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

Documentos relacionados
Grupos formados por quatro alunos da disciplina. Prof. Dr. Washington Orlando Irrazabal Bohorquez

PME 3344 Exercícios - Ciclos

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

PME 3344 Exercícios - Ciclos

SISTEMAS TÉRMICOS PME 2378 INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS TÉRMICAS - Alberto Hernandez Neto Direitos ais reservados Proibida a reprodução desse material sem a

Exercícios e exemplos de sala de aula Parte 1

Módulo I Ciclo Rankine Ideal

Refrigeração e Ar Condicionado

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

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

MÁQUINAS TÉRMICAS E PROCESSOS CONTÍNUOS

1ª Lei da Termodinâmica lei da conservação de energia

Dispositivos com escoamento em regime permanente

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

Classificação de Trocadores de Calor

Exercícios sugeridos para Ciclos de Refrigeração

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

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

MÁQUINAS TÉRMICAS E PROCESSOS CONTÍNUOS

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

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

PME 3344 Termodinâmica Aplicada

SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

Utilizado quando se necessita rejeitar calor a baixas temperaturas. O uso do AR como meio de resfriamento tem as seguintes vantagens:

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

Coletores solares planos

ÁREA DE ESTUDO: CÓDIGO 16 TERMODINÂMICA APLICADA, MECÂNICA DOS FLUIDOS E OPERAÇÕES UNITÁRIAS

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

Sistemas de Refrigeração Parte I

Análise Energética para Sistemas Abertos (Volumes de Controles)

11S.1 Método da Média Log das Diferenças de Temperatura para Trocadores de Calor com Múltiplos Passes e com Escoamento Cruzado

Instruções. Leia as questões antes de respondê-las. A interpretação da questão faz parte da avaliação.

SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

U = 1.5 m/s T m,e = 20 o C T p < 200 o C

Disciplina: Sistemas Térmicos

Componentes dos ciclos termodinâmicos

Exame de Admissão 2016/1 Prova da área de termo fluidos Conhecimentos específicos

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

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

EN 2411 Aula 13 Trocadores de calor Método MLDT

Aula 21 Convecção Natural

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

Lista de Exercícios Solução em Sala

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

CONCURSO PÚBLICO EDITAL Nº 03 / 2015

Capítulo 5. Ciclos de Refrigeração

OPERAÇÕES UNITÁRIAS II AULA 13: EVAPORADORES E CONGELAMENTO. Profa. Dra. Milena Martelli Tosi

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Termodinâmica. 6) Primeira Lei da Termodinâmica para volume de controle. v. 2.6

Disciplina: Sistemas Térmicos

Utilizando Gráficos de Entropia

Máquinas Térmicas Turbinas a Gas. Jurandir Itizo Yanagihara

Trocadores de Calor Método da Efetividade (NUT) Prof. Simões

Nome: Nº Sala. Hipóteses: o ar é gás perfeito ( R

Análise do Volume de Controle

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Termodinâmica. 11) Ciclos motores a ar Ciclo Brayton. v. 2.1

Caldeiras Industriais

Profa.. Dra. Ana Maria Pereira Neto

Geração de Energia Elétrica

Capítulo 5: Análise através de volume de controle

Energética Industrial

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

Cap. 4: Análise de Volume de Controle

Geração de Energia Elétrica

EM34B Transferência de Calor 2

TM-182 REFRIGERAÇÃ ÇÃO O E CLIMATIZAÇÃ ÇÃO. Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos

Máquinas Térmicas. Transferência de Calor na Caldeira

SISTEMAS DE POTÊNCIA A VAPOR (SPV)

Propriedades das substâncias puras simples compressíveis

) (8.20) Equipamentos de Troca Térmica - 221

Capítulo 5 - Sistemas de Múltiplos Estágios e Múltiplos Evaporadores e Ciclos em Cascata

Disciplina : Termodinâmica. Aula 10 Análise da massa e energia aplicadas a volumes de controle

SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE UM CONDENSADOR A AR

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

ENG 3006 TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA 1 o SEMESTRE DE Capítulo 11 Trocadores de Calor

Fundamentos de Fenômenos de Transporte. Prof. Dr. Geronimo Virginio Tagliaferro

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

Classificaçã. ção o dos trocadores de vaporizaçã. ção. Trocadores de vaporização com circulação forçada. Vaporização na carcaça. Vaporização nos tubos

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

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Termodinâmica. Ciclos de Refrigeração. v. 2.0

Simulação de Malha de Vapor de uma Usina de Ciclo Combinado para Treinamento de Operadores

Termodinâmica Seção 05-1ª Lei da Termodinâmica para Volume de Controle

SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

Lista 3. Projeto e Simulação de Sistemas Térmicos 2017/2. Resolva os seguintes exercícios:

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

OPERAÇÕES UNITÁRIAS II AULA 1: REVISÃO TRANSFERÊNCIA DE CALOR. Profa. Dra. Milena Martelli Tosi

Capítulo 7: Escoamento Interno

Módulo II Energia, Calor e Trabalho

b) Qual o menor fluxo de calor que deve ser retirado ao tanque de água para que todo o sistema funcione e retire 1kW à casa.

Modelagem de equipamentos térmicos Trocadores de calor

Refrigeração e Ar Condicionado

Aula 6 Dimensionamento de grandes equipamentos de usinas termoelétricas

BC1309 Termodinâmica Aplicada

3 Introdução à Transferência de Massa. 7a. Aula

EM 524 : aula 3. Capítulo 3 : Propriedades das. Substâncias Puras

ESZO Fenômenos de Transporte

4. Redução de dados Modelo matemático

Combustível adicional se necessário 10

PME 2378 INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS TÉRMICAS

Transcrição:

MEC010 TRANSFERÊNCIA DE CALOR Projeto: Dimensionamento dos trocadores de calor de uma caldeira de recuperação Grupos formados por três alunos da disciplina Prof. Dr. Washington Orlando Irrazabal Bohorquez

Caldeira de Recuperação: Recuperar a energia contida nos gases de exaustão de uma turbina a gás para produção de vapor útil 1. Introdução: a. Descrição da caldeira de recuperação; b. Trocadores de calor (economizador, evaporador e superaquecedor); c. Aplicação. 2. Modelagem matemática: balanço de energia, efetividade, área de troca. a) Economizador; b) Evaporador; c) Superaquecedor; d) Equações para cálculo das propriedades termodinâmicas dos gases e água/vapor.

3. Parâmetros de operação e projeto. 4. Resultados: a) Vapor produzido: vazão (kg/s); b) Temperatura ( o C); c) Pressão (kpa); d) Efetividade dos trocadores de calor; e) Área de troca (m 2 ). 5. Conclusões e comentários.

Componentes da Caldeira de Recuperação

Balanço de energia nos trocadores de calor 1. Regime permanente... 2. Continuidade: m entrada = m saída. 3. Balanço de energia (trocadores de calor). 4. As perdas de calor e pressão são desprezíveis nos componentes. Q g Q v P P 2 1 P P 4 3

Cálculo das propriedades termodinâmicas do ciclo vapor Propriedades termodinâmicas da água/vapor The International Association for the Properties of Water and Steam IAPWS (Set 97) 1- Líquido comprimido. 2- Vapor superaquecido. 3- Vapor saturado. 4- Linha de saturação. 5- Vapor superaquecido em altas temperaturas.

Cálculo das propriedades termodinâmicas do ciclo vapor Aplicando o princípio de conservação de energia para cada componente da caldeira de recuperação: Q g QV Qg mg CP T1 T2 Q m h h v v 4 3 Estações: circuito quente (gás): 1 entrada; 2 saída Estações: circuito frio (água/vapor): 1 entrada; 2 - saída SPH: Vapor superaquecido. h3 f P3,sat h f T,P 4 4 4 EVA: h4 f P4,sat Vapor saturado h3 f P3,sat ECO: h4 f P4,sat Líquido saturado h3 f T 3,P3 Vapor superaquecido. Líquido saturado Líquido comprimido

Cálculo das propriedades termodinâmicas do ciclo vapor Propriedades termodinâmicas dos Gases São determinadas usando polinômios apresentados por McBride et al., 1993, e coeficientes empíricos dos polinômios da Tabela de JANAF.

Cálculo das propriedades termodinâmicas do ciclo vapor Propriedades termodinâmicas dos gases Massa Molecular, Cp, Entalpia dos Gases de exaustão da TG: 24 W F M gas gas i i i1 24 0 2 3 4 P 1 2 3 4 5 i gas i1 C (T) {R(a a T a T a T a T ) } F h (T) R T a a a a a F 24 2 3 4 0 T T T T b1 1 2 3 4 5 gas i1 2 3 4 5 T i i i

Parâmetros da Caldeira de Recuperação SUPH EVAP ECON Figura: Representação do Pinch Point e temperaturas de aproximação Os valores destes parâmetros: o pinch point e as temperaturas de aproximação refletem no tamanho da caldeira de recuperação. Para valores pequenos, há necessidade de grandes superfícies de troca de calor, junto a um alto custo de investimento inicial.

Parâmetros da Caldeira de Recuperação Tabela: Recomendação do valor do Pinch Point e das temperaturas de aproximação segundo Babcock & Wilcox, 1992. T 2 a 5 ( C) subcooling Sabe-se que o valor do pinch point adotado num projeto ocasiona um impacto direto na quantidade de vapor gerado.

Tabela 1. Valores da pressão, temperatura e vazão mássica dos gases quente e do circuito água/vapor. Circuito do GÁS FLUIDO Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 4 Pressão kpa 104,4 104,4 104,4 104,4 Temp o C 580 Vazão kg/s 20,15 20,15 20,15 20,15 Circuito da Água/Vapor FLUIDO Ponto 5 Ponto 6 Ponto 7 Ponto 8 Pressão kpa 4500 4500 4500 4500 Temp o C 40 Vazão kg/s 2,912 2,912 2,912 2,912 T_SPH [ o C] T_PP [ o C] T_Econ [ o C] SPH [-] EVAP [-] ECON [-] 25,0 4,0 U SPH [kw/m 2 o C] UEVAP [kw/m 2 o C] U ECON [kw/m 2 o C] Q SPH [kw] QEVAP [kw] Q ECON [kw] 0,04250 0,08650 0,04543 A SPH [m 2 ] AEVAP [m 2 ] A ECON [m 2 ]

CASO A: Informações: 1-) Gases quente: = 20,15 [ ] ; = 580 [ ] ; = 104,4 [ ]; Frações molares: (Ar=8,900E-03; N 2 =7,138E-01; O 2 =1,310E-01; CO 2 =4.190E-02; H 2 O(v)= 1,044E-01) 2-) Superaquecedor: T_SPH = (T 1 -T 8 ) = 25 [ o C], U SPH = 0,04250 [kw/m 2 o C] 3-) Evaporador: = 2,912 [ ]; UEVAP = 0,08650 [kw/m 2 o C] 4-) Economizador: = 2,912 [ ] ; = 40 [ ] ; = 4500 [ ]; T_Econ = (T 7,sat T 6 ) = 4 [ o C]; U ECON = 0,04543 [kw/m 2 o C] CASO B: Informações: 1-) Gases quente: = 20,15 [ ] ; = 580 [ ] ; = 104,4 [ ]; Frações molares: (Ar=8,900E-03; N 2 =7,138E-01; O 2 =1,310E-01; CO 2 =4.190E-02; H 2 O(v)= 1,044E-01) 2-) Superaquecedor: T_SPH = (T 1 -T 8 ) = 30 [ o C], U SPH = 0,04250 [kw/m 2 o C] 3-) Evaporador: = 3,056 [ ]; UEVAP = 0,08650 [kw/m 2 o C] 4-) Economizador: = 3,056 [ ] ; = 40 [ ] ; = 2000 [ ]; T_Econ = (T 7,sat T 6 ) = 4 [ o C]; U ECON = 0,04543 [kw/m 2 o C] Instruções: 1. Calcular as temperaturas (lado gás e lado água/vapor), os calores trocados e efetividades de cada trocador de calor da caldeira de recuperação. 2. Vantagens e desvantagens sob o ponto de vista do pinch point, vazão de vapor, áreas (custo), e pressão de operação da caldeira. Observação: lembre se que os valores de U para cada trocador de calor são adotados, valores podem ser determinados das resistências térmicas de convecção, condução, mas envolve todo o conhecimento de espessuras, material, velocidades dos fluidos, etc.