Ficha Cyclepad Ebah

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Priscila Lane Lemos Teixeira, Novembro de 2010.

Ficha do Cyclepad – Termodinâmica Usando o CyclePad, a criação do ciclo é realmente muito simples, mas exige que

saibamos algumas noções básicas e propriedades típicas que se aplicam ao ciclo. Vamos examinar um problema de ciclo Rankine e observar as propriedades e dados necessários para encontrar a solução do problema, muitos dos quais não são necessariamente mencionados.

1. Montagem do ciclo: Assim que abrir o programa, aparece uma janela perguntando o tipo de ciclo que

você pretende trabalhar, vamos selecionar a opção para ciclo aberto. Em seguida uma tela azul irá abrir contendo um quadro com os equipamentos necessários para a montagem do ciclo.

Para iniciarmos a montagem, precisamos definir o tipo de ciclo desejado, no nosso caso será o ciclo Rankine, com esta informação selecionamos o equipamento desejado e clicamos na tela azul (tela de construção), e assim sucessivamente. Para mudar a direção de entrada e saída do fluido no interior do equipamento, podemos clicar em cima dele e selecionar a opção rotacionar. Esta etapa está representada através da figura 1.

Figura1 – Montagem do ciclo

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2. Ligação dos componentes: Depois de adicionar todos os componentes, precisamos fazer a ligação entre eles, e

para isso é só clicar na seta de saída de um equipamento e ligá-lo até a entrada do próximo. Observar que o sentido das setas dos equipamentos deve estar semelhante. A figura 2 representa esta ligação.

Figura 2 – Ligação entre componentes

3. Diferença entre as telas: As telas azuis mostradas até agora são utilizadas no modo de construção, assim que

completamos a ligação dos componentes o programa pergunta qual o modo de trabalho desejado, se continuar no modo de construção ou ir para o modo de análise. Como agora o nosso ciclo já está montado e ligado, precisamos introduzir os valores dados no problema, então precisamos ir para a tela de análise (tela branca).

4. Ciclo Rankine - Descrição do problema: Num ciclo Rankine, o vapor d’água deixa a caldeira e entra na turbina a 4 MPa e

400 °C. A pressão no condensador é igual a 10 Kpa. Determine o rendimento do ciclo.

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4.1. Dados: Cada espaço nomeado de “S” do ciclo representa um estado, por exemplo, o “S1”

representa o estado de saída do condensador e entrada da bomba. A partir dos dados do problema, precisamos definir esses estados.

Como o problema diz que vapor entra na turbina a 4 MPa, 400 ºC, e sai a 10 kPa, vamos utilizar os estados de entrada da turbina (S3) e o de saída (S4). Os valores em verde são os dados escritos pelo aluno, os resultados calculados pelo programa são apresentados em letra azul. Isto pode ser observado na figura 3 a seguir.

Figura 3 – Definição dos estados do problema

Para o estado S3, admitimos P = 4 MPa, T = 400 °C e o fluido utilizado é a água, em

seguida definimos as propriedades da turbina clicando em cima do componente, foi considerado turbina isentrópica e adiabática. O estado S4 é uma mistura de vapor e água e P = 10 KPa. Para o condensador, o consideramos isobárico com a variação de pressão igual a zero.

No estado S1, é considerado líquido saturado e título igual a zero (esse item pode ser representado por quality ou dryness, depende da versão do programa). A bomba foi definida como isentrópica e adiabática. O estado S2 é calculado a partir de todos os parâmetros definidos, e para a caldeira consideramos que é isobárica e a variação de pressão é zero.

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4.2. Ciclo pronto – lista de dados: Com o ciclo montado e dados adicionados, podemos obter uma lista de todos os

dados e considerações feitas no problema. Para isso seguimos o caminho: “Cycle”- “Assumptions mode”. O quadro obtido do ciclo está na figura 4.

Figura 4 – Lista de dados do ciclo Rankine

4.3. Propriedades do ciclo: Para incluir as propriedades do ciclo, é preciso ir em: “Cycle” – “Cycle properties”,

lá você vai indicar que este ciclo Rankine é uma “heat-engine”, e considerando um fluxo de massa (m-dot) no estado S3 de 1,0 kg/s, podemos obter o rendimento térmico do ciclo que foi pedido no problema e outros parâmetros calculados pelo programa.

Figura 5 – Propriedades do ciclo

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4.4. Diagrama T-S: O diagrama T-S do ciclo é obtido através do seguinte passo: “cycle” – “cycle TS

diagram”. Podemos observar o diagrama deste ciclo na figura 6 abaixo.

Figura 6 – Diagrama T-S

5. Ciclo regenerativo – Descrição do problema: Considere um ciclo regenerativo que utiliza água como fluido de trabalho. O vapor

deixa a caldeira e entra na turbina a 4 MPa e 400 °C. Após expansão até 400 KPa, parte do vapor é extraído da turbina com o propósito de aquecer a água de alimentação num aquecedor de mistura. A pressão no aquecedor da água de alimentação é igual a 400 KPa e a água na seção de saída desta equipamento está no estado líquido saturado a 400 KPa. O vapor não extraído é expandido na turbina até a pressão de 10 KPa. Determine o rendimento do ciclo.

5.1. Ciclo montado: O esquema do ciclo que você deverá montar está representado na figura 7. O ciclo

deve conter os equipamentos listados e na sequência que segue.

Figura 7 – Ciclo regenerativo

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5.2. Lista de dados: Os dados são observados no problema, porém algumas considerações deverão ser

feitas. Observe que as turbinas e as bombas devem ser consideradas adiabáticas e isentrópicas; a caldeira, o condensador e o misturador devem ser considerados isobáricos; e para o separador considerar que os fluidos das saídas devem ter os mesmos valores paramétricos.

A lista de dados que este problema dispõe a partir do que foi escrito e determinado por você, segundo os parâmetros disponíveis na questão, deverá ser igual à representada na figura 8 a seguir.

Figura 8 - Lista de dados do ciclo Regenerativo

A figura 9 representa os valores obtidos depois de colocarmos os dados dispostos no

problema. Lembre-se que os valores escritos em verde, são os dados escritos por você e os valores em azul são os calculados pelo programa.

Os estados dos quadros correspondentes à figura 7 estão discriminados abaixo e representados na figura 9.

S1 – valores da entrada da bomba1 S2 – valores da saída da bomba1 S3 – valores da entrada da bomba2 S4 – valores da saída da bomba2 e entrada da caldeira S5 – valores de entrada da turbina1 S6 – valores de saída da turbina1 S7 – valores intermediários

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S8 – valores de saída do separador para a turbina2 S9 – valores de entrada do condensador

Figura 9 – Estados do ciclo regenerativo

5.3. Propriedades do ciclo O ciclo deve seguir as seguintes propriedades: representação na figura 10.

Figura 10 – Propriedades do ciclo regenerativo

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5.4. Sensibilidade Podemos determinar a sensibilidade do problema através da variação de apenas um

parâmetro (os outros permanecem fixos) em relação ao rendimento térmico do ciclo. Isto pode ser feito acessando a ferramenta “Tools” – “Sensitivity”. Vamos variar a pressão intermediária S7 (que é a mesma da saída da bomba 1) em relação ao rendimento térmico do ciclo. Você deve utilizar um intervalo de pressão que possa ser possível visualizar com clareza o pico do gráfico, onde percebemos o máximo rendimento. O gráfico obtido durante este procedimento está na figura 11.

Figura 11 – Eficiência x Pressão intermediária

Ficha Cyclepad Ebah

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