Ciclos de potência

Ciclo Rankine

Aplicação da Primeira Lei

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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.

Exemplo

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

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.

Exemplo

Afastamento dos ciclos reais em relação aos ciclos ideais

Perda de carga provocada pelo atrito e pela transferência de calor ao ambiente são as

perdas mais importantes

Perdas na tubulação e turbina

TURBINABOMBA

s

tTURBINA hh

w

43

b

sBOMBA W

hh 21

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

Exercício proposto

Saturated liquid at 0,010 MPa

0,010 MPa

Animação Como Funciona uma Turbina Tipo Centrífuga.mp4

Ciclo Aberto Ciclo Fechado

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

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 ciclo2 – O trabalho no compressor, na turbina e o rendimento de ciclo

Exercício 1

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 2

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 = 1,4Cpar = 1,0035 kJ/kg.K

Determine a eficiência térmica do ciclo e a potência líquida desenvolvida em kW

Exercício proposto