Ciclos Supercríticos Rankine Para Recuperação de Calor Residual de Turbinas a Gás

Resenha doartigo “Ciclos supercríticos Rankine para recuperação de calor residual de turbinas a gás”a ser entregue ao Professor Wagner  Matos Santos   da matéria de Maquinas Térmicascomo requísito de avaliação.

Tema: Supercritical CO2  Rankine cycles for waste heat recovery from gas turbine.

Autor: Young Min, Jeong Lak Sohn, Eui Soo Yoon.

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        O artigo apresenta a comparação de três ciclos Rankine supercríticos de dióxido de carbono (S-CO2) com cogeração sendo eles um ciclo simples, em cascata e um dividido. Para iniciar o estudo do artigo primeiramente foi necessário uma base de estudo de alguns termos apresentados no artigo como : O que é fluido supercrítico, e o conceito de exergia onde o artigo faz uma analise da exergia dos componentes  dos três ciclos. A utilização do fluido supercríticos é interessante pois  um fluido supercrítico tem características entre de uma gas e um liquido , além de ser possível alterar seu calor especifico coma a temperatura e a pressão. No primeiro ciclo Rankine simples é utilizado a cogeração aproveitada de um gas de exaustão ,  e a utilização de um recuperador  ligado na saída da bomba e na entrada do condensador. O segundo ciclo apresentado é um ciclo em cascata semelhante ao ciclo simples , porem foi adicionada um aquecedor de baixa temperatura e um outro recuperador de baixa temperatura  além de uma outra turbina, foi realizado também uma divisão do fluxo após a bomba para uma parte do fluxo trabalhara  em alta temperatura e outra para  baixa temperatura, na entrada do condensador os fluidos de baixa temperatura e alta temperatura são unidos e o ciclo se inicia outra vez. O ciclo dividido por sua vez , o fluxo é dividido após a passagem  da bomba passa pelo recuperador e aquecedor de baixa temperatura separadamente, até atingir à mesma temperatura, e fundido antes de passar para o aquecedor de alta temperatura. O motivo do ciclo dividido ser mais eficiente  é que o calor específico do lado de alta pressão dividido foi   bem adaptado ao do lado de baixa pressão no recuperador o efeito das pressões superiores de 190 bar a 280 bar no desempenho dos ciclos simples, de cascata e de divisão também foi investigado. A eficiência do sistema do ciclo dividido apresentou uma curva e foi maior que a dos ciclos simples e em cascata sobre uma ampla gama de pressão superior, especialmente na região de baixa pressão. A eficiência do ciclo dividido deve se a controle do calor especifico através da temperatura de pinch, por esse motivo o ciclo apresenta uma temperatura na entrada da turbina menor que a do ciclo cascata e tem menos perda exergeticas nos aquecedores.

Ciclo (S-CO2) simples

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Figura 1 – Esquema do ciclo (S-CO2) simples.

• A figura um ilustra o esquema do ciclo (S-CO2) simples de uma turbina a gás com cogeração.

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Figura 2 – Diagrama Temperatura (C°) por Entropia (KJ/Kg.K).

• A figura dois ilustra um diagrama de temperatura por entropia onde as setas representam o calor e o trabalho que o sistema gera é possível notar uma cogeração entre os pontos 2 - 3 e 3 – 4.

Ciclo cascata (S-CO2)

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Figura 3 – Esquema de um ciclo cascata (S-CO2).

• A figura três ilustra um ciclo cascata (S-CO2) onde é possível notar que foi acrescentado um pequeno ciclo para reaquecer o gas de exaustão para o mesmo aquecer o fluido que entra numa outra turbina gás secundaria.

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Figura – 4 Diagrama Temperatura (C°) por Entropia (KJ/Kg.K)

• Na figura acima é possível notar pelas setas uma maior cogeração de que no ciclo simples.

Ciclo dividido (S-CO2)

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Figura 5 – Esquema do ciclo dividido (S-CO2).

Bem  mais simples que o ciclo cascata o ciclo ilustrado acima apresenta um aquecedor de baixa temperatura

para os gases de exaustão e uni os dois fluxos para passarem pelo aquecedor de alta temperatura.

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