SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

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SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV) Prof. Dr. Paulo H. D. Santos [email protected]

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SISTEMAS DE POTÊNCIA A

VAPOR (SPV)

Prof. Dr. Paulo H. D. Santos [email protected]

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AULA 1 Apresentação do curso; Modelagem dos Sistemas de Potência a

Vapor; Sistemas de Potência a Vapor - Ciclo de Rankine; 06/06/2013

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Sumário

Ementa

Objetivos

Conteúdo Programático

Metodologia

Avaliação

Critério de Aprovação

Data das Avaliações

Referências

Referências Básicas

Referências Complementares

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Sumário

Aplicação da Termodinâmica

Sistemas de Potência a vapor

Modelagem de Sistema a Vapor

Análise dos sistemas de potencia a vapor (Ciclo de Rankine)

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Ciclo Ideal de Rankine

Efeitos das Pressões da Caldeira e do Condensador no Ciclo de Rankine

Comparação com o Ciclo de Carnot

Resumo da Aula

Guia de Estudo

Técnica para Solução de Problemas

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Ementa

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Ciclo Rankine. Geradores de vapor.

Combustíveis e combustão.

Turbinas a vapor. Trocadores de Calor.

Utilização e distribuição de vapor.

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Objetivos

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Objetivos

Conhecer e dimensionar componentes de um sistema de

potência a vapor, tubulações e acessórios.

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Conteúdo

Programático

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Ciclo Rankine

Introdução. Ciclo Rankine com superaquecimento. Ciclo Rankine com

reaquecimento. Ciclos Rankine regenerativos.

Combustíveis e combustão

Classificação dos combustíveis. Poder calorífico dos combustíveis.

Propriedades físicas dos combustíveis. Reações de combustão. Calor

de combustão. Temperatura adiabática de chama.

Geradores de vapor

Classificação e partes componentes. Caldeiras com circulação forçada.

Superaquecedores de vapor. Economizadores. Pré-aquecedores de ar.

Tratamento de água de alimentação.

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Trocadores de Calor

Classificação dos trocadores de calor e parâmetros operacionais.

Dimensionamento pelo método da Diferença Média Logarítmica de

Temperaturas (DMLT). Dimensionamento pelo método da

Efetividade (e-NUT). Determinação de perda de carga e taxas de

transferência de calor nos componentes de um gerador de calor

com superaquecedor, economizador e pré-aquecedor de ar. Projeto

termo-hidráulico de trocadores de calor aplicado a geradores de

vapor.

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Turbinas a vapor

Turbinas de ação. Turbinas de ação de um estágio. Turbinas de ação

de vários estágios. Turbinas com estágios de velocidades. Turbinas

de reação.

Utilização e distribuição de vapor

Linhas de vapor: Classificação das tubulações. Tubos, materiais,

processos de fabricação, normalização dimensional. Perdas de

carga. Perdas de calor. Isolamento térmico. Meios de ligação.

Válvulas: classificação, aplicação e seleção.

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Metodologia

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Aulas expositivas do conteúdo programático com a

utilização de recursos audiovisuais.

Trabalhos para fixação do conteúdo.

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Avaliação

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As avaliações serão compostas por provas e trabalhos.

As provas terão 90 % de peso na avaliação.

Os trabalhos terão 10% de peso na avaliação.

Por exemplo: a prova vale 9,0 e a soma de todos os trabalhos

(entregues na data marcada) vale 1,0.

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A média semestral do aluno será computada através das

avaliações:

MP = (P1 + P2 + P3)/3.

Se MP > 6 (Discente Aprovado);

Se MP < 6 (Discente deve fazer a Prova de Recuperação).

Se o discente fizer a prova de recuperação (PR), calcula-se a

média final semestral da seguinte forma:

MF = (MP + PR)/2.

Se MF > 6 (Discente Aprovado);

Se MF < 6 (Discente REPROVADO). OBS: MP – média das avaliações, PR – prova de recuperação, MF – média final semestral.

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Data das Avaliações

P1: 08/08/13

P2: 29/08/13

P3: 03/10/13

Prova de Recuperação: 10/10/13 (TODO O CONTEÚDO PROGRAMÁTICO)

O aluno tem direito a 2ª Chamada de Prova (respeitar as regras da UTFPR).

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TRABALHOS

Filosofia

Uma das melhores maneiras de aprender alguma coisa é através

da prática e repetição;

Portanto, os trabalhos de casa são extremamente importantes

nesta disciplina!

Todos os trabalhos de casa serão cuidadosamente pensados de

forma que você aproveite o máximo da disciplina;

Se você estudar e compreender os trabalhos de casa, você não

terá problemas nas provas.

19

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Referências

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Referências Básicas

LORA, Electo Eduardo Silva; NASCIMENTO, Marco

Antônio Rosa do (Coord.). Geração termelétrica :

planejamento, projeto e operação, Volume 1. Rio de Janeiro,

RJ: Interciência, 2004. (1265 p.) ISBN 8571931054.

MORAN, M.J., SHAPIRO, H.N., Princípios de

Termodinâmica para Engenharia, Livros Técnicos e

Científicos Editora S.A 2002.

INCROPERA, F.P., De Witt, D., Transferência de Calor e de

Massa, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2002.

TELLES, P.C. Silva ,Tubulações Industriais, Materiais,

Projeto e Montagem, Livros Técnicos e Científicos Editora

S.A.,1993.

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Referências Complementares

WHITE, F.M. ,Mecânica dos Fluidos,McGraw-Hill,2003.

MACINTYRE, A.J. Instalações Hidráulicas,Guanabara

Dois,1982.

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Aplicações

da

Termodinâmica

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É difícil imaginar uma área que não se relacione à

Termodinâmica de alguma maneira, pois todas as atividades da

natureza envolvem alguma interação entre energia e matéria.

O desenvolvimento de uma boa compreensão dos princípios

básicos da Termodinâmica há muito constitui parte essencial

do ensino da Engenharia.

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Centrais Termoelétricas

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Centrais Nucleares

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Turbina a Vapor

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Caldeiras

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Caldeira

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Sistemas

de

Potência a Vapor

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Locomotiva (animação)

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Os sistemas de potência a vapor (SPV) são instalações industriais

na qual a energia de um combustível fóssil, renovável ou

nuclear é convertida em energia mecânica utilizando um fluido

de trabalho que é vaporizado e condensado de modo

alternativo.

Na prática, este tipo de sistemas é usado na geração de energia

elétrica nas conhecidas plantas termelétricas.

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Planta Termelétrica (animação)

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Turbina (animação)

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Torre de Resfriamento (animação)

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Modelagem de Sistemas a Vapor

A modelagem de sistemas termodinâmicos representa a etapa

inicial do projeto de engenharia.

Como os processos que ocorrem nos SPV são bastante

complexos, a modelagem destes requer o uso de

simplificações (idealizações).

Ainda assim, a aplicação de tais modelos simplificados

contribuem para o estudo do comportamento real do

sistema.

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Modelagem de Sistemas a Vapor

Subsistema A: Conversão de energia para trabalho

Fluido de trabalho = água

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Modelagem de Sistemas a Vapor

Subsistema B: Fornecimento de energia para vaporizar a água

Fluido de trabalho = água

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Modelagem de Sistemas a Vapor

Subsistema C: Circuito de água de resfriamento

Fluido de trabalho = água

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Modelagem de Sistemas a Vapor

Subsistema D: Geração de eletricidade

Fluido de trabalho = água

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Análise dos sistemas

de potencia a vapor

(Ciclo de Rankine)

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Todos os fundamentos necessários à análise termodinâmica

dos sistemas de geração de potência já foram apresentados

no curso anterior

Princípios da conservação da massa e da energia, a segunda

lei da termodinâmica e os dados termodinâmicos.

Esses princípios se aplicam a componentes individuais de

uma planta, tais como turbinas, bombas e trocadores de

calor, bem como, às mais complexas plantas de potência

como um todo.

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O primeiro aspecto a ser abordado na análise

termodinâmica do SPV é o estudo do processo

correspondente ao subsistema A, denominado de ciclo

Rankine.

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 44/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 45/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Hipóteses

As perdas de calor pelas fronteiras

são desprezíveis;

As variações das energias cinética

e potencial são consideradas nulas;

Todos os componentes operam

em regime permanente

(estacionário).

Cálculo do trabalho e das transferências de calor principais:

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 46/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Caminho para a análise

Uso das hipóteses acima

Balanço de massa (Conservação

da Massa)

Balanço de energia (1ª Lei da

Termodinâmica ou Conservação

da Energia)

Cálculo do trabalho e das transferências de calor principais:

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. .

e s

e sVC

dV m mt

Conservação de Massa

Utilizando o princípio da conservação da massa levando em

consideração todas as entrada e saídas do volume de

controle:

ou

. .VC

e s

e s

dmm m

dt

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 48/84

De uma forma mais geral, a equação do balanço de energia

(a Primeira Lei da Termodinâmica) aplicada a um volume

de controle:

Conservação da Energia

2 2

2 2

VC e sVC VC e e e s s s

e s

dEQ W m h gz m h gz

dt

V V

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Subsistema A: Ciclo de Rankine

Processo

A partir da caldeira no estagio 1, o

vapor, tendo a sua temperatura e

pressão elevadas, se expande ao

longo da turbina para produzir

trabalho;

Em seguida é descarregado no

condensador no estágio 2 com

pressão relativamente baixa.

ANÁLISE DA TURBINA

21 hhm

Wt

1 2

m m m

Balanços de Massa e Energia:

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Subsistema A: Ciclo de Rankine

Onde:

é a vazão mássica do fluido

de trabalho em kg/s;

é a taxa pela qual o

trabalho é desenvolvido por

unidade de massa de vapor que

passa pela turbina em J/kg.

ANÁLISE DA TURBINA

21 hhm

Wt

1 2

m m m

Balanços de Massa e Energia:

m

/t

W m

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 51/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Processo

No condensador ocorre a

transferência de calor do vapor

para a água de resfriamento que

flui através de um circuito

separado.

O vapor se condensa e a

temperatura da água de

resfriamento aumenta.

ANÁLISE DO CONDENSADOR

2 3sai

Qh h

m

3 2m m m

Balanços de Massa e Energia:

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 52/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Onde

é a taxa pela qual a

energia é transferida pelo calor

do fluido de trabalho para a

água de resfriamento por

unidade de massa de fluido de

trabalho que passa pelo

condensador em J/kg.

Aqui a energia transferida é

positiva no sentido da seta

indicada.

ANÁLISE DO CONDENSADOR

2 3sai

Qh h

m

3 2m m m

Balanços de Massa e Energia:

mQsai

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 53/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Processo

O líquido condensado que deixa

o condensador em 3 é

bombeado do condensador para

a caldeira a uma pressão maior.

é a potência de entrada

por unidade de massa que passa

pela bomba em J/kg.

Aqui a energia transferida é

positiva no sentido da seta

indicada.

ANÁLISE DA BOMBA

4 3b

Wh h

m

4 3m m m

Balanços de Massa e Energia: mWb

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 54/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Processo

O fluido de trabalho completa o

ciclo quando o líquido que

deixa a bomba em 4 (água de

alimentação da caldeira) é

aquecido até a saturação e

evapora na caldeira.

Lembrando que o V.C. envolve

os tubos e tambores da caldeira

que conduzem a água de

alimentação do estágio 4 ao 1.

ANÁLISE DA CALDEIRA

1 4entra

Qh h

m

1 4m m m

Balanços de Massa e Energia:

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 55/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

ANÁLISE DA CALDEIRA

1 4entra

Qh h

m

1 4m m m

Balanços de Massa e Energia:

Onde

é a taxa de trans-

ferência de calor da fonte de

energia para o fluido de trabalho

por unidade de massa que passa

pela caldeira em J/kg.

entraQ m

Page 56: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 56/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Eficiência Térmica

Mede a quantidade de energia

fornecida ao fluido de trabalho na

caldeira que é convertida em

trabalho líquido de saída.

A eficiência térmica do ciclo de

Rankine é dada por:

PARÂMETROS DE DESEMPENHO

41

3421

hh

hhhh

mQ

mWmW

entra

bt

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 57/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Eficiência Térmica

De outra forma, o trabalho líquido

de saída é igual ao calor líquido de

entrada:

Assim, alternativamente:

PARÂMETROS DE DESEMPENHO

2 3

1 4

1entra sai

entra

h hQ m Q m

Q m h h

mQmQmWmW saientrabt

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 58/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

back work ratio (bwr)

É a relação entre o trabalho de

entrada na bomba e o trabalho

desenvolvido pela turbina;

Para o caso da planta em análise, o

bwr é expresso por:

PARÂMETROS DE DESEMPENHO

4 3

1 2

b

t

h hW mbwr

W m h h

Page 59: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 59/84

Subsistema A: Ciclo de Rankine

Observação:

As equações de desempenho

anteriores são aplicáveis para casos

reais (irreversibilidades presentes

nos componentes do SPV) e para

os casos ideais (ausência de

irreversibilidades).

O ciclo Rankine ideal estabelece o

limite superior do desempenho de

um SPV.

Page 60: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 60/84

Ciclo Ideal de Rankine

Supondo que o fluido de trabalho

passa pelos vários componentes

do ciclo de potência a vapor sem

irreversibilidades (processos

ideias);

Não haverá queda de pressão por

atrito na caldeira e no

condensador;

O fluido de trabalho escoará

através desses componentes à

pressão constante.

Page 61: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 61/84

Ciclo Ideal de Rankine

Além disso, na ausência de

irreversibilidades e de trans-

ferência de calor com as

vizinhanças, o processo através

da turbina e da bomba será

isoentrópico.

Page 62: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 62/84

Ciclo Ideal de Rankine

Processo 1-2: Expansão isoentrópica do fluido através da turbina na

condição de vapor saturado no estágio 1 até a pressão do

condensador.

Page 63: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 63/84

Ciclo Ideal de Rankine

Processo 2-3: Transferência de calor do fluido quando escoa à

pressão constante através do condensador chegando no estado de

líquido saturado ao estágio 3.

Page 64: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 64/84

Ciclo Ideal de Rankine

Processo 3-4: Compressão isoentrópica na bomba até o estágio 4 na

região de líquido comprimido.

Page 65: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 65/84

Ciclo Ideal de Rankine

Processo 4-1: Transferência de calor para o fluido de trabalho

quando este escoa à pressão constante através da caldeira para

completar o ciclo, saindo no estágio 1 no estado de vapor saturado.

Page 66: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 66/84

Como o ciclo ideal de Rankine consiste de processos

reversíveis internos, as áreas sob as curvas da figura

anterior podem ser interpretadas como transferências de

calor por unidade de massa que escoa.

Ciclo Ideal de Rankine

Page 67: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 67/84

Revisão de Termodinâmica A

Da definição de entalpia, tem-se que

Com isso, a transferência de calor total

durante um processo internamente

reversível é determinada por

que corresponde a área sob a curva do

processo num diagrama T-S.

dSTQ revint

2

1

dSTQ revint

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Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 68/84

Revisão de Termodinâmica A

Um caso especial no qual essas integrações podem ser

efetuadas facilmente é o processo isotérmico internamente

reversível.

ou, por unidade de massa,

sendo que T0 é a temperatura constante do sistema e ΔS é a

variação da entropia do sistema durante um processo.

STQ revint 0

sTq revint 0

Page 69: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 69/84

Como o ciclo ideal de Rankine consiste de processos

reversíveis internos, as áreas sob as curvas da figura

anterior podem ser interpretadas como transferências de

calor por unidade de massa que escoa.

Ciclo Ideal de Rankine

A Área 1-b-c-4-a-1 representa a

transferência de calor para o fluido

de trabalho que passa através da

caldeira.

A Área 2-b-c-3-2 representa a

transferência de calor do fluido de

trabalho que passa pelo

condensador.

Page 70: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 70/84

Como o ciclo ideal de Rankine consiste de processos

reversíveis internos, as áreas sob as curvas da figura

anterior podem ser interpretadas como transferências de

calor por unidade de massa que escoa.

Ciclo Ideal de Rankine

A Área Fechada 1-2-3-4-a-1 pode

ser interpretada como a entrada

líquida de calor ou, de modo

equivalente, o trabalho líquido de

saída, ambos por unidade de massa

que escoa.

Page 71: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 71/84

O trabalho reversível resultante associado a um processo

internamente reversível de um dispositivo com escoamento

em regime permanente, desprezando as variações de energias

cinética e potencial, é expresso por

Quando o fluido de trabalho é incompressível (v = cte), tem-se

que

2

1

dpvwrev

2112 ppvppvwrev

Revisão de Termodinâmica A

Page 72: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 72/84

Como a operação da bomba é idealizada sem

irreversibilidades, lembramos também que, de forma

alternativa, o trabalho da bomba pode ser calculado:

Ciclo Ideal de Rankine

OBS: o valor negativo foi

eliminado para manter a

consistência com a equação

anterior:

34 hhm

Wb

4

3int.rev.

bW

vdpm

Page 73: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 73/84

O cálculo da integral da equação anterior requer uma

relação entre o volume específico e a pressão para o

processo.

Uma vez que o volume específico de um líquido

normalmente varia apenas ligeiramente no passo pela

bomba, uma aproximação razoável para resolver a integral

é considerar o volume constante no valor da entrada da

bomba (volume específico v3):

Ciclo Ideal de Rankine

3 4 3

int.rev.

bW

v p pm

Page 74: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 74/84

Ciclo Ideal de Rankine

O ciclo Rankine ideal também inclui a possibilidade de

superaquecimento do vapor (1’-2’-3-4-1’). Isto será visto em

detalhe mais adiante.

Page 75: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 75/84

EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR

A eficiência térmica de um ciclo de potência tende a aumentar

quando a temperatura média, pela qual a energia é adicionada

por transferência de calor, aumenta e/ou a temperatura média,

pela qual a energia é rejeitada, diminui.

Calor que entra:

1

nt.rev 4entra i

Q m Tds

41nt.revssTmQ entraientra

nt.rev

1 4 1entra

iQ m área b c a

Page 76: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 76/84

EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR

A eficiência térmica de um ciclo de potência tende a aumentar

quando a temperatura média, pela qual a energia é adicionada

por transferência de calor, aumenta e/ou a temperatura média,

pela qual a energia é rejeitada, diminui.

Calor que sai:

3

nt.rev 2sai

iQ m Tds

2 3nt.rev

sai saii

Q m T s s

nt.rev

2 3 2sai

iQ m área b c

Page 77: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 77/84

EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR

A eficiência térmica de um ciclo de potência tende a aumentar

quando a temperatura média, pela qual a energia é adicionada

por transferência de calor, aumenta e/ou a temperatura média,

pela qual a energia é rejeitada, diminui.

Eficiência Térmica do Ciclo:

int.rev

int.rev.

1sai

ideal

entra

Q m

Q m

1 saiideal

entra

T

T

Page 78: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 78/84

Pressão Constante no Condensador

A temperatura média no processo de adição de calor é maior para o

ciclo de pressão mais alta 1´-2´-3-4´-1´ do que para o ciclo 1-2-3-4-1.

O aumento da pressão da caldeira do ciclo ideal de Rankine tende a

aumentar a eficiência térmica

1 saiideal

entra

T

T

EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR

Page 79: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 79/84

Pressão Constante na Caldeira

A temperatura média no processo de rejeição de calor é menor para o

ciclo de pressão mais baixa 1-2"-3"-4"-1 do que para o ciclo 1-2-3-4-1.

A diminuição da pressão do condensador do ciclo ideal de Rankine

tende a aumentar a eficiência térmica

1 saiideal

entra

T

T

EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR

Page 80: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 80/84

Deficiências do Ciclo de Carnot para SPV

Limitação no uso do calor dos

gases de combustão para

produção de potência.

Bombeamento de fluidos com

misturas de duas fases.

Comparação com o ciclo de Carnot

O ciclo Rankine ideal apresenta

eficiência térmica menor do que

o ciclo de Carnot

Page 81: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 81/84

Lista de Exercícios

Fazer os exercícios 8.1, 8.6, 8.7 e 8.9 (5ª Ed. Moran e Shapiro):

Page 82: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 82/84

Lista de Exercícios

Fazer os exercícios 8.3, 8.11, 8.13 e 8.15 (5ª Ed. Moran e Shapiro):

Page 83: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 83/84

1º Trabalho – Entrega dia 13/06

Fazer os exercícios 8.2, 8.4 e 8.5 (5ª Ed. Moran e Shapiro):

Page 84: SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 84/84

Fonte Bibliográfica

BORGNAKKE, C. & SONNTAG, R.E., 2009.

Fundamentos da Termodinâmica. São Paulo, SP: Edgard

Blücher, 659p.

ÇENGEL, Y.A. & BOLES, M.A., 2007. Termodinâmica.

São Paulo, SP: McGraw-Hill, 740p.

MORAN, M.J. & SHAPIRO, H.N., 2009. Princípios de

Termodinâmica para Engenharia. Rio de Janeiro, RJ: LTC,

800p.