Sistema de Potncia a Vapor e refrigerao

8.1 Modelando Sistemas de Potncia a VaporA modelagem de sistemas termodinmicos representa a etapa inicial do projeto de engenharia. Como os processos que ocorrem nos SPV so bastante complexos, a modelagem destes requer o uso de simplificaes (idealizaes). Ainda assim, as aplicaes de tais modelos simplificados contribuem para o estudo do comportamento real do sistema.

8.2 Analisando o Sistema de Potencia a Vapor Ciclo de RankineO ciclo Rankine mostra a descrio fechada do processo da operao de vapor das mquinas trmicas mostra geralmente descobrindo nas usinas de generao eltrica a combusto de combstiveis fossl como o carvo, gs natural, e gasolina.O Ciclo Rankine qualquer referncia com a prtica do Ciclo de Carnot, pois onde se observa a eficincia de uma turbina, o diagrama TS inicia assemelhar com o ciclo de Carnot. A diferena principal est na adio (de uma caldeira) e a da ausncia de um condensador no processos isobricos em um ciclo Rankine e os processos isotrmicos na teoria do Ciclo Carnot. Uma bomba aplicada para pressurizar o fluido em trabalho para o condensador que instanteamente condensa um gs em lquido. Toda a energia bombeada no fluido do trabalho atravs do ciclo completo perdido, como mostrado na energia da vaporizao no trabalho na caldeira. Esta energia perdida no ciclo porque a condensao aquele poder no lugar na turbina limitada a 10% na ordem da minimizao da eroso; a energia da vaporizao rejeitada para o ciclo atravs do condensador. Porm bombeando o trabalho do fluido atravs do ciclo como o requerimento de um lquido de uma pequena frao da energia necessria para ele transportar se como for comparado para a compresso do fluido do trabalho de um gs no compressor (como no ciclo de Carnot).Existem quatro processos[2] num ciclo Rankine, cada um alterando as propriedades do fluido de trabalho. Estas propriedades so identificadas pelos nmeros no diagrama acima.8.2.1 Avaliando o Trabalho e a Tranferencia de Calor PrincipaisTurbina:o vapor proveniente da caldeira tendo valores de temperatura e presso elevados se expande atravez da turbina para produzir trabalho e entao descarregador no condensado com pressao relativamente baixa.

Condensador: ocorrea transfernciade calor do vapor para a gua de resfriamento que flui atravs de um circuito separado.O vapor se condensa e a temperatura da gua de resfriamento aumenta.

Bomba: O lquido condensado que deixa o condensador em bombeado do condensador para a caldeira a uma presso maior. Wb/m a potncia de entrada por unidade de massa que passa pela bomba em J/kg.

Caldeira: O fluido de trabalho completa o ciclo quando o lquido que deixa a bomba aquecido at a saturao e evapora na caldeira.

8.2.2 Ciclo Rankine ideal

Processo 4-1: Primeiro, o fluido de trabalho bombeado (idealmente numa forma isoentropica) de uma presso baixa para uma presso alta utilizando-se uma bomba. O bombeamento requer algum tipo de energia para se realizar. Processo 1-2: O fluido pressurizado entra numa caldeira, onde aquecido a presso constante at se tornar vapor superaquecido. Fontes comuns de calor incluem carvo, gs natural e energia nuclear. Processo 2-3: O vapor superaquecido expande atravs de uma turbina para gerar trabalho. Idealmente, esta expanso isoentrpica. Com esta expanso, tanto a presso quanto a temperatura se reduzem. Processo 3-4: O vapor ento entra num condensador, onde ele resfriado at a condio de lquido saturado. Este lquido ento retorna bomba e o ciclo se repete.8.2.3 Efeitos da Presso na Caldeira e no Condensador do Ciclo Rankine A eficincia trmica de um ciclo de potncia tende a aumentar quando a temperatura mdia, pela qual a energia adicionada por transferncia de calor, aumenta e/ou a temperatura mdia, pela qual a energia rejeitada, diminui.

Na caldeira: A diminuio da presso do condensador aumentara eficincia trmica

No condensador: O aumento da presso da caldeira tende a aumentar a eficincia trmica.

8.2.4 Irreversibilidade e perdas PrincipaisTurbina: O calor transferido da turbina para a vizinhana representa uma perda, mas como ele tem frequentemente importncia secundaria, essa perda ignorada nas discusses subsequentes. O trabalho desenvolvido por unidade de massa nesse processo menor que o da expanso isentrpica.

Bomba: O trabalho necessrio para vencer os efeitos de atrito tambm reduz a potncia liquida disponvel na sada da instalao. Na ausncia de transferncia de calor para a vizinhana, haveria um aumento na entropia da bomba.

8.3 Melhorando o Desempenho Superaquecimento e ReaquecimentoSuperaquecimento: Uma energia adicional pode ser acrescentada ao vapor dagua por transferncia de calor, levando-o condio de vapor superaquecido na entrada da turbina. Isso efetuado em um trocador de calor separado denominado superaquecedor.Resfriamento: com o aquecimento, uma instalao de potncia pode tirar vantagem do aumento da eficincia que resulta de presses maiores na caldeira e ainda evitar um ttulo baixo de vapor na exausto da turbina.

8.4 Melhorando o Desempenho - Ciclo de Potncia a Vapor e Regenerativo8.4.1 Aquecedores de gua de Alimentao AbertosUm aquecedor de agua de alimentao aberto, um tipo de trocador de calor no qual correntes em diferentes temperaturas se misturam para formar uma corrente a uma temperatura intermediaria.

8.4.2 Aquecedores de gua de Alimentao AbertosOs aquecedores fechados so recuperadores do tipo casca e tubo nos quais a temperatura da gua de alimentao aumenta medida que o vapor extrado condensa no exterior dos tubos que transportam a gua de alimentao.

8.5 Sistema de refrigerao a vaporComo o ciclo de refrigerao a vapor de Carnot constitudo de processos internamente reversveis, as reas podem ser interpretadas como trocas de calor. O calor adicionado ao refrigerante atravs da regio fria por unidade de massa de refrigerante circulante.

Mesmo quando as diferenas de temperatura entre as regies quente e frio so levadas em considerao, existem outras caractersticas que tornam o ciclo de refrigerao a vapor da figura impraticvel como prottipo.Comparao das temperaturas do condensador e do evaporador8.6 Analisando Sistemas de Refrigerao por Compresso de VaporSistemas de refrigerao por compresso de vapor so os sistemas de refrigerao mais comuns um uso atualmente.8.6.1 Avaliando o Trabalho e as Transferncia de Calor PrincipaisO sistema de compresso a vapor ilustrado na figura abaixo so mostrado o trabalho e as transferncias de calor principais.A medida que o refrigerante escoa atravs do evaporador, a transferncia de calor do espao refrigerado resulta na vaporizao do refrigerante para um volume de controle que engloba o lado do refrigerante no evaporador, os balanos das taxas de massa e de energia reduzem-se taxa de transferncia de calor por unidade de massa de refrigerantes.

Componentes de um sistema de refrigerao por compresso a vapor

8.6.2 Desempenho de Sistemas de Compresso de VaporSe as irreversibilidade no evaporador e no condensador forem ignoradas, no h queda de presso por atrito e o resfriamento escoa com pressao constante atraves dos dois trocadores de calor. Se a compressao ocorrer sem irreversibilidade e a transferencia de calor perdida para a vizinhana tambem for ignorada o processo de compresso de vapor identificada.Processo 1-2s: Compresso isentropica do referigerante do estado 1 at a presso do condensador no estado 2sProcesso 2s-3: Tranferencia de calor do refrigerante a medida que ele escoa com presso constante atravez do condensador.Processo 3-4: Processo de estrangulamento do estado 3 ate o de uma mistura bifasica liquido-vapor em 4.Processo 4-1: Transferencia de calor para o refrigerante medida que ele escoa com uma presso constante atravez do evaporador parcompleta o ciclo. 8.7 Sistema de Bomba de calor por Compresso de VaporO Metodo de analise de bombas de calor por compresso de vapor o mesmo dos ciclos refrigerao anteriores . Tambm se aplica a discusso sobre desvio de sistema reais em relao as condies ideais tanto as bombas de calor por compresso vapor quanto aos ciclos de refrigerao por compressor de vapor.

8.8 Fluidos de Trabalho para Sistemas de Potncia e RefrigeraoA agua utilizada como fluido de trabalho na grande maioria dos sistemas de potncia a vapor por se abundante, ter baixo custo, no ser toxica, ser quimicamente estvel e ser relativamente no corrosiva.