%, 
sua entalpia real. 
 
No estado 9 o fluido foi comprimido pela bomba adquirindo uma pressão 
de 10300 kPa e como a temperatura máxima especificada pela turbina, 
suportada pelos seus materiais, é de 778K, foi possível consultar as tabelas 
termodinâmicas e encontrar sua entalpia e sua entropia. 
 
No estado 10 o fluido é expandido pela turbina, e a pressão do fluido é 
especificada como 25Kpa. Consultando a tabela termodinâmica foi possível 
41 
 
encontrar sua entalpia ideal, e considerando uma eficiência isoentrópica da 
expansão de 90%, sua entalpia real. Depois de encontrar esses valores foi 
possível determinar também o título e a temperatura do fluido nesse estado. 
 
No estado 11 o fluido passa pelo condensador com o objetivo de mudar o 
estado de vapor saturado para líquido, ou seja, mudar seu título para 0, e como 
a condensação é um processo isobárico tem-se que a pressão no estado 11 é 
igual a pressão do estado 10. Consultando a tabela termodinâmica foi possível 
encontrar sua entalpia, sua entropia, sua temperatura e seu volume. 
 
No estado 6 o fluido passa pela bomba e tem sua pressão elevada 
proporcionalmente à razão de pressão, para 10300kPa. O trabalho realizado 
pela bomba foi encontrado através da equação abaixo. 
𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 11 ∗ (𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 6 − 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 11) 
𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = 0,00102 ∗ (10300 − 25) = 10,48 𝑘𝐽/𝑘𝑔 
 
Após encontrar esse parâmetro foi possível determinar a entalpia do 
estado 6 através da equação abaixo. Consultado a tabela termodinâmica para 
essa entalpia e pressão foi possível encontrar sua entropia e sua temperatura. 
𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 6 − 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 11 
10,48 = 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 6 − 272 
𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 6 = 282,48 
 
 
 
 
 
 
Após caracterizar todos os estados do ciclo, seus principais parâmetros 
foram calculados através da ferramenta EES, apêndice E, e podem ser 
observados na tabela 13. 
 
42 
 
 
Tabela 13 – Parâmetros calculados no EES 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
43 
 
3.3 DIMENSIONAMENTO DO TROCADOR DE CALOR 
 
O ciclo combinado apresenta dois trocadores de calor, o que aproveita a 
temperatura do gás que sai da turbina do ciclo Brayton para aquecer o vapor que 
entrará na turbina do ciclo Rankine, e o condensador do ciclo Rankine. 
O condensador tem o objetivo de transferir o calor da água saturada que 
sai da turbina, com uma vazão mássica de 11,75 kg/s e uma temperatura de 
65,1ºC, para que essa volte ao estado líquido podendo assim ser bombeada 
novamente para o ciclo. Esse calor é transferido para uma água retirada do rio, 
a temperatura de 20ºC, que circula o condensador e depois é descartada. 
O trocador de calor de casco e tubo é um dos mais utilizados nos 
processos industrias, no interior dos tubos irá passar um dos fluidos envolvidos 
na transferência de calor, o vapor que sai da turbina, já no interior do casco 
passará o outro fluido envolvido no processo, a água retirada do rio. Para 
aumentar o coeficiente convectivo da água são colocadas chicanas que induzem 
um escoamento turbulento dessa, além de segurarem o feixe de tubos dentro do 
casco. 
Para dimensiona-lo foi necessário definir alguns parâmetros, figura 9, 
como o diâmetro interno do casco, o material dos tubos, o diâmetro externo dos 
tubos, a razão de espaçamento entre os tubos, a espessura dos tubos, e o 
espaçamento das chicanas. 
 Figura 9 – Trocador de calor casco e tubo e alguns parâmetros definidos 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
44 
 
O calor trocado pelo vapor, �̇� 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 , pode ser calculado pela fórmula 
abaixo, onde as entalpias foram encontradas pelo EES com a temperatura do 
vapor, 65,1 °C, e para as titulações na entrada, 0,8752, e na saída, 0, do 
condensador e a vazão mássica do vapor, 11,75
𝑘𝑔
𝑠⁄ , dimensionada 
anteriormente no ciclo combinado. 
 
 
�̇� 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = �̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟×(𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 0% − 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 87,25%) 
 
�̇� 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 11,75×(272,5 − 2319) = −24046,375 𝑘𝑊 
 
Como todo calor perdido pelo vapor é recebido pela água, é possível

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