Maquinas Térmicas

ETAPA 03

Aula-tema: Sistemas e centrais a vapor.

Esta atividade, a ser realizada em grupo, é importante para que você entenda as instalações de potência a vapor, nas quais o fluido de trabalho é alternadamente vaporizado e condensado. São considerados arranjos práticos para instalações de potência a vapor que produzem uma potência líquida na saída a partir de uma entrada na forma de combustível fóssil, nuclear ou solar.

PASSOS

Passo 1

Analisar o Ciclo de Rankine e a eficiência térmica por meio do diagrama térmico.

Passo 2

Esboçar diagramas esquemáticos e os diagramas T-s associados para os ciclos de potência a vapor de Rankine: com reaquecimento e regenerativo.

Passo 3

Considerar um ciclo de potência a vapor regenerativo com um aquecedor de água de alimentação aberto. Vapor d'água entra na turbina a 8,0 MPa, 480 ºC, e se expande até 0,7 MPa, quando parte do vapor d'água é extraída e desviada para o aquecedor de água de alimentação aberto, operando a 0,7 MPa. O restante dovapor se expande através da turbina de segundo estágio até a pressão de 0,008 MPa do condensador. O líquido saturado sai do aquecedor de água de alimentação aberto a 0,7 MPa. A eficiência isentrópica de cada estágio de turbina é de 85% e cada bomba opera isentropicamente. Se a potência líquida produzida pelo ciclo é 100 MW, determinar:

A eficiência térmica;

A vazão mássica do vapor que entra no primeiro estágio de turbina, em kg/h

Para iniciar, determinaremos cada um dos estados principais do ciclo ideal. Começando pela entrada da turbina de primeiro estágio, a pressão é 8,0 MPa e a temperatura é 480ºC, logo o vapor é superaquecido. Da tabela T-4, h1 = 3348,4 KJ/Kg e s1 = 6,6586 KJ/Kg.K.

O estado 2 é determinado por p2 = 0,7 MPa e s2 = s1 para a expansão isentrópica através da turbina de primeiro estágio. Utilizando os dados de líquido e vapor saturados da tabela T-3, o título no estado 2 é:

X2 = (S2-Sf)/(Sg-Sf)

X2 = (6,6586-1,9922)/(6,708-1,9922)

X2 = 0,9895

A entalpia específica é então:

h2 = hf + x2.hfg

h2 = 697,22 + ( 0,9895).2066,3 = 2741,8 KJ/Kg

O estado 3 é de vapor superaquecido com p3 = 0,7 MPa e T3 = 440ºC, logo, da tabela T-4, h3 = 3353,3 KJ/Kg e s3 = 7,7571 KJ/Kg.K.

Para determinar o estado 4, use p4 = 0,008 MPa e s4 = s3 para a expansão isentrópica através da turbina de segundo estágio. Com os dados da tabela T-3, o título para o estado 4 é:

X4 = (S4-Sf)/(Sg-Sf)

X4 = (7,7571-0,5926)/(8,2287-0,5926)

X4 = 0,9382

A entalpia específica é:

h4 = 173,88 + (0,9382).2403,1 = 2428,5 KJ/Kg

O estado 5 é de líquido saturado o 0,008 MPa, logo h5 = 173,88 KJ/Kg. Finalmente, o estado na saída da bomba é igual a h6, portanto h6 = 181,94 KJ/Kg.

a-) A potência líquida desenvolvida pelo ciclo é

Wciclo = Wt1 + Wt2 + Wp

Os balanços das taxas de massa e de energia para os dois estágios de turbina e a bomba se reduzem, respectivamente, a:

Turbina 1 : Wt1 / m = h1 – h2

Turbina 2 : Wt2 / m = h3 – h4

Bomba: Wp / m = h6 – h5,

Onde m é a vazão mássica de vapor d’água.

A taxa total de transferência de calor para o fluido de trabalho à medida que ele passa através da caldeira-superaquecedor e reaquecedor é

Qentrada/m = ( h1 – h6 ) + ( h3 – h2 )

Utilizando essas expressões,