Ciclo a Vapor com Regeneração e Aquecimento

Máquinas Térmicas Trabalho 2 bimestre Prof Antônio Salvador Neto 1 Introdução O presente documento visa orientar a atividade de avaliativa processual da disciplina de Máquinas Térmicas oferecida no 2 período de 2024 pela Multivix Vila Velha A atividade consiste no projeto de um ciclo a vapor com regeneração e reaquecimento 2 Formação dos grupos Os alunos devem organizar grupos de 3 a 5 integrantes escolher um dos artigos relacionados no apêndice e informar ao professor em tempo de aula para que seja registrado Não será admitido mais de um grupo com o mesmo artigo A prioridade de escolha se dará por ordem de registro dos grupos 3 Entrega O trabalho deve ser entregue até o dia 15062022 por via eletrônica através do portal httpsavapmultivixedubrloginindexphp 4 Atividade A atividade consiste em realizar os cálculos de um ciclo Rankine com regeneração e reaquecimento usando como dados de entrada os parâmetros do apêndice I O ciclo possui um aquecedor aberto e outro fechado bem como um misturador A figura a seguir ilustra o ciclo e nomeia cada estado termodinâmico Enunciado Um ciclo Rankine como mostrado na figura opera com 4 diferentes pressões Pa Pb Pc e Pd A temperatura de superaquecimento é Ts Etapa 1 Parâmetro de projeto Cada aluno tem um conjunto de dados que são os parâmetros do projeto no apêndice I O grupo deve realizar o trabalho com os dados do aluno que aparece primeiro na lista deste apêndice Etapa 2 Estados termodinâmicos preliminares Indique a que estados se referem os dados de entrada e determine as propriedades termodinâmicas nesses pontos Etapa 3 Estados termodinâmicos Calcule as propriedades termodinâmicas para cada estado entre as transformações algumas só serão possíveis após a etapa 4 Etapa 4 Frações de vapor de regeneração Calcule as frações y e z Etapa 5 Energias no ciclo Calcule o trabalho em cada turbina e bomba bem como o trabalho líquido Calcule o calor de entrada e o calor rejeitado Calcule o rendimento do ciclo Figura 41 Ilustração do ciclo Rankine 5 Avaliação O trabalho terá valor máximo de três pontos e mínimo de zero pontos e será avaliado baseado em critérios Cada critério representa uma parcela dos pontos do trabalho A avaliação de cada critério pode conferir um valor igual ou inferior ao valor da parcela que ele representa Os critérios de avaliação serão os seguintes Critério Pontos O trabalho tem capa está organizado coerente usa linguagem padrão e descreve claramente o que se pede para ser feito na etapa 1 05 Descreve de forma clara e completa o que se pede na etapa 2 10 Descreve de forma clara e completa o que se pede na etapa 3 05 Descreve de forma clara e completa o que se pede na etapa 4 05 Descreve de forma clara e completa o que se pede na etapa 5 05 Apêndice I Aluno Pa kPa Pb kPa Pc kPa Pd kPa T C Alex Araujo Minini 17610 1610 410 40 620 Breno Barbosa Duarte 31660 1660 260 30 340 Breno Martins Lordes Machado 10170 4170 470 90 540 Breno Souza Bonadiman Garcia 17920 3920 220 50 560 Bruno Alcântara dos Santos 15230 4230 430 90 650 Caio Ferreira Lopes 31000 3000 400 130 540 Davi Lucas da Costa Sousa 24720 1720 420 110 640 Deyvson Silva Rodrigues 15110 3110 210 30 620 Fabrycio Henrique Oliveira de Souza 13030 4030 230 90 470 Felipe Vassoler Dos Santos 5930 3930 330 80 470 Gabriel Antonio de Oliveira Souza 13180 2180 480 80 690 Gabriel Guzzo De Carvalho 16800 2800 400 100 370 Gabriel Luciano de Souza 9150 3150 350 130 420 Guilherme Amaral Gomes Coutinho Mata 38240 2240 440 40 390 Guilherme Loss Binda 10890 3890 190 80 690 Gustavo Dela Costa Freire 8340 4340 340 60 580 Ian Auer Guss 3650 1650 450 80 360 Jader Fernandes de Oliveira 18470 1470 370 50 670 João Paulo Fagundes de Oliveira 28090 2090 390 50 590 Joao Pedro dos Santos 35190 2190 490 100 620 Julia Soares de Freitas 35790 2790 190 30 560 Lívia França dos Santos 17760 1760 260 30 530 Luana Aparecida dos Santos Bispo 29760 1760 360 20 440 Lucas Dos Santos Lucio 19810 3810 310 20 340 Luiz Filipe Lopes Campos Alves 37010 4010 310 60 500 Luiz Guilherme Campos Costa 6620 3620 520 120 350 Luiz Rycardo Rebuli Mesquita 26060 4060 260 50 340 Marco Aurélio Bezerra Silva 42420 2420 420 130 380 Mateus de Souza Santos Nascimento 32570 2570 470 100 700 Mateus Lahas Pazolini 21880 3880 180 60 590 Matheus Lima do Nascimento 22330 4330 430 80 620 Mauro Marcos Alves Pereira Junior 16830 3830 230 100 480 Pedro Henrique Finco dos Santos 5020 2020 220 20 440 Raphael Eduardo laiola rapozo 23440 1440 240 110 680 Rene Coli da Silva 28530 2530 430 30 400 Rubson Luiz Trancoso Junior 26750 1750 250 110 530 Sabino Bispo Filho 16900 2900 200 30 700 Sara Gambarini do Carmo 14790 1790 390 40 570 Taillon Dias Costa 33370 3370 370 110 660 Thiago do Nascimento Pereira 28010 4010 410 110 600 Victor Bigossi de Camargos Pereira 13370 1370 270 30 410 Vinícius Alves 40380 3380 180 20 640 Vinicius Brazil da Penha 33100 3100 400 50 700 Vitor da Silva Vieira 42210 4210 510 110 540 Yago Firme dos Santos 5050 3050 250 30 340 Yasmim de Santana Cravo Constante 18910 1910 210 100 470 Os dados que serão utilizados na análise do Ciclo Rankine estão destacados na tabela abaixo O primeiro passo da nossa análise é determinar o estado termodinâmico dos dados de entrada as propriedades desses pontos estarão presentes em uma planilha com todos os outros pontos entre as transformações Pa é a máxima pressão no ciclo e está no estado de vapor superaquecido Pb é a pressão intermediária do ciclo e está no estado de vapor superaquecido Pc é a pressão que é direcionada até o aquecedor de água de alimentação aberto AAA Está também está inicialmente no estado de vapor superaquecido Pd é pressão mínima do ciclo e geralmente está no estado de mistura a depender das análises que faremos no decorrer do trabalho podemos chegar à conclusão que o fluido ainda permanece no estado de vapor superaquecido T s é a máxima temperatura do ciclo O nosso próximo passo será determinar as propriedades termodinâmicas em cada um dos pontos do ciclo A determinação dessas propriedades será dada por meio da planilha eletrônica disponibilizada como também será utilizado o software EES Pont o Pressã o kPa Temperatur a C Volume especific o m 3kg Energi a interna kJ kg Entalpi a kJ kg Entropi a kJ kgK Título Estado 1 80 9351 0001038 3916 3917 1233 0 Liquido saturado 2 330 9353 0001038 3916 392 1233 Liquido comprimido 3 330 1368 0001076 5753 5757 1706 0 Liquido saturado 4 3930 1372 0001075 5753 5795 1706 Liquido comprimido 5 3930 2493 000125 1077 1082 2787 Liquido comprimido 6 3930 2493 000125 1077 1082 2787 0 Liquido saturado 7 5930 2499 0001248 1077 1085 2787 Liquido comprimido 8 3930 2493 0001262 1078 10825 7 2787 Liquido comprimido 9 5930 470 005464 3027 3351 6792 Vapor superaquecid o 10 3930 4039 007533 2928 3224 6792 Vapor superaquecid o 11 3930 470 0088413 3047 3377 7008 Vapor superaquecid o 12 330 1459 05683 2562 2750 7008 Vapor superaquecid o 13 80 9351 1944 2354 2509 7008 0931 4 Mistura Acerca do ponto 5 foi necessário realizar uma aproximação que geralmente é feita quando temos o fluido no estado de liquido comprimido Aproximamos para liquido saturado a mesma temperatura que no nosso caso foi para a temperatura de saturação na pressão de 3930 kPa isso explica o motivo das propriedades do ponto 5 e 6 serem iguais As propriedades do ponto 8 foi calculada mais adiante após a determinação das frações de vapor pois por enquanto temos apenas 1 propriedade e necessitamos de pelo menos 2 Agora que já calculamos todas as propriedades em cada ponto do ciclo podemos determinar as frações de vapor Primeiro vamos determinar o y aplicando um balanço de energia no aquecedor de água de alimentação fechado EentEsai y h101y h41y h5 y h6 y h10h4y h4h5y h5 y h6 y h10y h4 yh5y h6h5h4 y h10h4h5h6h5h4 y h5h4 h10h4h5h6 y 10825795 3224579510821082 y019 Agora podemos calcular a entalpia do ponto 8 aplicando um balanço de energia na câmara de mistura EentEsai h81y h5 y h7 h8101910820191085 h8108257 kJkg Também podemos calcular o z aplicando um balanço de energia no aquecedor de água de alimentação aberto EentEsai z h121yz h21 y h3 z h12h2y h2z h2h3y h3 z h12zh2h3y h3h2 y h2 zh12h2yh2h3h3h2 z yh2h3h3h2 h12h2 z0193925757 5757392 2750392 z00631 Agora vamos calcular o trabalho em cada uma das bombas W bomb aIh2h1392391703kJ kg W bomb aIIh4h35795575738kJ kg W bomb aIIIh7h6108510823kJ kg Agora vamos calcular o trabalho em cada uma das turbinas calculando inicialmente o trabalho da turbina de alta pressão W tur balta33513224127kJ kg Calculando agora o trabalho na turbina de baixa pressão W tur bbaixa1y h11h121 yzh12h13 W tur bbaixa1019 33772750101900631 27502509 W tur bbaixa6878729 kJkg Agora podemos calcular o trabalho liquido através da seguinte expressão W liqW turbaltaW turbbaixa1yz W bom baI1y W bom baII y W bom baIII W liq1276878729101900631031019380 193 W liq811 kJkg O próximo passo é determinar o calor que entra no ciclo qenth9h81yh11h10 qent3351108257101933773224 qent239236kJ kg Calculando o calor que sai do ciclo qsai1yzh13h1 qsai10190063125093917 qsai158141kJ kg O último passo para finalizar todas as análises do ciclo é determinar o rendimento onde podemos calcular da seguinte forma ηW liq qent η 811 239236 η0339 η339 Referência ÇENGEL Y A BOLES M A 2006 Termodinâmica 5a Edição McGraw Hill São Paulo