Máquinas de Fluxo Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas Mecânicos
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- Ivan da Fonseca Penha
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1 1 Máquinas de Fluxo Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas Mecânicos
2 2 Introdução Fontes primárias de energia: óleo, carvão, fissão nuclear Produção de vapor e queima direta de gás Formas alternativas de geração de vapor: queima de bagaços de cana e cítricos, e uso de concentradores solares Usinas termelétricas convencionais: energia perecível Implantação em qualquer ponto de interesse = dispensam-se longas linhas de transmissão (diferente de hidrelétricas) Usinas termelétricas alternativas: fontes renováveis Bagaços: queimados no local de produção Solar: restrições de localização = linhas de transmissão
3 3 Introdução - Histórico Início: vapor Primeiro ciclo completo a vapor: James Watt (1750) Transformação de energia: Pearl Street Station, construída por Tomas Alva Edison em Nova York: potência instalada útil = 150 kw Recorde mundial de potência para única unidade: 1300 MW (usinas nucleares) Instalações a gás: início Dificuldade em se viabilizar quantidade de ar necessária para combustão de elevada massa de gás muito tempo: máquinas de combustão interna Máquinas de elevada potência: compressor máquinas estacionárias e embarcadas em navios e aviões
4 4 Usinas a vapor Ciclo completo a vapor: James Watt (1750) Atualmente: tubulação liga 4 e 1 + válvula de retenção do vapor Turbinas: maior complexidade trabalho transferido = variação de pressão e velocidade do vapor
5 5 Usinas a vapor Processos impostos à água durante o ciclo térmico de realização de trabalho em termelétricas
6 6 Usinas a vapor: Usinas Nucleares Reator nuclear Combustíveis:Urânio-235, 238, Plutônio-238, etc. Moderador: água leve, água pesada, CO 2, etc. Material de controle: Cádmio ou boro, utilizado para finalizar as reações em cadeia.
7 7 Usinas a vapor: Usinas Nucleares Combustível: urânio ou tório (urânio: mais usado) Forma de transferência de energia no reator: água sob pressão, água fervente, ou sódio líquido sob pressão Usina nuclear com água sob pressão: Ciclo secundário: realização de trabalho Gerador de vapor: vapor supersaturado - T>600 o C P>3000kPa
8 8 Usinas a vapor: Usinas Nucleares Usina nuclear com água sob pressão, porém com uso de dois ciclos de sódio. Primário: para aquecimento do sódio; Secundário: para geração de vapor.
9 9 Usinas a vapor: Usinas Nucleares Usina nuclear com água fervente Vapor superaquecido (contaminado) atuando diretamente nas turbinas
10 10 Usinas a vapor: Usinas Nucleares Características Gerais Operam com temperaturas elevadas; Exigem grandes volumes de água para resfriamento; Reduzida área para instalação da usina; Permite ser construída próxima ao centro de demanda. Usina nuclear Grafenrheinfeld (Alemanha) Reator nuclear Exemplo Potência nominal: 1300 MW Torres de resfriamento Rio Reno
11 11 Usinas a vapor: Usinas Nucleares Exemplo: Usina Nuclear Mülheim-Kärlich (construtor BBC) Dados operacionais:
12 12 Usinas a vapor: Usinas Convencionais Combustível: carvão ou óleo Mais recentemente: bagaço de cana, frutas e lixo Usina convencional por queima de óleo: 7.
13 13 Usinas a vapor: Usinas Convencionais Exemplo: Usina de Piratininga (margens do canal do Rio Pinheiros) Potência instalada original: 470MW = queima de óleo Recentemente: susbstituição por queima de gás natural boliviano e da bacia de Campos Dados da Usina quando operava com óleo:
14 14 Usinas a vapor: Usinas Convencionais Usina por queima de lixo ou biomassa
15 15 Usinas a vapor: Usinas Convencionais Usina por queima de carvão mineral
16 16 Usinas a vapor: Usinas Convencionais Usina por queima de carvão natural
17 17 Usinas a vapor: Usinas Convencionais Usina termelétrica a vapor gerado por energia solar Características: operam apenas durante o dia e instaladas em regiões desérticas (intensa incidência solar)
18 18 Usinas a gás Turbinas movidas pelos gases da combustão de mistura gás-ar Desenho esquemático do ciclo de uma usina termelétrica a gás:
19 19 Usinas a gás Desenho esquemático do ciclo de um motor a gás compacto aeronaves
20 20 Usinas a gás Motor Rolls-Royce Turbina otimizada para Airbus A350 XWB family, civil Forma construtiva: ar frio envolve gases de combustão = menos ruídos
21 21 Usinas a gás Comparação de operação: motor a gás e de combustão interna Operação contínua Operação cíclica
22 22 Usinas a ciclo combinado gás-vapor Rejeição de gases de combustão em turbinas a gás = aquecimento da água = aumento de rendimento
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