MÁQUINAS TÉRMICAS E PROCESSOS CONTÍNUOS

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 6-8 – MELHORANDO O DESEMPENHO

Melhorando o DesempenhoSuperaquecimento

◦ Como não estamos restritos a ter vaporsaturado na entrada da turbina, uma energiaadicional pode ser somada elevando o vapor aníveis acima de sua saturação.

◦ Como pode ser verificado, na figura, osuperaquecimento eleva a temperatura médiade adição de calor, elevando sua eficiênciatérmica.

◦ Com superaquecimento, o estado na exaustãoda turbina pode cair na região de vaporsuperaquecido.

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Melhorando o DesempenhoReaquecimento

◦Com o reaquecimento, umainstalação de potência podetirar vantagem do aumentode eficiência que resulta depressões maiores e aindaevita um título baixo devapor na exaustão daturbina.

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Melhorando o DesempenhoReaquecimento

◦Neste caso, não é evidente oaumento de eficiência dociclo, pois, embora existaum aumento do trabalhogerado na turbina, existetambém um aumento daenergia adicionada ao ciclopara reaquecer o vapor.

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Melhorando o DesempenhoCiclo Supercrítico

◦Neste caso, o ciclo opera com pressõesextremamente elevadas, necessitantetambém de um aporte maior de calor dogerador de vapor.

◦Esta operação ainda possui várias limitaçõesde engenharia, no que se refere aslimitações metalúrgicas da turbina e naresistência das tubulações.

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Melhorando o DesempenhoExemplo 8.3

◦Vapor de água é o fluido de trabalhoem um ciclo Rankine ideal comsuperaquecimento e reaquecimento.Para os estados termodinâmicosapresentados na figura, determine:◦A eficiência do ciclo;◦A vazão mássica do vapor d’água, em

kg/h;◦A quantidade de calor removida no

condensador.

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Melhorando o DesempenhoExemplo 8.3

◦A eficiência do ciclo;

◦A vazão mássica do vapord’água, em kg/h;

◦A quantidade de calorremovida no condensador.

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Melhorando o DesempenhoRegeneração

◦A regeneração consiste noauxílio do aquecimento daágua de alimentação dacaldeira através dautilização de parte dovapor que passa pelaturbina. Isto reduz aquantidade de calornecessário paraaquecimento do sistema.

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Melhorando o DesempenhoRegeneração

◦No ciclo regenerativo não éevidente que a eficiência iráaumentar, embora existauma redução da energia deentrada no sistema, tambémexiste uma redução dotrabalho gerado na turbina.

◦Se a redução na turbina formenor que a redução decalor injetado no sistema,teremos um aumento daeficiência.

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Melhorando o DesempenhoRegeneração – Alimentação Aberta

◦Neste caso o vaporsangrado da turbina entraem contato direto com aágua de alimentação quesaí da primeira turbina.

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Melhorando o DesempenhoRegeneração – Alimentação Fechada

◦Neste caso o vaporsangrado da turbina nãoentra em contato com aágua que vem da bomba.Este cede calor, passa poruma válvula e éencaminhado para ocondensador.

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Melhorando o DesempenhoRegeneração – Múltiplos

◦ A eficiência térmica pode seraumentada pela incorporação devários regeneradores. O númerode regeneradores é baseado emconsiderações econômicas, jáque o aumentos estão alinhadoscom o aumento de equipamentoscomo o trocadores de calor,bombas e tubulações.

◦ Nestes casos é muito comum terpelo menos um regeneradoraberto (desaerador) responsávelpela remoção de oxigênio eoutros gases dissolvidos.

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Melhorando o DesempenhoExemplo 8.5

◦ Considere um ciclo de potênciaa vapor regenerativo com umaquecedor de água dealimentação aberto. Para osparâmetros apresentados nafigura, considere que a turbinapossui um eficiênciaisentrópica de 0,85% e umtrabalho líquido de 100MW,determine:◦ A eficiência do ciclo;◦ A vazão de massa do vapor que

entra no primeiro estágio daturbina.

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Outros Aspectos do Ciclo a VaporCaracterísticas do Fluido de Trabalho

◦A água é usada como fluido de trabalho na grande maioria dossistemas a vapor porque é abundante e de baixo custo, nãotóxica, quimicamente estável e possui variação de entalpiarelativamente grande quando se vaporiza.

◦As propriedades da água são tais que as razões de trabalhoreverso são pequenas e as técnicas de superaquecimento,reaquecimento e regeneração podem ser capazes de aumentar aeficiência do ciclo.

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Outros Aspectos do Ciclo a VaporCaracterísticas do Fluido de Trabalho

◦A água é insatisfatória com relação a sua temperatura crítica(374,14°C) que cerca de 225°C abaixo das temperaturas máximasadmissíveis na entrada de um turbina. Desta forma para atingirtemperaturas médias elevadas é necessário a operação em níveis depressão muito elevadas.

◦Outra característica indesejável da água é a de que sua pressão desaturação a temperaturas comum do condensador é bem abaixo dapressão atmosférica. Como resultado, pode entrar ar no sistema.

◦Ciclos que operam com temperaturas baixas podem ter umdesempenho melhor com um refrigerante como amônia.

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Outros Aspectos do Ciclo a VaporCiclo de Vapor Binário

◦Em um ciclo de vaporbinário dois fluidos detrabalho são usados, umcom boas características aaltas temperaturas e outrocom boas características abaixa temperatura.

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Outros Aspectos do Ciclo a VaporCo-geração

◦A co-geração consiste na estratégia de múltiplos usos do sistema,o que pode gerar aumento de sus eficiência.

◦Produtos de combustão oriundos de processos industriais, queseriam descartados em um chaminé, podem ser utilizados paraprodução de vapor e geração de energia elétrica.

◦Bem como o calor rejeitado em um condensador, pode serutilizado para aquecimento de produtos químicos ou mesmo deágua para outros processos.

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Outros Aspectos do Ciclo a VaporCo-geração

◦A figura mostra um exemplosimples de uma planta queutiliza parte de seu vapor geradopara um processos interno, queseria desde a sua utilização emmáquinas como para processos.

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