TERMODINÂMICA PROJETO COMPUTACIONAL

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

CELSO SUCKOW DA FONSECA - CEFET/RJ

Projeto Computacional 6 - Análise Energética e Cálculo da Eficiência Térmica de um Ciclo Rankine Simples Ideal

Victor Hugo Fernandes D’O Branco – 1820871GMEC

Professor: Thiago de Oliveira Macedo

Rio de Janeiro

2021

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

CELSO SUCKOW DA FONSECA - CEFET/RJ

Projeto Computacional 6 - Análise Energética e Cálculo da Eficiência Térmica de um Ciclo Rankine Simples Ideal

Aluno: Victor Hugo Fernandes D’O Branco

Matrícula: 1820871GMEC

Trabalho apresentado em cumprimento aos

requisitos propostos pelo docente da disciplina,

como parte do requisito para obtenção da aprovação

na disciplina Termodinâmica II.

Professor: Thiago de Oliveira Macedo

Rio de Janeiro

2021

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ______________________________________________________5

TEORIA DO CICLO RANKINE IDEAL _________________________________5

        ENERGIA DO SISTEMA _________________________________________8

        MANEIRAS DE AUMENTAR A EFICIÊNCIA DO CICLO DE RANKINE _9

                Reduzindo a pressão no condensador ___________________________9

                Superaquecendo o vapor a temperaturas mais altas ________________10

                Aumentando a pressão na caldeira _____________________________11

PROJETO COMPUTACIONAL ________________________________________11

EXEMPLO 10-1 – O CICLO RANKINE SIMPLES IDEAL ______________11

RESULTADOS OBTIDOS ________________________________________13

ESTUDOS PARAMÉTRICOS _____________________________________14

        1º Método ________________________________________________14

2º Método ________________________________________________15

3º Método ________________________________________________16

        

CONCLUSÃO _______________________________________________________17

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ___________________________________18

ANEXOS ___________________________________________________________19

        ANEXO A ____________________________________________________19

        

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Planta de potência a vapor acionada por combustível fóssil. ______________6

Figura 2: Esquema simples do ciclo Rankine Simples Ideal. _____________________7

Figura 3: Diagrama T-s do ciclo de Rakine. __________________________________8

Figura 4: O efeito da redução da pressão no condensador sobre o

ciclo de Rankine ideal. __________________________________________________10

Figura 5: O efeito do superaquecimento do vapor a temperaturas mais altas

no ciclo de Rankine ideal. _______________________________________________10

Figura 6: O efeito do aumento da pressão da caldeira sobre o

ciclo de Rankine ideal. _________________________________________________11

Figura 7: Esquema e diagrama T-s para o Exemplo 10-1. ______________________12

Figura 8: Estudo paramétrico do primeiro método. ___________________________15

Figura 9: Estudo paramétrico do segundo método. ___________________________16

Figura 10: Estudo paramétrico do terceiro método. __________________________17

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Resultados obtidos no Interactive Thermodynamics. _________________13

Tabela 2: Relação entre a pressão no condensador e a eficiência. _______________15

Tabela 3: Temperatura do vapor e a eficiência. _____________________________16

Tabela 4: Relação entre o aumento da pressão na caldeira e a eficiência. _________16

1. INTRODUÇÃO

O ciclo de Rankine é o ciclo ideal, uma alternativa viável uma vez que o ciclo de Carnot não é utilizável na prática, visto que não considera nenhuma irreversibilidade interna, desse modo não é compatível com os ciclos de potência a vapor reais por possuir diversas limitações práticas que não o tornam viável de aproximá-lo da realidade.

        No presente trabalho, será tratado do ciclo de Rankine Simples Ideal e, alguns meios de aumentar a sua eficiência. Será desenvolvido a solução de um exemplo do ciclo, o exemplo 10-1 do livro do Çengel, com a assistência do software Interactive Thermodynamics (IT) será gerado gráficos e estudos paramétricos para o melhor entendimento do assunto e, mostrar o conjunto em um modelo computacional.

1. TEORIA DO CICLO DE RANKINE IDEAL

Muitos dos problemas práticos do ciclo de Carnot podem ser eliminados ao se superaquecer o vapor de água na caldeira e condensá-lo completamente no condensador, procedimento que é feito no ciclo de Rankine. (ÇENGEL; BOLES, 2013).

O ciclo de Rankine é o mais apropriado pata ciclos de potência a vapor reais. Ele consiste em quatro processos internamente reversíveis e utiliza água na maioria, como fluido motor, seja na forma líquida ou na forma de vapor ou gás, com a chamada turbina a vapor. (MORAN, 2001).

A representação do ciclo de Rankine, planta de potência a vapor acionada por combustível fóssil.

[pic 1]

Figura 1: Planta de potência a vapor acionada por combustível fóssil, o sistema B é a representação de um ciclo Rankine. Fonte: <MORAN, 2013>.