Ciclo de Rankine Ideal com Reaquecimento e Eficiência Térmica

O CICLO DE RANKINE IDEAL COM REAQUECIMENTO 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 1 Superaquecer o vapor a temperaturas muito altas antes que ele entre na turbina Essa seria uma solução desejável uma vez que a temperatura média na qual o calor é fornecido também aumentaria aumentando a eficiência do ciclo Essa porém não é uma solução viável uma vez que exige o aumento da temperatura do vapor até níveis que não são metalurgicamente seguros 2 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 O reaquecimento é uma solução prática para o problema de umidade excessiva nas turbinas e é normalmente utilizado nas usinas a vapor modernas O ciclo de Rankine ideal com reaquecimento Considere uma usina a vapor que opera segundo o ciclo de Rankine ideal com reaquecimento O vapor entra na turbina de alta pressão a 15 MPa e 600 C e é condensado no condensador a uma pressão de 10 kPa Considerando que o conteúdo de umidade do vapor na saída da turbina de baixa pressão não deve exceder 104 determine a a pressão na qual o vapor deve ser reaquecido e b a eficiência térmica do ciclo Considere que o vapor é reaquecido até a mesma temperatura de entrada da turbina de alta pressão DESVIOS ENTRE OS CICLOS REAIS DE POTÊNCIA A VAPOR E OS IDEALIZADOS O atrito do fluido e a perda de calor para a vizinhança são duas fontes comuns de irreversibilidades Diferença entre os Ciclos Reais e os Ciclos Ideais As perdas mais importantes são em virtude da turbina às bombas às tubulações e ao condensador Perdas na Turbina Representam o maior afastamento do desempenho do ciclo real em relação ao ciclo Rankine ideal As perdas na turbina são principalmente aquelas associadas ao escoamento do fluido de trabalho pelos canais e palhetas da turbina A transferência de calor para as vizinhanças também representa uma perda mas de importância secundária Os sistemas de controle também podem provocar uma perda na turbina particularmente se for usado um processo de estrangulamento para controlar a turbina Perdas na Bomba As perdas na bomba são análogas àquelas da turbina e decorrem principalmente das irreversibilidades associadas ao escoamento do fluido É importante lembrar que as perdas na bomba são muito menores que aquelas relativas à operação da turbina porque a potência utilizada no acionamento das bombas é muito menor que a potência produzida nas turbinas Perdas nas Tubulações A queda de pressão provocada pelo atrito e a transferência de calor ao ambiente são as perdas mais importantes nas tubulações Note que o efeito de atrito provoca um aumento de entropia Perdas no Condensador As perdas no condensador são relativamente pequenas Uma dessas baixas perdas é o resfriamento abaixo da temperatura de saturação do líquido que deixa o condensador Isso representa uma perda porque é necessária uma troca de calor adicional para trazer a água até a sua temperatura de saturação Uma usina de potência a vapor de água opera segundo o ciclo mostrado na Fig Se a eficiência isentrópica da turbina é de 87 e a eficiência isentrópica da bomba é de 85 determine a a eficiência térmica do ciclo e b a potência líquida da usina para um fluxo de massa de 15 kgs a A eficiência térmica de um ciclo é a razão entre o trabalho líquido e o consumo de calor Trabalho consumido pela bomba Trabalho produzido pela turbina Entrada de calor na caldeira b A potência produzida por essa usina é Uma central térmica a vapor opera segundo o ciclo indicado na Figura Sabendo que a eficiência da turbina é 86 e que a eficiência da bomba é 80 determine o rendimento térmico desse ciclo COGERAÇÃO E OUTRAS CONFIGURAÇÕES Existem unidades industriais que utilizam um ciclo de potência a vapor para gerar eletricidade e o processo produtivo requer um suprimento de outra forma de energia na forma de vapor ou água quente Nesses casos é apropriado considerar a utilização do vapor expandido até uma pressão intermediária em uma turbina de alta pressão do ciclo de potência como fonte de energia do processo produtivo Assim não será necessária a construção e utilização de uma segunda caldeira dedicada unicamente ao processo produtivo Esse tipo de aplicação é denominado cogeração3 Diagrama esquemático de um sistema nuclear Reator a água fervente BWR Diagrama esquemático de um sistema nuclear Reator a água pressurizada PWR Esquema de uma planta de concentração solar