Para a modelagem e desenvolvimento dos cálculos termodinâmicos do ciclo tradicional, as seguintes hipóteses são admitidas:

Documentos relacionados
PME 3344 Exercícios - Ciclos

3 Modelo matemático do processo APCI-C3MR

Como já definido no ítem 1.2, o método mais comum usado para determinar o desempenho térmico de uma planta térmica é a análise energética baseada na

PME 3344 Exercícios - Ciclos

SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

TERMODINÂMICA 1ª LEI DA TERMODINAMICA PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA PARA VOLUME DE CONTROLE ( EM TERMOS DE FLUXO)

Módulo I Ciclo Rankine Ideal

MÁQUINAS TÉRMICAS E PROCESSOS CONTÍNUOS

MOTORES TÉRMICOS AULA 3-7 SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR PROF.: KAIO DUTRA

4 Simulação Descrição do Software Gate Cycle

CICLOS MOTORES A VAPOR. Notas de Aula. Prof. Dr. Silvio de Oliveira Júnior

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

Universidade do Vale do Rio dos Sinos PPGEM Programa de Pós-Graduação de Engenharia Mecânica

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Termodinâmica. Ciclos motores a vapor

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Termodinâmica. 10) Ciclos motores a vapor. v. 2.5

Aula 6 Vapor e ciclos combinados

Capítulo 5: Análise através de volume de controle

Análise Termodinâmica Comparativa entre um Ciclo Rankine Tradicional e um Inovador Utilizando Gases Residuais do Processo Siderúrgico como Combustível

Módulo V Balanço de Entropia para Sistemas Fechados. Balanço de Entropia para Volume de Controle.

AVALIAÇÃO DE MODELOS PARA SIMULAÇÃO DE TURBINAS A GÁS COM RESFRIAMENTO

SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

Módulo VI - Processos Isentrópicos Eficiência Isentrópica em Turbinas, Bombas, Bocais e Compressores.

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

Eficiência em Processos. Vimos que para um ciclo, no caso um motor térmico, a eficiência é dada por: W resultante Q

MÁQUINAS TÉRMICAS E PROCESSOS CONTÍNUOS

A 1 a lei da termodinâmica para um sistema transiente é:

2 Descrição dos Sistemas Estudados

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA TM-364 MÁQUINAS TÉRMICAS I. Máquinas Térmicas I

Caldeiras Industriais

SIMULAÇÕES E ANÁLISE DA ESTABILIDADE TRANSITÓRIA EM TURBINAS A GÁS AERODERIVATIVAS OPERANDO EM CICLO COMBINADO

Caloria (símbolo: cal) é uma unidade de medida de ENERGIA não pertencente ao Sistema Internacional de Unidade.

Geração de Energia Elétrica

3. Equacionamento do desempenho e modelo da queima Diesel / gás

Geração de Energia Elétrica

3 Metodologia Visão Geral

m V r r ar, u ar, V, p, p (3)

FIS01183 Turma C/CC Prova da área 1 07/04/2010. Nome: Matrícula:

Assinale a opção que indica aproximadamente a variação da temperatura da água.

MÁQUINAS TÉRMICAS E PROCESSOS CONTÍNUOS

Para pressões superiores a 7620 Pa: compressores ou sopradores.

Programa de Pós-Graduação em Eng. Mecânica. Introdução aos ciclos de refrigeração

Ciclo de potência a vapor

Capítulo 4. Ciclos de Potência a Vapor

Dispositivos com escoamento em regime permanente

Energética Industrial

Lista de Exercícios Solução em Sala

Capítulo 4: Análise de Sistemas: 1ª e 2ª Leis da Termodinâmica

O estudo do fluxo de carga

1. Os seguintes dados são referentes à instalação motora a vapor mostrada abaixo.

Módulo II Ciclo Rankine Real e Efeitos das Pressões da Caldeira e do Condensador no Ciclo Rankine

Ciclo de potência a vapor

Geração de Energia Elétrica

Refrigeração e Ar Condicionado

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

Conteúdo. 1 Introdução e Comentários Preliminares, Propriedades de uma Substância Pura, 53

UNISANTA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA 1/5 DISCIPLINA TERMODINÂMICA QUÍMICA I 1 O Semestre de 2002 PROVA P1

Sentido do tato medida qualitativa

Refrigeração e Ar Condicionado

Projeto e Simulação de Sistemas Térmicos 2017/2

Exercícios sugeridos para Ciclos de Refrigeração

Recuperação 2ºBimestre

ENEM Prova resolvida Química

Aula 7 Refrigeração e bombeamento de calor

Maquinas Termicas Geradores de Vapor

Controle de Caldeiras

PRODUÇÃO DE ÁGUA GELADA COMPLEMENTAR PARA UM LATICÍNIO: O USO DO BIOGÁS PRODUZIDO NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES

Capítulo 1. Introdução à Termodinâmica Aplicada

) (8.20) Equipamentos de Troca Térmica - 221

2 º Semestre 2014/2015 (MEAer, MEMec, Amb, Naval) 2º Teste-Repescagem, 15/Junho /2015. Nome Nº

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

Análise Energética para Sistemas Abertos (Volumes de Controles)

SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

ZEA0466 TERMODINÂMICA

ANÁLISE ENERGÉTICA E EXERGOECONÔMICA DE UMA PLANTA DE POTÊNCIA A VAPOR ALIMENTADA COM BIOMASSA

8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007

2 º Semestre 2014/2015 (MEAer, MEMec, Amb, Naval) 1º Exame, 15/Junho /2015. Nome Nº

Efetividade do Trocador de Calor:

Classificação de Trocadores de Calor

Grupos formados por três alunos da disciplina. Prof. Dr. Washington Orlando Irrazabal Bohorquez

FÍSICA. Prof. Fred Lana

Física do Calor Licenciatura: 3ª Aula (12/08/2015)

II Matrizes de rede e formulação do problema de fluxo de carga

Cap. 4: Análise de Volume de Controle

ENEM Prova resolvida Química

TRANSIÇÕES DE FASE DE SUBSTÂNCIAS PURAS

27/10/2015. Mecânica dos Fluidos. O que são Fluidos Ideais? O que são Fluidos Ideais? dv x dy. Equação de Bernoulli para fluidos ideais = 0

b A eficiência térmica de um ciclo é medida pela relação entre o trabalho do ciclo e o calor que nele é adicionado.

Aula 6 Dimensionamento de grandes equipamentos de usinas termoelétricas

LOQ Fenômenos de Transporte I

Maquinas Termicas Geradores de Vapor

PME3398 Fundamentos de Termodinâmica e Transferência de Calor 1 o semestre / 2016 Profs. Bruno Souza Carmo e Antonio Luiz Pacífico

Capítulo 1 Introdução, propriedades e leis básicas dos fluidos.

Segunda lista de exercícios

PRINCÍPIOS BÁSICOS DA TERMODINÂMICA

Profa.. Dra. Ana Maria Pereira Neto

Capítulo 5. Ciclos de Refrigeração

ENGENHARIA DE MATERIAIS. Fenômenos de Transporte em Engenharia de Materiais (Transferência de Calor e Massa)

ANÁLISE EXERGÉTICA DE UM CICLO RANKINE EM CONDIÇÕES SUPERCRÍTICAS UTILIZANDO A EQUAÇÃO DE ESTADO DE PENG-ROBINSON E FERRAMENTAS DO MATLAB (GUI)

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Termodinâmica. Ciclos motores a ar

Transcrição:

49 3 Modelo Mateático Neste capítulo proceder-se-á à apresentação do odelo ateático utilizado na coparação entre os ciclos. O odelo é baseado na aplicação da Prieira e Segunda Leis da Terodinâica para os coponentes da planta e para o ciclo coo u todo. A partir daí, será feita ua análise do aproveitaento da energia e da exergia disponíveis no cobustível para cada caso. A aplicação das equações de balanço de energia e de exergia será utilizada coo base para a coparação entre os ciclos. U resuo da teoria e o detalhaento do equacionaento dos balanços são apresentados nos Apêndices 2 e 3. 3.1. Modelage dos Coponentes do Ciclo Convencional Prieiraente, será estudado o ciclo Rankine tradicional utilizando os gases de alto-forno e de coqueria coo cobustível. Posteriorente, os resultados serão coparados co os do ciclo Rankine utilizando injeção de vapor e bobas bifásicas. Para a odelage e desenvolviento dos cálculos terodinâicos do ciclo tradicional, as seguintes hipóteses são aditidas: O sistea opera e regie peranente; As variações de energia cinética e potencial são desprezíveis. As perdas de carga nas tubulações são desprezíveis, exceto para a linha de vapor entre a caldeira e a turbina, onde serão representadas por ua válvula; As perdas nos Tês de istura são desprezíveis; A exergia do ar abiente é igual a 0; Co essas considerações pode-se realizar ua avaliação do sistea através da aplicação dos balanços de assa, de energia (1ª Lei) e de exergia (2ª Lei) para cada coponente. As equações são indicadas na fora literal, sendo os resultados da odelage apresentados no capítulo 5. A odelage é feita para o ciclo tradicional representado na Figura 2 e o ciclo inovador da Figura 12. As possíveis configurações

50 deste últio serão estudadas no capítulo 4. 3.1.1. Caldeira A caldeira queia o gás de istura e aquece a água de alientação por radiação e convecção gerando vapor superaquecido. Para a caldeira e questão é considerado que o volue de controle deverá abranger o pré-aquecedor de ar, o econoizador e o superaquecedor externo. Segue, nas Figuras 14 e 15, o esquea do volue de controle da caldeira seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: 10 Q F CAL 9 Figura 14- Esquea do volue de controle da caldeira para o balanço de energia = 9 10 (3.1) Q + F = 9 9 10 10 h h 0 (3.2) Considerando que o volue de controle da caldeira te coo correntes de entrada, alé do fluido de trabalho, cobustível e ar abiente, o esquea (Figura 15) e a equação da irreversibilidade ficaria da seguinte fora:

51 10 a c CAL 9 g Figura 15- Esquea do volue de controle da caldeira para o balanço de exergia ce ae ge ( e e ) 10 = + cal c a g 10 9 (3.3) Considerando que o ar abiente te exergia igual a 0 e que a exergia do gás exausto é ua parcela da irreversibilidade total: ( e e ) 9 10 = cal ce c 9 (3.4) E a eficiência racional (de Segunda Lei) da caldeira pode ser obtida: ( ) 9 e10 e9 cec ψ = (3.5) As irreversibilidades na caldeira são provenientes de cobustão incopleta, perdas de carga, calor residual do gás exausto, etc. 3.1.2. Turbina a Vapor Para a turbina a vapor serão feitas as seguintes hipóteses: A eficiência do gerador é de 98%; Não há perdas na transissão entre a turbina e o soprador;

52 A turbina é adiabática. Segue o esquea (Figura 16) do volue de controle da turbina a vapor seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: W e 11 W t SOP W s 12 13 14 16 18 17 15 19 Figura 16- Esquea do volue de controle da turbina a vapor = + + + + + + + 11 12 13 14 15 16 17 18 19 (3.6) 11h11 17 h17 12h12 18 h18 13h13 19 h19 = 14h14 W t 15h15 16h16 (3.7) = t 11e11 12e12 13e13 14e14 15e15 e e e e 16 16 17 17 18 18 19 19 W t (3.8) A potência elétrica gerada pela turbina (nos terinais do gerador) será: W e = W t s η g W (3.9)

53 3.1.3. Condensador O condensador te a função de dissipar o calor latente de udança de fase de vapor para líquido saturado. O fluido de resfriaento é água do ar. A diferença entre a teperatura do condensado e teperatura da água de resfriaento na saída do condensador, a chaada diferença de teperatura terinal, é de 4,5 C. A perda de carga no lado dos tubos (água de resfriaento) é de 1 bar. Segue esquea (Figura 17) do volue de controle do condensador seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: 19 CND Q R 20 1 Figura 17- Esquea do volue de controle do condensador para o balanço de energia = + 1 19 20 (3.10) h h = 19 19 20 20 Q + R 1h1 + (3.11) Considerando que o volue de controle do condensador te coo corrente de entrada, alé do vapor e da água de reposição, a água de resfriaento, e coo corrente de saída, alé do condensado saturado, a água de resfriaento aquecida, o esquea (Figura 18) e a equação para a irreversibilidade ficaria da seguinte fora:

54 19 CND 20 af aq 1 Figura 18- Esquea do volue de controle do condensador para o balanço de exergia = + + cnd 19 19 20 20 af af 1 e e e 1e aqeaq (3.12) 3.1.4. Boba de Condensador É o equipaento responsável por elevar a pressão do condensado de odo a possibilitar a chegada do eso ao desaerador. Segue esquea (Figura 19) do volue de controle da boba de alientação da caldeira seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: 2 BC 1 W bc Figura 19- Esquea do volue de controle da boba de condensado = 1 2 (3.13) 1h1 2h2 = W bc (3.14)

55 W + bc bc 1e 1 2e2 = (3.15) 3.1.5. Pré-Aquecedor 1 Segue esquea (Figura 20) do volue de controle do pré-aquecedor 1 seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: 18 3 PA1 2 21 20 Figura 20- Esquea do volue de controle do pré-aquecedor 1 = 2 3 + = 18 21 20 (3.16) + = 3 3 20 20 2 2 18 18 21 21 h h h h h 0 (3.17) e + pa e + e 1 2 2 18 18 21 21 3e 3 20e20 = (3.18) A perda de carga considerada para o lado frio do pré-aquecedor (água de alientação de caldeira) foi de 1 bar. As irreversibilidades e trocadores de calor pode ser causadas por: transferência de calor por diferença finita de teperatura, perda de carga, troca térica co o abiente e condução pelas paredes do trocador devido ao gradiente de teperatura.

56 Os pré-aquecedores 2 a 5 são odelados analogaente. 3.1.6. Desaerador O desaerador recebe água de alientação de baixa pressão retira os não condensáveis por arraste de vapor. O objetivo é proteger a caldeira. A Figura 21 representa o esquea do volue de controle do desaerador, seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: 16 DES 4 5 22 Figura 21- Esquea do volue de controle para o desaerador + + = 4 16 22 5 (3.19) + + = 4 4 16 16 22 22 5 5 h h h h 0 (3.20) e + des e + 4 4 16 16 22e 22 5e5 = (3.21) As irreversibilidades para o desaerador pode ser causadas pelos esos fatores indicados para os trocadores de calor. 3.1.7. Boba de Alientação da Caldeira A boba de alientação da caldeira é adiabática por hipótese. A eficiência

57 isentrópica considerada é de 85%. O esquea do volue de controle da boba de alientação da caldeira é representado a seguir, pela Figura 22, seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: 6 5 BA W ba Figura 22- Esquea do volue de controle para o boba de alientação da caldeira = 5 6 (3.22) 6h6 5h5 = W ba (3.23) W ba ba 6e 6 5e5 = (3.24) 3.1.8. Válvula A válvula representada no esquea do ciclo tradicional representa a perda de carga na tubulação de vapor entre a caldeira e a turbina a vapor.

58 Segue esquea (Figura 23) do volue de controle da válvula seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: 10 11 Figura 23- Esquea do volue de controle para a válvula = 10 11 (3.25) 10 h = 10 11h11 0 (3.26) v e + 10 10 11e11 = (3.27) 3.2. Modelage Mateática do Ciclo Rankine novador Analogaente ao ciclo Rankine tradicional, é apresentada, a seguir, a odelage dos coponentes do ciclo Rankine inovador: 3.2.1. Modelage dos Coponentes do Ciclo novador Os equipaentos couns ao ciclo tradicional tê odelage idêntica à realizada acia. Será apresentada, portanto, soente a odelage dos equipaentos adicionais: 3.2.1.1. T de Mistura 1 Para os Tês de istura faz-se uso da seguinte hipótese: As perdas devido ao processo de istura são desprezíveis.

59 Segue o esquea, na Figura 24 do volue de controle do T de istura 1 seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia: 16 1 2 Figura 24- Esquea do volue de controle para o T de istura 1 = + 2 1 16 (3.28) + = 1 1 16 16 2 2 h h h 0 (3.29) = + = t1 1e1 16e16 2e2 0 (3.30) O T de istura aqui representado é na verdade apenas ua conexão na tubulação de água de alientação da caldeira que perite a injeção de vapor extraído da turbina. Os deais Tês de istura terão odelage análoga. 3.2.1.2. Boba Bifásica 1 As bobas bifásicas opera co istura líquido/vapor co título de até 20%. A eficiência isentrópica considerada é de 75%. Segue o esquea (Figura 25) do volue de controle da boba bifásica 1 seguido da aplicação dos balanços de assa, energia e exergia:

60 3 2 BBF1 W b1 Figura 25- Esquea da boba bifásica 1 = 3 2 (3.31) 3h3 2h2 = W b1 (3.32) W + b1 b1 2e 2 3e3 = (3.33) As deais bobas bifásicas são odeladas analogaente.