Ciclos Termodinâmicos em Sistemas de Potência a Vapor

DISCIPLINA TERMODIMÂMICA II DEM1013 UNIDADE 1 SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR Ciclo de Carnot 11 O ciclo Rankine 12 Efeitos da variação de temperatura e pressão no ciclo Rankine 13 O ciclo com reaquecimento e superaquecimento 14 O ciclo regenerativo 15 Afastamento dos ciclos reais em relação aos ciclos ideais Professor Thompson D M Lanzanova lanzanovamecanicaufsmbr Ciclo termodinâmico O que é um ciclo termodinâmico Um ciclo termodinâmico se constitui de qualquer série de processos termodinâmicos tais que ao transcurso de todos eles o sistema regresse a seu estado inicial ou seja que a variação das grandezas termodinâmicas próprias do sistema seja nula Um fato característico dos ciclos termodinâmicos é que a lei da conservação de energia dita que a soma de calor e trabalho recebidos pelo sistema deve ser igual à soma de calor e trabalho realizados pelo sistema O círculo da imagem representa um sistema que evolui através de ciclos termodinâmicos Ciclo de Carnot Também chamado de ciclo ideal Em uma máquina térmica em que o fluido de trabalho é uma substância pura o ciclo de Carnot executado dentro da região de saturação é composto pelos seguintes processos 12 Fornecimento de calor isotérmico e reversível caldeira 23 Expansão reversível e adiabática turbina 34 Rejeição de calor isotérmica e reversível condensador 41 Compressão reversível e adiabática compressor TODOS PROCESSOS SÃO NECESSARIAMENTE REVERSÍVEIS Na realidade 12 e 34 até que se aproximam de processos reais se o atrito for baixo e desde que Tcaldeira Tcrit 23 e 41 expansão e compressão bifásicas difíceis de implementar na prática O ciclo de Carnot não é um modelo adequado para os ciclos de potência a vapor reais pois ele não pode ser aproximado na prática 12 Adição de calor a temperatura constante expansão com aumento de entropia 23 Expansão isoentrópica 34 Rejeição de calor à temperatura constante compressão com redução de entropia 41 Compressão isoentrópica compressor O ciclo de Carnot pode ser aplicado a máquinas térmicas que operem em um sistema fechado em regime permanente pistãocilindro ou em um sistema aberto como no exemplo com dois compressores e duas turbinas Diagramas Pv e Ts do ciclo do ciclo de Carnot Ciclo de Carnot Ciclo de Carnot O ciclo de Carnot é o ciclo mais eficiente que pode ser realizado para realização de trabalho através da utilização da adição de calor de uma fonte quente à temperatura de TH e rejeitando calor a uma fonte fria a temperatura constante TL A eficiência teórica de uma máquina térmica de acordo com o ciclo de Carnot pode ser calculada simplesmente pela relação entre as temperaturas da fonte quente e fonte fria Essa eficiência ideal pode ser comparada com as eficiências reais ou ideais de outros ciclos Como a eficiência do ciclo de Carnot é função apenas das temperaturas das fontes quente e fria temos a importante informação válida para qualquer máquina térmica A eficiência térmica aumenta com o aumento da temperatura média na qual o calor é fornecido ao sistema ou com o decréscimo de temperatura média na qual o calor é rejeitado do sistema Ciclo de Carnot Formulações para calcular a eficiência Calor é adicionado ao sistema durante o processo 12 e rejeitado durante o processo 34 𝑞𝑖𝑛 𝑇𝐻 𝑠2 𝑠1 𝑞𝑜𝑢𝑡 𝑇𝐿 𝑠3 𝑠4 𝑇𝐿 𝑠2 𝑠1 Calculando a eficiência do ciclo de acordo com a 2ª Lei da Termodinâmica 𝑛𝑡ℎ 𝑤𝑛𝑒𝑡 𝑞𝑖𝑛 𝑞𝑖𝑛 𝑞𝑜𝑢𝑡 1 𝑞𝑜𝑢𝑡 𝑞𝑖𝑛 𝑛𝑡ℎ 1 𝑞𝑜𝑢𝑡 𝑞𝑖𝑛 1 𝑇𝐿 𝑠2 𝑠1 𝑇𝐻 𝑠2 𝑠1 1 𝑇𝐿 𝑇𝐻 a aplicação da formulação independe do fluido de trabalho e de ser uma sistema fechado ou um volume de controle Como a eficiência do ciclo de Carnot é função apenas das temperaturas das fontes quente e fria temos a importante informação válida para qualquer máquina térmica A eficiência térmica aumenta com o aumento da temperatura média na qual o calor é fornecido ao sistema ou com o decréscimo de temperatura média na qual o calor é rejeitado do sistema Ciclo de Carnot Em uma máquina térmica em que o fluido de trabalho é uma substância pura o ciclo de Carnot executado dentro da região de saturação Se levarmos em consideração que em uma turbina não é adequada a utilização de fluídos com a fase líquida presente para não haver danos poderíamos utilizar alternativas como Mesmo que se resolva o problema da presença de gotículas na expansão na turbina a transferência de calor isotérmica na caldeira torna a execução deste ciclo impossível CONCLUSÃO O ciclo de potência a vapor de Carnot não pode ser realizado na prática Ciclos IDEALIZADOS menos eficientes devem ser considerados como referência para a construção dos ciclos de potência a vapor REAIS Ciclo de Carnot Exercício 11 Suponha que se pode atribuir uma temperatura de 600 ºC para um dado processo de combustão Qual é a máxima eficiência térmica possível para um ciclo térmico operando entre essa temperatura e o meio ambiente 300 K Exercício 12 Uma máquina térmica que opera segundo o ciclo de Carnot recebe 800 J de calor de sua fonte quente que funciona em uma temperatura de 500 K Considerando que a fonte fria dessa máquina encontrese a 200 K qual é a quantidade de calor dissipada para a fonte fria Exercício 13 Considerando o limite de temperatura de 1600 K como a temperatura máxima de trabalho do material de engenharia utilizado em uma máquina térmica e considerando as temperaturas mínimas e máximas encontradas em zonas habitáveis do globo terrestre de 50 C e 50 C respectivamente a Em qual ambiente a máquina térmica terá maior eficiência b Apresente um gráfico da eficiência dessa máquina em função da temperatura da fonte fria c É possível alcançar eficiência de 100 nessa máquina térmica Justifique Ciclo de Rankine O ciclo de Rankine é o CICLO IDEAL PADRÃO para os ciclos de potência a vapor e é mais adequado às aplicações de engenharia que o ciclo de Carnot O ciclo de Rankine ideal não envolve irreversibilidades é descrito pelos seguintes processos termodinâmicos 12 Compressão isentrópica em uma bomba 23 Adição de calor a pressão constante em um gerador de vapor boiler caldeira 34 Expansão isentrópica em uma turbina 41 Rejeição de calor a pressão constante em um condensador trocador de calor T Ciclo de Rankine Água entra na bomba como líquido saturado 1 e é comprimida isentropicamente até a pressão de operação da caldeira 2 A temperatura da água aumenta devido à pequena redução do volume específico líquido compressível Água entra no gerador de vapor como líquido comprimido e saí como vapor superaquecido no estado 3 O vapor superaquecido é expandido isentropicamente em uma turbina até o estado 4 preferencialmente de vapor saturado O vapor é condensado a pressão constante até o estado 1 em um condensador T Ciclo de Rankine Usinas termoelétricas Existem diversas fontes de geração de energia elétrica sejam elas renováveis biomassa como lenha e bagaço da canadeaçúcar e biogás de aterros sanitários ou não renováveis carvão A forma de geração de energia mais utilizada no mundo é através das termelétricas Atualmente a principal forma de produção de energia elétrica no mundo é obtida através das usinas termoelétricas que constituem cerca de 70 da geração de eletricidade As usinas termelétricas que também são chamadas por alguns de usinas térmicas são instalações industriais responsáveis pela produção de toda e qualquer energia elétrica que obtemos a partir da geração de calor de forma que este calor seja gerado através da queima de combustíveis fósseis e outras fontes de calor Podemos citar como outras fontes de calor a fissão nuclear utilizada nas usinas nucleares O funcionamento das termelétricas é basicamente da seguinte maneira quando o combustível é queimado ele aquece um reservatório com água produzindo vapor com uma pressão muito alta que é capaz de mover as pás de uma turbina que por sua vez aciona o gerador Ciclo de Rankine Ciclo de Rankine Modelamento dos componentes do ciclo de Rankine Hipóteses e simplificações Energia potencial desprezível Em geral energia cinética desprezível Perdas de pressão na caldeira e no condensador desprezíveis Bombas e turbinas são considerados isentrópicas Equipamento processo Bomba 12 ሶ𝑄𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ሶ𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ሶ𝑚ℎ2 ℎ1 𝑚𝑉2 2𝑉1 2 2 𝜌𝑔𝑎2 𝑎1 ሶ𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ሶ𝑚 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ℎ2 ℎ1 𝑣𝑃2 𝑃1 Gerador de vapor 23 ሶ𝑄𝑔𝑣 ሶ𝑊𝑔𝑣 ሶ𝑚ℎ3 ℎ2 𝑚𝑉3 2𝑉2 2 2 𝜌𝑔𝑎3 𝑎2 ሶ𝑄𝑔𝑣 ሶ𝑚 𝑞𝑔𝑣 ℎ3 ℎ2 Equipamento processo Turbina 34 ሶ𝑄𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ሶ𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ሶ𝑚 ℎ4 ℎ3 𝑚𝑉4 2𝑉3 2 2 𝜌𝑔 𝑎4 𝑎3 ሶ𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ሶ𝑚 𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ℎ1 ℎ2 Condensador 41 ሶ𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 ሶ𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑 ሶ𝑚ℎ1 ℎ4 𝑚𝑉1 2𝑉4 2 2 𝜌𝑔𝑎1 𝑎4 ሶ𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 ሶ𝑚 𝑞𝑐𝑜𝑛𝑑 ℎ1 ℎ4 Desprezíveis 0 Desprezíveis 0 Desprezíveis 0 Desprezíveis 0 Ciclo de Rankine Parâmetros de trabalho Potência de saída ou líquida ሶ 𝑊𝑛𝑒𝑡 ሶ𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ሶ𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 Trabalho específico 𝑤𝑛𝑒𝑡 𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 Eficiência 𝜂𝑡ℎ ሶ𝑊𝑛𝑒𝑡 ሶ𝑄𝑖𝑛 𝑤𝑛𝑒𝑡 𝑞𝑖𝑛 1 𝑞𝑜𝑢𝑡 𝑞𝑖𝑛 𝜂𝑡ℎ ℎ3 ℎ4 𝑣 𝑃2 𝑃1 ℎ3ℎ2 Ciclo de Rankine Exemplo Um ciclo Rankine tem uma pressão de exaustão na turbina de 01 bar Determine o título do vapor deixando a turbina e a eficiência térmica do ciclo se a pressão de entrada na turbina for de 150 bar e a temperatura de 600C Resolução do exemplo Considerações Bomba e turbina isentrópicas P2 P3 150 bars 15 Mpa T3 600C P4 P1 01 bars 001 Mpa Variações de energia cinética e potencial são desprezíveis Propriedades retiradas das tabelas A4 A5 e A6 Çengel Termodinâmica 4ª edição Passos I Sabendo que no estado 1 a água encontrase como líquido saturado podemos achar sua temperatura através da interpolação linear de pressões de saturação da tabela A4 II Sabendo que o 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ℎ2 ℎ1 𝑣𝑃1 𝑃2 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 000101 𝑚3 𝑘𝑔 001 15 𝑀𝑃𝑎 151 𝑘𝐽 𝑘𝑔 III Saída da bomba h2 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ℎ1 151 19153 𝑘𝐽 𝑘𝑔 20693 𝑘𝐽 𝑘𝑔 IV Temperatura na saída da bomba podemos considerar a temperatura da bomba igual àquela do líquido saturado com entalpia igual a 20693 kJkg Buscamos as entalpias mais próximas e interpolamos alcançando a temperatura de 494 C Atualizando a tabela de estados Estado T C P kPa vm3kg h kJkg s kJkg x tabela 1 10 liq saturado A4 2 15000 liq comprimido 3 600 15000 32086 35823 66776 vap superaquecido A6 4 10 T C P kPa vm3kg h kJkg s kJkgK 45 9593 00010100 18844 06386 457 10000 00010103 19153 06482 50 12349 00010120 20934 07038 T C Psat kPa vm3kg h kJkg s kJkgK 45 9593 00010100 18844 06386 494 1203 00010118 20693 06963 50 12349 00010120 20934 07038 Estado T C P kPa vm3kg h kJkg s kJkg x tabela 1 457 10 000101 19153 06482 liq saturado A4 2 494 15000 000101 20693 06963 liq comprimido 3 600 15000 32086 35823 66776 vap superaquecido A6 4 10 x Ciclo de Rankine Exemplo Um ciclo Rankine tem uma pressão de exaustão na turbina de 01 bar Determine o título do vapor deixando a turbina e a eficiência térmica do ciclo se a pressão de entrada na turbina for de 150 bar e a temperatura de 600C Passo V Calor no gerador de vapor 𝑞𝑔𝑣 ℎ3 ℎ2 35823 20693 𝑘𝐽 𝑘𝑔 33754 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Passo VI Trabalho isoentrópico na turbina pode ser realizado por aproximação visual pela tablea A10 ou através de alguma calculadora de estados termodinâmicos da água como a encontrada em httpswwwsteamtablesonlinecom O título encontrado foi através da tabela foi de aproximadamente x08 e a entalpia encontrada de aproximadamente 2110 kJkg 𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ℎ3 ℎ4 35823 2110 14723kJkg Passos Passo VII Eficiência térmica do ciclo 𝜂𝑡ℎ 𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝑞𝑔𝑣 𝜂𝑅𝑎𝑛𝑘𝑖𝑛𝑒 14723 151 33754 0432 Comparativamente podemos calcular a eficiência do ciclo de acordo com Carnot utilizando as temperaturas máxima e mínima 𝜂𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡 1 𝑇𝑚𝑖𝑛 𝑇𝑚𝑎𝑥 1 457 273 600 273 0635 Estado T C P kPa vm3kg h kJkg s kJkg x tabela 1 457 10 000101 19153 06482 liq saturado A4 2 494 15000 000101 20693 06963 liq comprimido 3 600 15000 32086 35823 66776 vap superaquecido A6 4 10 x Ciclo de Rankine Exercício 14 Considere uma planta de geração de energia a vapor operando em um ciclo Rankine ideal simples Vapor entra na turbina a 3 MPA e 350 C e é condensado à uma pressão de condensação de 75 kPa a Desenhe o diagrama Ts b Determine os estados após cada processo c Determine a eficiência desse ciclo de acordo com Carnot e Rankine DISCIPLINA TERMODIMÂMICA II DEM1013 UNIDADE 1 SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR Aula II 15 Afastamento dos ciclos reais em relação aos ciclos ideais 12 Efeitos da variação de temperatura e pressão no ciclo Rankine Professor Thompson D M Lanzanova lanzanovamecanicaufsmbr Ciclo de Rankine recapitulação Modelamento dos componentes do ciclo de Rankine Hipóteses e simplificações Energia potencial desprezível Em geral energia cinética desprezível Perdas de pressão na caldeira e no condensador desprezíveis Bombas e turbinas são considerados isentrópicas Equipamento processo Bomba 12 ሶ𝑄𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ሶ𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ሶ𝑚ℎ2 ℎ1 𝑚𝑉2 2𝑉1 2 2 𝜌𝑔𝑎2 𝑎1 ሶ𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ሶ𝑚 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ℎ2 ℎ1 𝑣𝑃2 𝑃1 Gerador de vapor 23 ሶ𝑄𝑔𝑣 ሶ𝑊𝑔𝑣 ሶ𝑚ℎ3 ℎ2 𝑚𝑉3 2𝑉2 2 2 𝜌𝑔𝑎3 𝑎2 ሶ𝑄𝑔𝑣 ሶ𝑚 𝑞𝑔𝑣 ℎ3 ℎ2 Equipamento processo Turbina 34 ሶ𝑄𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ሶ𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ሶ𝑚 ℎ4 ℎ3 𝑚𝑉4 2𝑉3 2 2 𝜌𝑔 𝑎4 𝑎3 ሶ𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ሶ𝑚 𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ℎ1 ℎ2 Condensador 41 ሶ𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 ሶ𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑 ሶ𝑚ℎ1 ℎ4 𝑚𝑉1 2𝑉4 2 2 𝜌𝑔𝑎1 𝑎4 ሶ𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 ሶ𝑚 𝑞𝑐𝑜𝑛𝑑 ℎ1 ℎ4 Desprezíveis 0 Desprezíveis 0 Desprezíveis 0 Desprezíveis 0 Ciclo de Rankine recapitulação Parâmetros de trabalho Potência de saída ou líquida ሶ 𝑊𝑛𝑒𝑡 ሶ𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 ሶ𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 Trabalho específico 𝑤𝑛𝑒𝑡 𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑤𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 Eficiência 𝜂𝑡ℎ ሶ𝑊𝑛𝑒𝑡 ሶ𝑄𝑖𝑛 𝑤𝑛𝑒𝑡 𝑞𝑖𝑛 1 𝑞𝑜𝑢𝑡 𝑞𝑖𝑛 𝜂𝑡ℎ ℎ3 ℎ4 𝑣 𝑃2 𝑃1 ℎ3ℎ2 Ciclo de Rankine Desvios do ciclo real O principais desvios do ciclo real em relação ao ciclo ideal ocorrem devido às irreversibilidades dos processos dos diversos componentes Atrito do fluido causa perda de pressão nas tubulações trocadores de calor e caldeira Vapor sai da caldeira a pressão menor Pressão na entrada da turbina é menor Necessita maior pressão da bomba Aumenta o trabalho na bomba Transferência de calor para as vizinhanças nenhum dos componentes reais é adiabático resultando em maior consumo de energia na caldeira para compensar as perdas por transferência de calor Aumenta o calor transferido na caldeira Reduz eficiência do ciclo Irreversibilidades menor trabalho produzido pela turbina e maior trabalho consumido pela bomba Praticamente a bomba real terá que ser maior que a bomba ideal A figura do topo apresenta os desvios do ciclo real de potência a vapor em relação ao ciclo Rankine ideal A eficiência da turbina e bomba reais serão menores que as eficiências ideais Podem ser calculadas através das fórmulas 𝜂𝐵 𝑤𝑠 𝑤𝑟 ℎ2𝑠 ℎ1 ℎ2𝑟 ℎ1 E 𝜂𝑇 𝑤𝑟 𝑤𝑠 ℎ3 ℎ4𝑟 ℎ3 ℎ4𝑠 Ciclo de Rankine Desvios do ciclo real Exemplo Atividade I a Calcule a eficiência do ciclo ideal do exemplo anterior Ciclo de Rankine Como aumentar a eficiência do ciclo ideal Por redução de pressão no condensador Reduz Tfriamed A mistura saturada na temperatura de saturação correspondente à pressão dentro do condensador Redução de pressão resulta em redução de temperatura de condensação temperatura na qual o calor é rejeitado diminui Gera aumento de trabalho do ciclo A pressão do condensador em usinas de geração de energia pode ser menor que a pressão atmosférica Não pode ser mais baixa que a pressão de saturação correspondente à temperatura do meio de resfriamento Gera aumento da fração de líquido saturado e consequente redução da eficiência da turbina e erosão das pás por cavitação Por superaquecimento do vapor Aumenta Tquentem Aumenta o trabalho líquido produzido pelo sistema às custas de maior calor trocado na caldeira para aumentar a temperatura média de troca de calor Gera aumento da eficiência térmica A máxima temperatura de entrada do vapor superaquecido é limitada por questões de materiais em torno de 600 C O aumento de temperatura decorre em redução da fração líquida na saída da turbina Isso reduz o problema de cavitação das pás da turbina gerado pela redução de temperatura de condensação Ciclo de Rankine Como aumentar a eficiência do ciclo ideal Por aumento de pressão de trabalho da caldeira Aumenta Tquentemed O aumento da pressão de trabalho da turbina gera aumento de temperatura de ebulição do líquido saturado e consequente aumento de temperatura da fonte quente Indesejavelmente devido a limitação de temperatura de trabalho o ciclo se desloca para esquerda Resulta em um compromisso no balanço de energia e comprometimento do trabalho gerado pelo ciclo A solução para esse problema será apresentada no decorrer do conteúdo Por aumento de pressão de trabalho da caldeira acima da pressão de ponto crítico Aumenta Tquentemed Pressão de trabalho da caldeira variou com avanços tecnológicos em materiais Em 1922 era de 27 MPa Atualmente a pressão pode ultrapassar a pressão crítica 2206 MPa chegando à casa de 30 MPa Atividade II Considere uma usina a vapor de agua operando segundo o ciclo de Rankine ideal Vapor entra na turbina a 27 MPa e 325 C e e condensado no condensador a pressao de 10 kPa Determine a a eficiencia termica dessa usina b a eficiencia termica se o vapor for superaquecido a 600 C e nao a 325 C e c a eficiencia termica se a pressao da caldeira for elevada ate 20 MPa enquanto a temperatura na entrada da turbina e mantida a 650 C Apresente os diagrams Ts e as tabelas de estados de cada caso conforme realizado nos exercícios anteriores DISCIPLINA TERMODIMÂMICA II DEM1013 UNIDADE 1 SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR Aula III 13 O ciclo com reaquecimento 14 O ciclo regenerativo Professor Thompson D M Lanzanova lanzanovamecanicaufsmbr httpssourceforge netprojectscoolp ropfilesCoolProp 640InstallersWi ndows Chamando a propriedade no Excel Nomenclatura Coolprop D density kgm3 H enthalpy Jkg P pressure Pa Q quality título na S entropy JkgK T temperature K U internal energy Jkg Função para chamada propsSIx1x2y2x3y3Water Ciclo de Rankine ideal com reaquecimento Conforme visto no exercício da aula anterior o aumento da pressão de aquecimento leva ao aumento do conteúdo de humidade na saída da turbina Duas possibilidades surgem 1 Superaquecer o vapor a temperaturas muito altas antes que ele entre na turbina não é uma solução viável 2 Expandir o vapor da turbina em dois estágios e reaquecêlo entre eles Ciclo de Rankine ideal com reaquecimento Difere do ciclo de Rankine simples ideal pois o processo de expansão ocorre em dois estágios Primeiro estagio turbina de alta pressão vapor é expandido de forma isentrópica até uma pressão intermediaria e enviado novamente para a caldeira na qual é reaquecido a pressão constante geralmente até a temperatura de entrada do primeiro estágio da turbina Segundo estágio turbina de baixa pressão o vapor se expande isentropicamente até a pressão do condensador Ciclo de Rankine ideal com reaquecimento Ciclo de Rankine ideal com reaquecimento Difere do ciclo de Rankine simples ideal pois o processo de expansão ocorre em dois estágios Primeiro estagio turbina de alta pressão vapor é expandido de forma isentrópica até uma pressão intermediaria e enviado novamente para a caldeira na qual é reaquecido a pressão constante geralmente até a temperatura de entrada do primeiro estágio da turbina Segundo estágio turbina de baixa pressão o vapor se expande isentropicamente até a pressão do condensador Ciclo de Rankine ideal com reaquecimento O fornecimento total de calor e a produção total de trabalho nas turbinas para um ciclo com reaquecimento tornamse e Ciclo de Rankine Ideal com Regeneração O AAA é um aquecedor de água de alimentação operando em uma pressão intermediária Uma fração de massa y é extraída da turbina de modo a desubresfriar o a água descarregada pela bomba de baixa pressão Ciclo de Rankine Ideal com Regeneração Aberto Fechado Ciclo de Rankine Ideal com Regeneração Um purgador permite que o líquido seja estrangulado para uma pressão mais baixa mas impede o escoamento do vapor A entalpia permanece constante durante esse processo de estrangulamento Exercício 1 O ciclo de Rankine ideal com reaquecimento P Pa T K D kgm³ v m³kg x h Jkg s JkgK 1 2 2 2 3 150E07 87300 4 5 6 100E04 0896 1 Exercício 1 O ciclo de Rankine ideal com reaquecimento P Pa T K D kgm³ v m³kg x h Jkg s JkgK 1 2 2 2 3 150E07 87300 4 5 6 100E04 0896 1 Quais processos conhecemos Bomba isentrópica entra como líquido saturado Turbina isentrópica sai com título 0896 T5T4 S5S6 P4 P5PT5S5 P Pa T K D kgm³ v m³kg x h Jkg s JkgK 1 100E04 31896 98983 0001 0 192E05 649E02 2 150E07 2 150E07 2 150E07 3 150E07 87300 4014 0025 1 358E06 668E03 4 5 401E06 87300 1014 0099 1 367E06 737E03 6 100E04 31896 008 13145 0896 234E06 737E03 1 100E04 31896 98983 0001 0 192E05 649E02 Exercício 1 O ciclo de Rankine ideal com reaquecimento Como calcular o h2 P Pa T K D kgm³ v m³kg x h Jkg s JkgK 1 100E04 31896 98983 0001 0 192E05 649E02 2 150E07 2 150E07 2 150E07 3 150E07 87300 4014 0025 1 358E06 668E03 4 5 401E06 87300 1014 0099 1 367E06 737E03 6 100E04 31896 008 13145 0896 234E06 737E03 1 100E04 31896 98983 0001 0 192E05 649E02 h2h1wbomba wbombav1p2p1 wbomba 151E04 P Pa T K D kgm³ v m³kg x h Jkg s JkgK 1 100E04 31896 98983 0001 0 192E05 649E02 2 150E07 31945 99607 0001 0 207E05 649E02 2 150E07 61531 60352 0002 0 161E06 368E03 2 150E07 61531 9673 0010 1 261E06 531E03 3 150E07 87300 4014 0025 1 358E06 668E03 4 401E06 64807 1433 0070 1 315E06 668E03 5 401E06 87300 1014 0099 1 367E06 737E03 6 100E04 31896 008 13145 0896 234E06 737E03 1 100E04 31896 98983 0001 0 192E05 649E02 Exercício 1 O ciclo de Rankine ideal com reaquecimento Como a eficiência do ciclo P Pa T K D kgm³ v m³kg x h Jkg s JkgK 1 100E04 31896 98983 0001 0 192E05 649E02 2 150E07 31945 99607 0001 0 207E05 649E02 2 150E07 61531 60352 0002 0 161E06 368E03 2 150E07 61531 9673 0010 1 261E06 531E03 3 150E07 87300 4014 0025 1 358E06 668E03 4 401E06 64807 1433 0070 1 315E06 668E03 5 401E06 87300 1014 0099 1 367E06 737E03 6 100E04 31896 008 13145 0896 234E06 737E03 1 100E04 31896 98983 0001 0 192E05 649E02 nth1qsaiqent nth1h6h1h3h2h5h4 nth 450 273 373 473 573 673 773 873 973 0 2000 4000 6000 8000 10000 Temperature K Entropy JkgK Diagrama T s ciclo Rankine com reaquecimento Saturated Liquid Saturated Vapor Pump Series4 Turbine Condenser