Apresentao do PowerPoint

Alunos: Liliane Gonalves Izabela Vaz Marcos Bruno JosuSistemas Trmicos : Ciclo Rankine

Condensador

Sistemas Trmicos2SumrioIntroduo-------------------------------------------------------------------------------32- Ciclo Rankine------------------------------------------------------------------------4 2.1 Processos-------------------------------------------------------------------------5 2.2 - Componentes Bsicos---------------------------------------------------------7 2.3 - Condensador--------------------------------------------------------------------83- Tipos de condensadores------------------------------------------------------------124- Parmetros Operacionais----------------------------------------------------------145- Meio Ambiente ----------------------------------------------------------------------166- Estudo de Caso: Usina Termeltrica de Santa Cruz--------------------------187- Concluso-----------------------------------------------------------------------------258- Bibliografia --------------------------------------------------------------------------26

1- IntroduoO presente trabalho visa explicitar o condensador como um dos componentes do ciclo Rankine de gerao por vapor. De forma, a explicitar como este influi na eficincia do sistema, suas especificidades, o princpio de troca de calor, parmetros de operao e exemplificar como este pode ser usado em plantas reais da indstria.Segundo (Garrido, 2014), um condensador um permutador de calor, em que se pretende que o fluido que passa por ele muda de fase lquida para a fase gasosa por permuta de calor (transferncia de calor para o exterior, para ser perdido, sem qualquer possibilidade de utilizao) com outra forma. Logo, o efeito do condensador no ciclo de gerao por vapor , portanto, causar a mudana de estado termodinmico na sada da turbina a vapor para obter a eficincia mxima, e tambm obter o condensado sob a forma de fluxo de gua pura de volta para a gerao de vapor.

Sistemas Trmicos32- Ciclo Rankine O ciclo Rankine o ciclo termodinmico que converte calor em trabalho atravs de um sistema de turbina a vapor. Este ciclo responsvel por 90% da energia gerada no mundo. (Hiser, 2000).

O calor convertido em trabalho de forma que o vapor suprido via externa em um circuito fechado onde usualmente tem-se a gua como fluido de trabalho, mudando de fase de acordo com a etapa conseguinte do ciclo. (Santos, 2014)

Sistemas Trmicos42- Ciclo Rankine - Processos2.1 Processos

O Ciclo Rankine composto por 4 processos internamente reversveis :

1-2 - compresso adiabtica reversvel(isentrpica) na bomba;

2-3 - aquecimento a presso constante na caldeira;

3-4 - expanso adiabtica reversvel (isentrpica)na turbina;

4-1 - Rejeio de calor a presso constante noCondensador;

Conforme a figura a seguir:

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Figura 1 - Diagrama TxS do Ciclo Rankine Padro. (Shapiro, 2013)Sistemas Trmicos62- Ciclo Rankine

2.2 Componentes Bsicos

Figura 2 Componentes bsicos : Ciclo Rankine* Bomba (1 a 2)* Caldeira [trocador de calor] (2 a 3)* Turbina (3 a 4)* Condensador [trocador de calor] (4 a 1 )Sistemas Trmicos72- Ciclo Rankine

2.3 - Condensador O condensador modelado pela hiptese da transferncia de calor ser expressa por:Dois volumes de controle,

Sendo um no lado do condensado (fluido de trabalho)

O outro no lado do refrigerante (gua de resfriamento).

Sistemas Trmicos8O condensador responsvel por resfriar o vapor at liquido saturado, onde este retorna ao ciclo.

O tratamento matemtico do ciclo tecnicamente simples

As perdas so desprezadas e a entropia constante.

O balano de energia para o condensador fornece a Equao 1 abaixo, onde quantifica as entalpias especificas e o fluxo mssico para avaliar o calor trocado, visto que a entalpia quantifica a mxima energia de um sistema termodinmico.

Equao 1 - Balano de Energia no Condensador

Sistemas Trmicos9A eficincia do ciclo est ligada a razo da quantidade de trabalho til, trabalho gerado na turbina menos o trabalho de bombeamento, e o calor fornecido pela caldeira.( Equao 2).

Equao 2 - Balano de energia na Bomba

O trabalho da bomba quantificado usando a entalpia de sada do condensador, h4, e a eficincia depende do trabalho da bomba, Equao 3.

Equao 3 - Eficincia Isentrpica

Sistemas Trmicos10

Onde:

- Taxa de entrada de calor (energia por unidade de tempo);

Fluxo mssico(massa por unidade de tempo);

Trabalhomecnico usado pelo ou proveniente do sistema (energia por unidade de tempo);

Eficincia termodinmica do processo (adimensional);

Estes so os valores deentalpiaespecfica especificados no diagrama T-sSistemas Trmicos113- Tipos de condensadoresCondensadores de Superfcie So os mais usados na indstria, conhecidos como casco e tubo, pois so compostos de um feixe de vrios tubos onde envoltos por um fluido refrigerante, devida a presena de vrios tubos, a rea de troca de calor multiplicada, potencializando o efeito. (Kays & Crawford, 1987)

O sentido do fluxo do refrigerante tambm influencia, podendo ser no mesmo sentido do fluxo ou contra a corrente. (Kays & Crawford, 1987)

Condensadores Baromtricos Condensadores que operam em vcuo, ou seja, o fluido de arrefecimento bombeado em um sistema pressurizado

Possui a capacidade de melhorar o controle do processo e a troca de calor.

Sistemas Trmicos12Condensadores Evaporativos Nos condensadores evaporativos, o vapor a ser condensado enviado para dentro dos tubos de um feixe tubular de um trocador de calor.

Por fora dos tubos providenciada uma chuva de gua de resfriamento na temperatura ambiente, gua esta que fica em um circuito fechado, o qual deve receber gua de reposio de forma constante (geralmente o prprio condensado proveniente do vapor que entra no equipamento ou lquido de selagem da bomba de vcuo).

O calor de condensao transferido para esta chuva removido atravs da evaporao de gua correspondente para uma corrente de ar proporcionado por um ventilador.

Sistemas Trmicos1313Sistemas Trmicos4- Parmetros Operacionais

O principal parmetro de controle a presso;

O objetivo saturar o vapor vindo da sada da turbina, se a presso de operao for alta demais, a temperatura de condensao ser maior, logo, a toca de calor no acontecer de forma eficiente;

Se a presso alta demais a temperatura de saturao aumenta e o trabalho til(gerado pela bomba) diminui, como j foi mostrado no esquema do ciclo anteriormente;

Em fins prticos esse controle de presso instrumental, porm fundamental que a perfeita vedao e a desacelerao de gua sejam controladas, afim de que o volume de ar do vapor a ser retirado do condensador esteja dentro da capacidade de extrao do sistema, para que no haja o efeito de perda de eficincia supracitado.

Sistemas Trmicos144- Parmetros OperacionaisA qualidade da gua usada no sistema bastante importante, como esta passa por tubos, as impurezas como algas e pequenos slidos podem obstruir a passagem.

Esse efeito conhecido como incrustao, e inutiliza aquela seo do tubo, diminuindo o nmero de tubos usados e a rea de troca de calor. Esse efeito mostrada na figura seguir:

Figura 3 Efeito de IncrustaoSistemas Trmicos1515Sistemas TrmicosSistemas Trmicos16

5- Meio AmbienteSistemas Trmicos175- Meio AmbienteA energia um insumo fundamental para garantir o desenvolvimento econmico e social de um pas.

A racionalizao do seu uso apresenta-se como alternativa de baixo custo e de curto prazo de implantao.

Uma pas que deseja alcanar uma estrutura de custos racionalizada e queira torna-se mais sustentavel no pode admitir o desperdcio ou usar a energia de forma ineficiente e irresponsvel

necessrio,pois, um esforo de toda a sociedade visando obter, como resultado, menor consumo de energia, eliminando desperdcios e assegurando a reduo dos custos.Sistemas Trmicos186 - Estudo de Caso: Usina Termeltrica de Santa Cruz

A Usina de Santa Cruz tem capacidade instalada de 932 MW, distribudos por quatro unidades geradoras a vapor e duas unidades geradoras a gs.

Em 2003, inicia-se a modernizao e ampliao da capacidade geradora da Usina, aps sua incluso no programa prioritrio de termeletricidade (PPT) do Governo Federal.

Assim, foram instaladas duas turbinas a gs, projetadas para queimar gs natural como combustvel principal. Estas unidades geradoras entraram em operao comercial em dezembro de 2004 e abril de 2010, disponibilizando ao sistema eltrico mais 332 MW.

Este empreendimento tambm prev o emprego do ciclo combinado, onde um gerador de vapor ser capaz de recuperar o calor dos gases da exausto das turbinas a gs, com isto elevando substancialmente a eficincia trmica e melhorando as condies ambientais da regio. (Furnas, 2014).

Sistemas Trmicos19O condensador tem a funo de converter o vapor expandido na turbina em lquido para que possa ser novamente comprimido.

Nessa planta usado o condensador juntamente com a torre de resfriamento, o que na prtica a tcnica mais difundida em sistemas de condensao em grande escala. A gua condensada reutilizada em cerca de 90% do total, pois existem as perdas por evaporao. (Kalatalo, 2004).

Na primeira fase de implantao da usina, foi usado um condensador semelhante ao mostrado abaixo, na Figura 3, cuja as especificaes so:

Fabricante: Westinghouse Electric Corporation (EUA) Superfcie: 62500 sq.ft. Tipo: Condensador de Superfcie passe. Tubos: cobre - nquel 70-30 e lato de alumnio

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Figura 3 - Esquema de Condensador de Tubos. (Furnas, 2014)

Sistemas Trmicos21J na segunda fase, devida a ampliao da capacidade de trabalho da usina, foi necessria a troa do condensador para outro com maior capacidade de arrefecimento de vapor. Optou-se usar esse segundo modelo, da Figura 4, cujas especificaes so:

Fabricante: Foster Wheeler CorporationSuperfcie: 110.000 sq.ft.Tipo: Condensador de Superfcie - passeTubos: cobre - nquel 70-30 e lato de alumnio

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Figura 4 - Modelo de Condensador Foster Wheeler. (Furnas, 2014)

Sistemas Trmicos23No foi achada as especificaes das torres de resfriamento usadas para estes condensadores, mas o esquema genrico de uso apresentado na figura 5.

Figura 5 - Esquema de Torre de Resfriamento. (Intercambiadores, 2008)

Sistemas Trmicos24A torre de resfriamento a responsvel direta por mantar a temperatura da gua de condensao, ou seja, a gua que ir circular no condensador e trocar calor com o vapor.

O ponto importante na escolha da torre a capacidade de resfriamento a diferena de temperatura de sada da torre e o bulbo mido do local de funcionamento. Como o condensador trabalha em escala logartmica, redues de 1 ou 1,5 graus podem ter um impacto de 17% a menos na eficincia de condensao, logo, menor capacidade de gerao de energia.

Sistemas Trmicos257-Concluso

Este trabalho apresentou caractersticas gerais dos condensadores. O que observasse que o correto dimensionamento, manuteno e utilizao deste influi diretamente na eficincia do ciclo. A abordagem empregada aqui foi generalista, porm observa-se o ciclo real, onde as perdas so consideradas, qualquer fator que acarrete menos perdas um ponto de importncia, e um condensador o responsvel direto pelo desempenho do sistema, logo, importante conhecer suas caractersticas e pontos de controle para uma utilizao segura e potencializada.

Sistemas Trmicos268- BibliografiaBibliografia1- Garrido, S. G. (15 de 10 de 2014). cicloaguavapor.com. Fonte: Ciclo 2- Agua Vapor: http://www.cicloaguavapor.com/index.php/condensador3- Hiser, W. H. (2000). Energy resources: occurrence, production, conversion, use. Birkhuser.4- Intercambiadores, G. d. (2008). Condensadores: Como Manter a Perfomace. GEA na Usina.5- Kalatalo, D. N. (29 de Junho de 2004). Analise Exergica de Ciclos Combinados. Brasilia, Distrito Federal, Brasil.6- Kays, W. M., & Crawford, M. (1987). Convective Heat and Mass Transfer. McGranw Hill.7- Santos, E. C. (2014). Notas de Aula: Sistemas de Potncia .mShapiro, M. a. (2013). Fundamentals of Engineering Thermodynamics.