Ciclo de Potência a Vapor: Análise do Ciclo Rankine Ideal e Reaquecimento

2º quadrimestre de 2023 Qua 1900h 2100h Sex 2100h 2300h Prof Pedro Henrique S Rodrigues Sala 401 Bloco L NucLab Sala 7391 Bloco A Torre I Email pedrorodriguesufabcedubr 1 Ciclo de Potência a vapor no qual o fluido de trabalho é alternadamente vaporizado e condensado vapor de água é o mais comum utilizado O Ciclo Rankine ideal que não envolve nenhuma irreversibilidade interna e consiste nos quatros processos seguintes 1 2 Expansão isentrópica entropia constante em uma turbina 2 3 Rejeição de Calor a pressão constante em um condensador 3 4 Compressão isentrópica em uma bomba 4 1 Fornecimento de calor a pressão constante em uma caldeira Gerador de Vapor Caldeira Turbina a vapor Bomba Condensador 3 1 2 4 WT WB QL QH T s 1 2 3 4 1 2 Expansão isentrópica entropia constante em uma turbina 2 3 Rejeição de Calor a pressão constante em um condensador 3 4 Compressão isentrópica em uma bomba 4 1 Fornecimento de calor a pressão constante em uma caldeira T s 1 2 3 4 Perda de pressão no ger de vapor Perda de pressão no condensador Irreversibilidade gerada na turbina Irreversibilidade gerada na bomba Como poderíamos tirar vantagem da elevada eficiência decorrente de uma alta pressão na caldeira sem enfrentar o problema da umidade excessiva nos últimos estágios da turbina Expandir o vapor da turbina em dois estágios e reaquecêlo entre eles Em outras palavras modificar o ciclo de Rankine ideal com um processo de reaquecimento 6 5 1 2 3 4 5 1 4 6 WT2 WB QL QHmcPCI WT1 2 3 Turbina de alta Turbina de baixa Condensador Bomba Caldeira Um exame cuidadoso do diagrama Ts do ciclo de Rankine revela que calor é transferido para o fluido de trabalho a uma temperatura relativamente baixa Isso diminui a temperatura média do processo de fornecimento de calor e portanto a eficiência do ciclo Para minimizarmos esse problema procuramos modos de aumentar a temperatura do líquido que sai da bomba chamado de água de alimentação antes que ele entre na caldeira É realizado pela extração do vapor da turbina em diversos pontos Esse vapor que poderia ter produzido mais trabalho se completasse a expansão dentro da turbina é antes usado para aquecer a água de alimentação O dispositivo no qual a água de alimentação é aquecida por regeneração chamase regenerador ou aquecedor de água de alimentação AAA 4 1 3 4 WT WB1 QL QHmcPCI Regenerador AAA 2 5 Condensador Turbina Bomba 1 Caldeira Bomba 2 WB2 6 7 Considere uma usina de potência a vapor que opera em um ciclo de Rankine ideal com reaquecimento A usina mantém a caldeira a 8000 kPa o ponto de reaquecimento a 800 kPa e o condensador a 10 kPa O título da mistura na saída de ambas as turbinas é de 93 Determine a temperatura na entrada na turbina de alta pressão o trabalho líquido e a eficiência térmica do ciclo 3949 C 137761 kJkg 382 1 2 3 4 5 6 ÇENGEL Y A Boles M A Termodinâmica 7ª ed São Paulo Mcgraw Hill 2006 848 p ISBN 8586804665 MORAN M J SHAPIRO H N Princípios de Termodinâmica para engenharia 5ª ed Rio de Janeiro LTC 2002 680 p ISBN 8521613407 SONNTAG R E BOGNAKKE C VAN WYLEN G J Fundamentos da Termodinâmica Clássica 8ºEd Edgard Blücher 2003 12