CICLO RANKINE

Iades Armando BrückmannMáquinas TérmicasTurma: 8D

- Ciclo de potência a vapor;

- O fluido de trabalho (água) é alterna entre os estados líquido e vapor;

- Utilizado em usinas de geração de energia elétrica de carvão, nuclear e de gás natural;

CARACTERÍSTICAS

RANKINE E NÃO CARNOT?

- Requer bombeamento de vapor mais líquido limitando a temperatura de trabalho;

- Turbina operando com vapor úmido e com título baixo;

- Dificuldade de controlar a compressão isentrópica para uma mistura líquido vapor.;

PLANTA GERADORASIMPLES DE CICLO RANKINE

DIAGRAMA T-s

1-2 compressão isentrópica na bomba;

2-3 aquecimento a pressão constante na caldeira;

3-4 expansão isentrópica na turbina;

4-1 rejeição de calor a pressão constante nocondensador

ANÁLISE ENERGÉTICA

BOMBA: wpump=h1 - h2 = ν (P1 - P2 )

CALDEIRA: qboiler= h3 - h2

TURBINA: w turb= h3 - h4

CONDENSADOR: qcond= h1 - h4

EFICIÊNCIA:

DIFERENÇAS ENTRE O CICLO TEÓRICO E REAL

- O atrito do fluído: diminuição da pressão;

- Perda de calor do vapor;

- Irreversibilidades da bomba e turbina;

- Líquido sub-resfriado no condensador;

- Perda por atrito em partes móveis;

- Vazamento de vapor e entrada de ar;

- Consumo em equipamentos auxiliares;

FORMAS DE AUMENTAR A EFICIÊNCIA DO CICLO

DIMINUIÇÃO DA PRESSÃO DE EXAUSTÃO DA TURBINA:

• Diminui a pressão de condensação;

• Aumenta a saída de trabalho;

• Aumenta a injeção de calor;

• Diminui o título na saída da turbina.

SUPERAQUECIMENTO DO VAPOR:

• Aumento da injeção de calor;

• Aumento da saída de trabalho;

• Aumento do título na saída da turbina;

• Diminui a umidade do vapor;

• Pode ocasionar danos no equipamento

AUMENTO DE PRESSÃO NA CALDEIRA:

• Aumento da temperatura de ebulição;

• Maior eficiência;

• Aumento da umidade no vapor;

• Em 1922 pressões da ordem de 2,7 MPa;

• Atualmente 30 MPa.

REAQUECIMENTO DE UM CICLO RANKINE IDEAL

• Diminuir a umidade do vapor;

• Expandir o vapor na turbina em dois estágios e reaquecendo o vapor entre os estágios;

• Um reaquecimento aumenta o rendimento de 4% a 5%;

• Máximo de dois estágios com caldeira de alta pressão;

• Maior resistência dos materiais, eliminaria o reaquecimento.

CICLO RANKINE REGENERATIVO

• Aumenta a temperatura da água de alimentação;

• Retira-se o vapor em vários pontos da turbina;

• Regenerador ou Aquecedor de Água de Alimentação

• Melhora a eficiência do ciclo;

• Ajuda a evitar corrosão na caldeira.

AQUECEDOR DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO ABERTO

AQUECEDOR DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO FECHADO

• Reduz o consumo de combustível;

• Usinas utilizam em média 8 aquecedores;

• Utilizam combinação de abertos e fechados

• Cada aquecedor aberto precisa de uma bomba;

• aquecedores fechados são mais complexos, caros e menos eficientes.

COGERAÇÃO

• Produção de mais de uma forma útil de energia (por ex. calor e energia elétrica) a partir da mesma fonte de energia.

• Exemplo: usinas que produzem potência elétrica ao mesmo tempo que fornecem calor a certos processos industriais.

CICLO COMBINADO

• Utiliza turbinas de ciclo a gás e vapor;

• Os gases de exaustão do gás aquecem o vapor;

• Aumenta consideravelmente o rendimento 50% a 60%;

• Normalmente são utilizadas mais turbinas a gás do que de vapor;