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AULA 1 Apresentação do curso; Modelagem dos Sistemas de Potência a
Vapor; Sistemas de Potência a Vapor - Ciclo de Rankine; 06/06/2013
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 3/84
Sumário
Ementa
Objetivos
Conteúdo Programático
Metodologia
Avaliação
Critério de Aprovação
Data das Avaliações
Referências
Referências Básicas
Referências Complementares
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 4/84
Sumário
Aplicação da Termodinâmica
Sistemas de Potência a vapor
Modelagem de Sistema a Vapor
Análise dos sistemas de potencia a vapor (Ciclo de Rankine)
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Ciclo Ideal de Rankine
Efeitos das Pressões da Caldeira e do Condensador no Ciclo de Rankine
Comparação com o Ciclo de Carnot
Resumo da Aula
Guia de Estudo
Técnica para Solução de Problemas
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Ementa
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 6/84
Ciclo Rankine. Geradores de vapor.
Combustíveis e combustão.
Turbinas a vapor. Trocadores de Calor.
Utilização e distribuição de vapor.
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Objetivos
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Objetivos
Conhecer e dimensionar componentes de um sistema de
potência a vapor, tubulações e acessórios.
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Conteúdo
Programático
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 10/84
Ciclo Rankine
Introdução. Ciclo Rankine com superaquecimento. Ciclo Rankine com
reaquecimento. Ciclos Rankine regenerativos.
Combustíveis e combustão
Classificação dos combustíveis. Poder calorífico dos combustíveis.
Propriedades físicas dos combustíveis. Reações de combustão. Calor
de combustão. Temperatura adiabática de chama.
Geradores de vapor
Classificação e partes componentes. Caldeiras com circulação forçada.
Superaquecedores de vapor. Economizadores. Pré-aquecedores de ar.
Tratamento de água de alimentação.
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Trocadores de Calor
Classificação dos trocadores de calor e parâmetros operacionais.
Dimensionamento pelo método da Diferença Média Logarítmica de
Temperaturas (DMLT). Dimensionamento pelo método da
Efetividade (e-NUT). Determinação de perda de carga e taxas de
transferência de calor nos componentes de um gerador de calor
com superaquecedor, economizador e pré-aquecedor de ar. Projeto
termo-hidráulico de trocadores de calor aplicado a geradores de
vapor.
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Turbinas a vapor
Turbinas de ação. Turbinas de ação de um estágio. Turbinas de ação
de vários estágios. Turbinas com estágios de velocidades. Turbinas
de reação.
Utilização e distribuição de vapor
Linhas de vapor: Classificação das tubulações. Tubos, materiais,
processos de fabricação, normalização dimensional. Perdas de
carga. Perdas de calor. Isolamento térmico. Meios de ligação.
Válvulas: classificação, aplicação e seleção.
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Metodologia
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 14/84
Aulas expositivas do conteúdo programático com a
utilização de recursos audiovisuais.
Trabalhos para fixação do conteúdo.
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Avaliação
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 16/84
As avaliações serão compostas por provas e trabalhos.
As provas terão 90 % de peso na avaliação.
Os trabalhos terão 10% de peso na avaliação.
Por exemplo: a prova vale 9,0 e a soma de todos os trabalhos
(entregues na data marcada) vale 1,0.
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A média semestral do aluno será computada através das
avaliações:
MP = (P1 + P2 + P3)/3.
Se MP > 6 (Discente Aprovado);
Se MP < 6 (Discente deve fazer a Prova de Recuperação).
Se o discente fizer a prova de recuperação (PR), calcula-se a
média final semestral da seguinte forma:
MF = (MP + PR)/2.
Se MF > 6 (Discente Aprovado);
Se MF < 6 (Discente REPROVADO). OBS: MP – média das avaliações, PR – prova de recuperação, MF – média final semestral.
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Data das Avaliações
P1: 08/08/13
P2: 29/08/13
P3: 03/10/13
Prova de Recuperação: 10/10/13 (TODO O CONTEÚDO PROGRAMÁTICO)
O aluno tem direito a 2ª Chamada de Prova (respeitar as regras da UTFPR).
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 19/84
TRABALHOS
Filosofia
Uma das melhores maneiras de aprender alguma coisa é através
da prática e repetição;
Portanto, os trabalhos de casa são extremamente importantes
nesta disciplina!
Todos os trabalhos de casa serão cuidadosamente pensados de
forma que você aproveite o máximo da disciplina;
Se você estudar e compreender os trabalhos de casa, você não
terá problemas nas provas.
19
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 20/84
Referências
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 21/84
Referências Básicas
LORA, Electo Eduardo Silva; NASCIMENTO, Marco
Antônio Rosa do (Coord.). Geração termelétrica :
planejamento, projeto e operação, Volume 1. Rio de Janeiro,
RJ: Interciência, 2004. (1265 p.) ISBN 8571931054.
MORAN, M.J., SHAPIRO, H.N., Princípios de
Termodinâmica para Engenharia, Livros Técnicos e
Científicos Editora S.A 2002.
INCROPERA, F.P., De Witt, D., Transferência de Calor e de
Massa, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2002.
TELLES, P.C. Silva ,Tubulações Industriais, Materiais,
Projeto e Montagem, Livros Técnicos e Científicos Editora
S.A.,1993.
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Referências Complementares
WHITE, F.M. ,Mecânica dos Fluidos,McGraw-Hill,2003.
MACINTYRE, A.J. Instalações Hidráulicas,Guanabara
Dois,1982.
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Aplicações
da
Termodinâmica
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 24/84
É difícil imaginar uma área que não se relacione à
Termodinâmica de alguma maneira, pois todas as atividades da
natureza envolvem alguma interação entre energia e matéria.
O desenvolvimento de uma boa compreensão dos princípios
básicos da Termodinâmica há muito constitui parte essencial
do ensino da Engenharia.
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Centrais Termoelétricas
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Centrais Nucleares
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Turbina a Vapor
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Caldeiras
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Caldeira
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Sistemas
de
Potência a Vapor
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Locomotiva (animação)
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 32/84
Os sistemas de potência a vapor (SPV) são instalações industriais
na qual a energia de um combustível fóssil, renovável ou
nuclear é convertida em energia mecânica utilizando um fluido
de trabalho que é vaporizado e condensado de modo
alternativo.
Na prática, este tipo de sistemas é usado na geração de energia
elétrica nas conhecidas plantas termelétricas.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 33/84
Planta Termelétrica (animação)
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Turbina (animação)
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Torre de Resfriamento (animação)
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Modelagem de Sistemas a Vapor
A modelagem de sistemas termodinâmicos representa a etapa
inicial do projeto de engenharia.
Como os processos que ocorrem nos SPV são bastante
complexos, a modelagem destes requer o uso de
simplificações (idealizações).
Ainda assim, a aplicação de tais modelos simplificados
contribuem para o estudo do comportamento real do
sistema.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 37/84
Modelagem de Sistemas a Vapor
Subsistema A: Conversão de energia para trabalho
Fluido de trabalho = água
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 38/84
Modelagem de Sistemas a Vapor
Subsistema B: Fornecimento de energia para vaporizar a água
Fluido de trabalho = água
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 39/84
Modelagem de Sistemas a Vapor
Subsistema C: Circuito de água de resfriamento
Fluido de trabalho = água
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 40/84
Modelagem de Sistemas a Vapor
Subsistema D: Geração de eletricidade
Fluido de trabalho = água
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 41/84
Análise dos sistemas
de potencia a vapor
(Ciclo de Rankine)
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 42/84
Todos os fundamentos necessários à análise termodinâmica
dos sistemas de geração de potência já foram apresentados
no curso anterior
Princípios da conservação da massa e da energia, a segunda
lei da termodinâmica e os dados termodinâmicos.
Esses princípios se aplicam a componentes individuais de
uma planta, tais como turbinas, bombas e trocadores de
calor, bem como, às mais complexas plantas de potência
como um todo.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 43/84
O primeiro aspecto a ser abordado na análise
termodinâmica do SPV é o estudo do processo
correspondente ao subsistema A, denominado de ciclo
Rankine.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 44/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 45/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Hipóteses
As perdas de calor pelas fronteiras
são desprezíveis;
As variações das energias cinética
e potencial são consideradas nulas;
Todos os componentes operam
em regime permanente
(estacionário).
Cálculo do trabalho e das transferências de calor principais:
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 46/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Caminho para a análise
Uso das hipóteses acima
Balanço de massa (Conservação
da Massa)
Balanço de energia (1ª Lei da
Termodinâmica ou Conservação
da Energia)
Cálculo do trabalho e das transferências de calor principais:
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 47/84
. .
e s
e sVC
dV m mt
Conservação de Massa
Utilizando o princípio da conservação da massa levando em
consideração todas as entrada e saídas do volume de
controle:
ou
. .VC
e s
e s
dmm m
dt
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 48/84
De uma forma mais geral, a equação do balanço de energia
(a Primeira Lei da Termodinâmica) aplicada a um volume
de controle:
Conservação da Energia
2 2
2 2
VC e sVC VC e e e s s s
e s
dEQ W m h gz m h gz
dt
V V
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 49/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Processo
A partir da caldeira no estagio 1, o
vapor, tendo a sua temperatura e
pressão elevadas, se expande ao
longo da turbina para produzir
trabalho;
Em seguida é descarregado no
condensador no estágio 2 com
pressão relativamente baixa.
ANÁLISE DA TURBINA
21 hhm
Wt
1 2
m m m
Balanços de Massa e Energia:
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 50/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Onde:
é a vazão mássica do fluido
de trabalho em kg/s;
é a taxa pela qual o
trabalho é desenvolvido por
unidade de massa de vapor que
passa pela turbina em J/kg.
ANÁLISE DA TURBINA
21 hhm
Wt
1 2
m m m
Balanços de Massa e Energia:
m
/t
W m
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 51/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Processo
No condensador ocorre a
transferência de calor do vapor
para a água de resfriamento que
flui através de um circuito
separado.
O vapor se condensa e a
temperatura da água de
resfriamento aumenta.
ANÁLISE DO CONDENSADOR
2 3sai
Qh h
m
3 2m m m
Balanços de Massa e Energia:
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 52/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Onde
é a taxa pela qual a
energia é transferida pelo calor
do fluido de trabalho para a
água de resfriamento por
unidade de massa de fluido de
trabalho que passa pelo
condensador em J/kg.
Aqui a energia transferida é
positiva no sentido da seta
indicada.
ANÁLISE DO CONDENSADOR
2 3sai
Qh h
m
3 2m m m
Balanços de Massa e Energia:
mQsai
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 53/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Processo
O líquido condensado que deixa
o condensador em 3 é
bombeado do condensador para
a caldeira a uma pressão maior.
é a potência de entrada
por unidade de massa que passa
pela bomba em J/kg.
Aqui a energia transferida é
positiva no sentido da seta
indicada.
ANÁLISE DA BOMBA
4 3b
Wh h
m
4 3m m m
Balanços de Massa e Energia: mWb
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 54/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Processo
O fluido de trabalho completa o
ciclo quando o líquido que
deixa a bomba em 4 (água de
alimentação da caldeira) é
aquecido até a saturação e
evapora na caldeira.
Lembrando que o V.C. envolve
os tubos e tambores da caldeira
que conduzem a água de
alimentação do estágio 4 ao 1.
ANÁLISE DA CALDEIRA
1 4entra
Qh h
m
1 4m m m
Balanços de Massa e Energia:
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 55/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
ANÁLISE DA CALDEIRA
1 4entra
Qh h
m
1 4m m m
Balanços de Massa e Energia:
Onde
é a taxa de trans-
ferência de calor da fonte de
energia para o fluido de trabalho
por unidade de massa que passa
pela caldeira em J/kg.
entraQ m
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 56/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Eficiência Térmica
Mede a quantidade de energia
fornecida ao fluido de trabalho na
caldeira que é convertida em
trabalho líquido de saída.
A eficiência térmica do ciclo de
Rankine é dada por:
PARÂMETROS DE DESEMPENHO
41
3421
hh
hhhh
mQ
mWmW
entra
bt
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 57/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Eficiência Térmica
De outra forma, o trabalho líquido
de saída é igual ao calor líquido de
entrada:
Assim, alternativamente:
PARÂMETROS DE DESEMPENHO
2 3
1 4
1entra sai
entra
h hQ m Q m
Q m h h
mQmQmWmW saientrabt
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 58/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
back work ratio (bwr)
É a relação entre o trabalho de
entrada na bomba e o trabalho
desenvolvido pela turbina;
Para o caso da planta em análise, o
bwr é expresso por:
PARÂMETROS DE DESEMPENHO
4 3
1 2
b
t
h hW mbwr
W m h h
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 59/84
Subsistema A: Ciclo de Rankine
Observação:
As equações de desempenho
anteriores são aplicáveis para casos
reais (irreversibilidades presentes
nos componentes do SPV) e para
os casos ideais (ausência de
irreversibilidades).
O ciclo Rankine ideal estabelece o
limite superior do desempenho de
um SPV.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 60/84
Ciclo Ideal de Rankine
Supondo que o fluido de trabalho
passa pelos vários componentes
do ciclo de potência a vapor sem
irreversibilidades (processos
ideias);
Não haverá queda de pressão por
atrito na caldeira e no
condensador;
O fluido de trabalho escoará
através desses componentes à
pressão constante.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 61/84
Ciclo Ideal de Rankine
Além disso, na ausência de
irreversibilidades e de trans-
ferência de calor com as
vizinhanças, o processo através
da turbina e da bomba será
isoentrópico.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 62/84
Ciclo Ideal de Rankine
Processo 1-2: Expansão isoentrópica do fluido através da turbina na
condição de vapor saturado no estágio 1 até a pressão do
condensador.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 63/84
Ciclo Ideal de Rankine
Processo 2-3: Transferência de calor do fluido quando escoa à
pressão constante através do condensador chegando no estado de
líquido saturado ao estágio 3.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 64/84
Ciclo Ideal de Rankine
Processo 3-4: Compressão isoentrópica na bomba até o estágio 4 na
região de líquido comprimido.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 65/84
Ciclo Ideal de Rankine
Processo 4-1: Transferência de calor para o fluido de trabalho
quando este escoa à pressão constante através da caldeira para
completar o ciclo, saindo no estágio 1 no estado de vapor saturado.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 66/84
Como o ciclo ideal de Rankine consiste de processos
reversíveis internos, as áreas sob as curvas da figura
anterior podem ser interpretadas como transferências de
calor por unidade de massa que escoa.
Ciclo Ideal de Rankine
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 67/84
Revisão de Termodinâmica A
Da definição de entalpia, tem-se que
Com isso, a transferência de calor total
durante um processo internamente
reversível é determinada por
que corresponde a área sob a curva do
processo num diagrama T-S.
dSTQ revint
2
1
dSTQ revint
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 68/84
Revisão de Termodinâmica A
Um caso especial no qual essas integrações podem ser
efetuadas facilmente é o processo isotérmico internamente
reversível.
ou, por unidade de massa,
sendo que T0 é a temperatura constante do sistema e ΔS é a
variação da entropia do sistema durante um processo.
STQ revint 0
sTq revint 0
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 69/84
Como o ciclo ideal de Rankine consiste de processos
reversíveis internos, as áreas sob as curvas da figura
anterior podem ser interpretadas como transferências de
calor por unidade de massa que escoa.
Ciclo Ideal de Rankine
A Área 1-b-c-4-a-1 representa a
transferência de calor para o fluido
de trabalho que passa através da
caldeira.
A Área 2-b-c-3-2 representa a
transferência de calor do fluido de
trabalho que passa pelo
condensador.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 70/84
Como o ciclo ideal de Rankine consiste de processos
reversíveis internos, as áreas sob as curvas da figura
anterior podem ser interpretadas como transferências de
calor por unidade de massa que escoa.
Ciclo Ideal de Rankine
A Área Fechada 1-2-3-4-a-1 pode
ser interpretada como a entrada
líquida de calor ou, de modo
equivalente, o trabalho líquido de
saída, ambos por unidade de massa
que escoa.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 71/84
O trabalho reversível resultante associado a um processo
internamente reversível de um dispositivo com escoamento
em regime permanente, desprezando as variações de energias
cinética e potencial, é expresso por
Quando o fluido de trabalho é incompressível (v = cte), tem-se
que
2
1
dpvwrev
2112 ppvppvwrev
Revisão de Termodinâmica A
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 72/84
Como a operação da bomba é idealizada sem
irreversibilidades, lembramos também que, de forma
alternativa, o trabalho da bomba pode ser calculado:
Ciclo Ideal de Rankine
OBS: o valor negativo foi
eliminado para manter a
consistência com a equação
anterior:
34 hhm
Wb
4
3int.rev.
bW
vdpm
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 73/84
O cálculo da integral da equação anterior requer uma
relação entre o volume específico e a pressão para o
processo.
Uma vez que o volume específico de um líquido
normalmente varia apenas ligeiramente no passo pela
bomba, uma aproximação razoável para resolver a integral
é considerar o volume constante no valor da entrada da
bomba (volume específico v3):
Ciclo Ideal de Rankine
3 4 3
int.rev.
bW
v p pm
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 74/84
Ciclo Ideal de Rankine
O ciclo Rankine ideal também inclui a possibilidade de
superaquecimento do vapor (1’-2’-3-4-1’). Isto será visto em
detalhe mais adiante.
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 75/84
EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR
A eficiência térmica de um ciclo de potência tende a aumentar
quando a temperatura média, pela qual a energia é adicionada
por transferência de calor, aumenta e/ou a temperatura média,
pela qual a energia é rejeitada, diminui.
Calor que entra:
1
nt.rev 4entra i
Q m Tds
41nt.revssTmQ entraientra
nt.rev
1 4 1entra
iQ m área b c a
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 76/84
EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR
A eficiência térmica de um ciclo de potência tende a aumentar
quando a temperatura média, pela qual a energia é adicionada
por transferência de calor, aumenta e/ou a temperatura média,
pela qual a energia é rejeitada, diminui.
Calor que sai:
3
nt.rev 2sai
iQ m Tds
2 3nt.rev
sai saii
Q m T s s
nt.rev
2 3 2sai
iQ m área b c
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 77/84
EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR
A eficiência térmica de um ciclo de potência tende a aumentar
quando a temperatura média, pela qual a energia é adicionada
por transferência de calor, aumenta e/ou a temperatura média,
pela qual a energia é rejeitada, diminui.
Eficiência Térmica do Ciclo:
int.rev
int.rev.
1sai
ideal
entra
Q m
Q m
1 saiideal
entra
T
T
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 78/84
Pressão Constante no Condensador
A temperatura média no processo de adição de calor é maior para o
ciclo de pressão mais alta 1´-2´-3-4´-1´ do que para o ciclo 1-2-3-4-1.
O aumento da pressão da caldeira do ciclo ideal de Rankine tende a
aumentar a eficiência térmica
1 saiideal
entra
T
T
EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 79/84
Pressão Constante na Caldeira
A temperatura média no processo de rejeição de calor é menor para o
ciclo de pressão mais baixa 1-2"-3"-4"-1 do que para o ciclo 1-2-3-4-1.
A diminuição da pressão do condensador do ciclo ideal de Rankine
tende a aumentar a eficiência térmica
1 saiideal
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T
EFEITO DA PRESSÃO NA CALDEIRA E NO CONDENSADOR
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 80/84
Deficiências do Ciclo de Carnot para SPV
Limitação no uso do calor dos
gases de combustão para
produção de potência.
Bombeamento de fluidos com
misturas de duas fases.
Comparação com o ciclo de Carnot
O ciclo Rankine ideal apresenta
eficiência térmica menor do que
o ciclo de Carnot
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 81/84
Lista de Exercícios
Fazer os exercícios 8.1, 8.6, 8.7 e 8.9 (5ª Ed. Moran e Shapiro):
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 82/84
Lista de Exercícios
Fazer os exercícios 8.3, 8.11, 8.13 e 8.15 (5ª Ed. Moran e Shapiro):
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 83/84
1º Trabalho – Entrega dia 13/06
Fazer os exercícios 8.2, 8.4 e 8.5 (5ª Ed. Moran e Shapiro):
Aula 1 – Apresentação do curso; Modelagem; Ciclo de Rankine; Sistemas de Potência a Vapor (SVP) 84/84
Fonte Bibliográfica
BORGNAKKE, C. & SONNTAG, R.E., 2009.
Fundamentos da Termodinâmica. São Paulo, SP: Edgard
Blücher, 659p.
ÇENGEL, Y.A. & BOLES, M.A., 2007. Termodinâmica.
São Paulo, SP: McGraw-Hill, 740p.
MORAN, M.J. & SHAPIRO, H.N., 2009. Princípios de
Termodinâmica para Engenharia. Rio de Janeiro, RJ: LTC,
800p.