Centrais Termelétricas a Vapor

Ciclos de Potência a Vapor

jjcssantos@yahoo.com.br

Prof. Dr. José Joaquim C. S. Santos

MCA 03380

Universidade Federal do Espírito Santo - UFES

Departamento de Engenharia Mecânica - DEM

Centro Tecnológico 3 - CT III

Máquinas Térmicas

1. Introdução

1.1 Generalidades

1. Introdução

1.1 Generalidades

1. Introdução

1.2 Componentes Básicos

1. Introdução

1.3 Ciclos mais Complexos

2. Modelagem do Ciclo a Vapor

2.1 Ciclo Rankine Ideal

2. Modelagem do Ciclo a Vapor

2.2 Ciclo Rankine Ideal X Ciclo de Carnot

Limitações:

• aproveitamento do calor dosgases da combustão

• transferência de calor amesma temperatura

• conseqüente limitação datemperatura máxima do ciclo

• bombeamento bifásico

• limitação da expansão naturbina devido ao baixo titulo

2. Modelagem do Ciclo a Vapor

2.2 Ciclo Rankine Ideal X Ciclo de Carnot (alternativo)

Limitações:

• Transferência de calor na caldeira variando a pressão (e temperatura constante)

• Compressão Isentrópica até altas pressões

2. Modelagem do Ciclo a Vapor

2.2 Ciclo Rankine Ideal X Ciclo de Carnot (alternativo)

Limitações:

• Transferência de calor na caldeira variando a pressão (e temperatura constante)

• Compressão Isentrópica até altas pressões

3. Ciclo Rankine

3.1 Trabalho e Calor

3. Ciclo Rankine

3.1 Trabalho e Calor

3. Ciclo Rankine

3.1 Trabalho e Calor

3. Ciclo Rankine

3.2 Eficiência Térmica

3. Ciclo Rankine

3.2 Eficiência Térmica

3. Ciclo Rankine

3.2 Eficiência Térmica (temperatura média termodinâmica)

3. Ciclo Rankine

3.2 Melhorias: Temperatura Máxima e Mínima

3. Ciclo Rankine

3.2 Melhorias: Temperatura Máxima e Mínima

3. Ciclo Rankine

3.2 Melhorias: Temperatura Máxima e Mínima

3. Ciclo Rankine

3.3 Ciclo Ideal X Ciclo Real

3. Ciclo Rankine

3.3 Ciclo Ideal X Ciclo Real

3. Ciclo Rankine

3.4 Reaquecimento (ideal)

3. Ciclo Rankine

3.4 Reaquecimento (ideal)

OBS:Além do aumento datemperatura máximade adição de calor dociclo, aumenta tambémo título na saída daturbina a vapor (baixa)

3. Ciclo Rankine

3.4 Reaquecimento (ideal)

3. Ciclo Rankine

3.4 Reaquecimento (ideal)

3. Ciclo Rankine

3.4 Reaquecimento (real)

3. Ciclo Rankine

3.5 Ciclos Supercríticos

3. Ciclo Rankine

3.5 Preaquecimento Regenerativo

3. Ciclo Rankine

3.5 Preaquecimento Regenerativo (aberto)

3. Ciclo Rankine

3.5 Preaquecimento Regenerativo (aberto)

3. Ciclo Rankine

3.5 Preaquecimento Regenerativo (aberto)

3. Ciclo Rankine

3.5 Preaquecimento Regenerativo (fechado)

3. Ciclo Rankine

3.5 Preaquecimento Regenerativo (fechado)

3. Ciclo Rankine

3.5 Preaquecimento Regenerativo (fechado)

3. Ciclo Rankine

3.6 Ciclos Completos

3. Ciclo Rankine

3.6 Ciclos Completos

3. Ciclo Rankine

3.6 Ciclos Completos

3. Ciclo Rankine

3.6 Ciclos Completos

3. Ciclo Rankine

3.6 Ciclos Completos

3. Ciclo Rankine

3.7 Balanço de Exergia

3. Ciclo Rankine

3.7 Balanço de Exergia

3. Ciclo Rankine

3.7 Balanço de Exergia (versus balanço de energia)

Diagrama de Grassmann(balanço exergético)

Diagrama de Sankey(balanço energético)

3. Ciclo Rankine

3.8 Análise dos Ciclos Termodinâmicos

3. Ciclo Rankine

3.8 Análise dos Ciclos Termodinâmicos

3. Ciclo Rankine

3.8 Análise dos Ciclos Termodinâmicos

3. Ciclo Rankine

3.8 Análise dos Ciclos Termodinâmicos

3. Ciclo Rankine

3.8 Análise dos Ciclos Termodinâmicos

3. Ciclo Rankine

3.8 Análise dos Ciclos Termodinâmicos

3. Ciclo Rankine

3.9 Exercícios

• Considere um Ciclo de Carnot a Vapor operando com expansãoe compressão na região bifásica entre 300 e 25 oC. Calcule aeficiência térmica do ciclo:

- em função das temperaturas

- em função das entalpias

• Calcule a eficiência térmica do ciclo anterior, considerando aeficiência isentrópica na compressão de 60% e na expansão 80%.

• Considere agora um Ciclo de Rankine Ideal Simples operandoentre as mesmas pressões. Calcule a eficiência térmica do ciclo.

• Calcule a eficiência térmica do ciclo anterior, considerando aeficiência isentrópica na compressão de 92% e na expansão 80%

3. Ciclo Rankine

3.9 Exercícios

• Considere o Ciclo de Rankine anterior com superaquecimentoaté 500 oC. Calcule a eficiência térmica do ciclo:

- ciclo ideal

- ciclo real

• Considere o Ciclo de Rankine anterior com reaquecimento até500 oC. Calcule a eficiência térmica ótima do ciclo:

- ciclo ideal

- ciclo real

• Para cada um dos casos anteriores (Ciclos de Rankine), avaliea vantagem do aquecimento regenerativo (aberto e fechado),sabendo que água chega na caldeira como líquido saturado.

4. Bibliografia Base