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Para a construção das atividades desenvolvidas, você deverá ...
Para a construção das atividades desenvolvidas, você deverá utilizar o simulador DWSIM, que está disponível no site: https://dwsim.org/index.php/download/
O DWSIM é um software de simulação de processos de código aberto (open source) amplamente utilizado tanto em ambientes acadêmicos quanto na indústria. Ele oferece recursos avançados para modelagem, análise e otimização de processos químicos, com destaque para sua flexibilidade.
ATIVIDADE PRÁTICA – Construção de um ciclo Rankine utilizando o DWSIM
Você foi encarregado de projetar e analisar um ciclo Rankine simples (ideal) utilizando água como fluido de trabalho.
Figura 1 – Ciclo Rankine
Usando o DWSIM, siga as instruções abaixo e responda às perguntas finais:
• Modelagem do Ciclo Rankine
o Construa no DWSIM um circuito que inclua: caldeira (gerador de vapor), turbina (expansão), condensador e bomba.
o Defina pressões típicas de operação: por exemplo, uma pressão de caldeira de aproximadamente 40 bar e uma pressão de condensador de 0,1 bar (ou 10 kPa). ATENÇÃO: PODE SER UTILIZADO VALORES DIFERENTES.
o Use água como o fluido de trabalho, assegurando que o fluxo de saída do condensador retorne ao estado líquido para a bomba.
• Parâmetros e hipóteses
o Para a turbina, considere uma turbina que opera em um processo isentrópico
o Considere que a caldeira aquece o fluido até vapor saturado na pressão definida (por exemplo 40 bar).
o Assuma que não há perdas de calor no condensador e na bomba, exceto pela troca de calor necessária para condensar o vapor.
o A vazão mássica de água de alimentação pode ser escolhida livremente, porém registre o valor definido (por exemplo, 1 kg/s). ATENÇÃO: PODE SER UTILIZADO VALORES DIFERENTES
• Análises solicitadas
a) Balanços de Massa e Energia:
o Verifique os balanços de massa e energia para cada equipamento, certificando-se de que o DWSIM apresente resultados consistentes.
b) Cálculo de Potência:
o Determine a potência de saída na turbina (W turbina).
o Calcule o trabalho consumido pela bomba (W bomba).
o Encontre a potência líquida do ciclo, subtraindo W bomba de W turbina.
c) Eficiência Térmica:
o Calcule a eficiência térmica do ciclo usando a razão entre a potência líquida e o calor fornecido na caldeira.
• Estudos de Sensibilidade
o Varie a pressão do condensador entre 0,05 bar (5 kPA) e 0,15 bar (15 kPa), registrando como a eficiência térmica e a potência líquida se modificam.
Perguntas para responder no relatório:
a) Apresente prints ou capturas de tela do seu fluxograma no DWSIM.
b) Qual foi o valor da potência líquida obtida no ciclo padrão (por exemplo se utilizar 40 bar de caldeira e 0,1 bar no condensador)?
c) Qual a eficiência térmica no cenário base?
d) Como a variação da pressão do condensador influenciou a eficiência? Explique fisicamente o porquê dessa variação.
e) Faça uma análise crítica sobre possíveis melhorias para aumentar a eficiência do ciclo Rankine implementado.
Para a construção das atividades desenvolvidas, você deverá utilizar o simulador DWSIM, que está disponível no site: https://dwsim.org/index.php/download/ O DWSIM é um software de simulação de processos de código aberto (open source) amplamente utilizado tanto em ambientes acadêmicos quanto na indústria. Ele oferece recursos avançados para modelagem, análise e otimização de processos químicos, com destaque para sua flexibilidade.
ATIVIDADE PRÁTICA – Construção de um ciclo Rankine utilizando o DWSIM
Você foi encarregado de projetar e analisar um ciclo Rankine simples (ideal) utilizando água como fluido de trabalho.
Figura 1 – Ciclo Rankine
Usando o DWSIM, siga as instruções abaixo e responda às perguntas finais: • Modelagem do Ciclo Rankine o Construa no DWSIM um circuito que inclua: caldeira (gerador de vapor), turbina (expansão), condensador e bomba. o Defina pressões típicas de operação: por exemplo, uma pressão de caldeira de aproximadamente 40 bar e uma pressão de condensador de 0,1 bar (ou 10 kPa). ATENÇÃO: PODE SER UTILIZADO VALORES DIFERENTES. o Use água como o fluido de trabalho, assegurando que o fluxo de saída do condensador retorne ao estado líquido para a bomba.
• Parâmetros e hipóteses o Para a turbina, considere uma turbina que opera em um processo isentrópico o Considere que a caldeira aquece o fluido até vapor saturado na pressão definida (por exemplo 40 bar). o Assuma que não há perdas de calor no condensador e na bomba, exceto pela troca de calor necessária para condensar o vapor. o A vazão mássica de água de alimentação pode ser escolhida livremente, porém registre o valor definido (por exemplo, 1 kg/s). ATENÇÃO: PODE SER UTILIZADO VALORES DIFERENTES
• Análises solicitadas a) Balanços de Massa e Energia: o Verifique os balanços de massa e energia para cada equipamento, certificando-se de que o DWSIM apresente resultados consistentes. b) Cálculo de Potência: o Determine a potência de saída na turbina (W turbina). o Calcule o trabalho consumido pela bomba (W bomba). o Encontre a potência líquida do ciclo, subtraindo W bomba de W turbina. c) Eficiência Térmica: o Calcule a eficiência térmica do ciclo usando a razão entre a potência líquida e o calor fornecido na caldeira.
• Estudos de Sensibilidade o Varie a pressão do condensador entre 0,05 bar (5 kPA) e 0,15 bar (15 kPa), registrando como a eficiência térmica e a potência líquida se modificam.
Perguntas para responder no relatório: a) Apresente prints ou capturas de tela do seu fluxograma no DWSIM. b) Qual foi o valor da potência líquida obtida no ciclo padrão (por exemplo se utilizar 40 bar de caldeira e 0,1 bar no condensador)? c) Qual a eficiência térmica no cenário base? d) Como a variação da pressão do condensador influenciou a eficiência? Explique fisicamente o porquê dessa variação. e) Faça uma análise crítica sobre possíveis melhorias para aumentar a eficiência do ciclo Rankine implementado.
