Ciclos de potência

Ciclo Rankine

Aplicação da Primeira Lei

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Exemplo Determine o rendimento de um ciclo de Rankine que utiliza água como fluido de trabalho e no qual a pressão no condensador é igual a 10 kPa. A pressão na caldeira é de 2 MPa. O vapor deixa a caldeira como vapor saturado.

Efeitos da variação de pressão e temperatura no ciclo Rankine

Diminuição da pressão - Aumento do trabalho líquido Redução do título (estava mais perto da linha de vapor saturado) Diminuição na eficiência da turbina e a erosão nas palhetas da turbina (umidade não pode ultrapassar 10%)

Superaquecimento do vapor da caldeira Aumento do trabalho líquido Aumento do título do vapor na saída da turbina

Ciclo com reaquecimento

Tirar vantagem do aumento do rendimento provocado pelo aumento da pressão e evitando que tenha umidade excessiva nos estágios de baixa pressão da turbina Vapor expande até uma pressão intermediária na turbina, então é reaquecido na caldeira e novamente expande na turbina até a pressão de saída Principal vantagem: diminuição do teor de umidade na turbina

Exemplo Considere um ciclo com reaquecimento que utiliza água como fluido de trabalho. O vapor deixa a caldeira e entra na turbina a 4 MPa e 400ºC. Após expansão na turbina até 400 kPa, o vapor é reaquecido até 400ºC e então expandido na turbina, de baixa pressão, até 10 kPa. Determine o rendimento do ciclo.

Afastamento dos ciclos reais em relação aos ciclos ideais

Perdas na tubulação e turbina Perda de carga provocada pelo atrito e pela transferência de calor ao ambiente são as perdas mais importantes

TURBINA BOMBA

Saturated liquid at 0,010 MPa Exercício proposto Utiliza-se vapor como fluido de trabalho em um ciclo real de Rankine. O vapor saturado entra na Turbina a 8,0 MPa e o líquido saturado no condensador está a uma pressão de 0,010 MPa. A Potência de saída líquida do ciclo é de 100 MW. Determine (a) A eficiência térmica, considerando a eficiência da bomba e da turbina igual a 80% (b) o fluxo de massa de vapor, em kg/s 0,010 MPa Saturated liquid at 0,010 MPa

Ciclo Aberto Ciclo Fechado

K =cp/cv = 1,40 cpar=1,0035 kJ/kg cvar=0,7165 kJ/kg

Exercício 1 Ar entra no compressor, de um ciclo-padrão a ar Brayton (fechado), a 0,1 Mpa e 15ºC. A pressão na saída do compressor é de 1,0 MPa e a temperatura no ciclo é 1100ºC. Determine: 1 – A pressão e a temperatura em cada ponto do ciclo 2 – O trabalho no compressor, na turbina e o rendimento de ciclo

Exercício 2 Considere uma turbina a gás em que o ar entra no compressor nas mesmas condições do exercício anterior e o deixa a pressão de 1,0 MPa. A temperatura máxima no ciclo é de 1100ºC. Admita que a eficiência do compressor seja 80%, que a da turbina seja 85% e que a perda de carga no escoamento entre o compressor e a turbina seja igual a 15 kPa. Determine o trabalho no compressor, na turbina e o rendimento do ciclo.

Exercício proposto Ar entra no compressor de um ciclo ideal de ar padrão frio Brayton a 100 kPa, 300 K com uma vazão mássica de ar de 6 kg/s. A relação de pressão no compressor é 10 e a temperatura de entrada de ar na turbina é 1400 K. Para: k = 1,4 Cpar = 1,0035 kJ/kg.K Determine a eficiência térmica do ciclo e a potência líquida desenvolvida em kW