Ciclo de Rankine

(Reaquecimento)

Elevação do rendimento:

•Aumento do consumo de calor da caldeira

• Redução da perda de calor do ciclo docondensador

Fatores que influem no ciclo de Rankine:

• Elevação da temperatura (Ponto 1) mantendo-se a pressão constante;

• Elevação do patamar que representa a vaporização da água;

O reaquecimento é uma modificação adicional normalmente empregada em instalações de potência a vapor. Com esse processo, uma instalação de potência pode tirar vantagem do aumento da eficiência que resulta em pressões maiores na caldeira e além de impedir a condensação do vapor no interior das turbinas durante sua expansão e, dessa forma, evitar título baixo de vapor na exaustão da turbina.

Reaquecimento

O ciclo Rankine com reaquecimento opera utilizando duas turbinas em série. A 1ª turbina recebe o vapor da caldeira à alta pressão, liberando-o de tal maneira a evitar sua condensação.

Reaquecimento

O vapor proveniente da 1ª turbina é reaquecido, utilizando o calor da própria caldeira, e é utilizado para acionar uma 2ª turbina de baixa pressão

Reaquecimento

Reaquecimento à Pressão constante

Reaquecimento à Pressão constante

Ao calcular a eficiência térmica de um ciclo com reaquecimento é necessário considerar o trabalho efetuado pelos 2 estágios da turbina, bem como o acréscimo total de calor que ocorre nos processos de vaporização/superaquecimento e de reaquecimento

Reaquecimento

Vapor é o fluido de trabalho de um ciclo de Rankine ideal com reaquecimento. Vapor entra na turbina de 1º estágio a 8Mpa e 480 oC e se expande até 0,7Mpa. Em seguida é reaquecido até 440 oC antes de entrar na turbina de 2º estágio quando se expande até 0,008Mpa. Considerando que a potência líquida do ciclo é 100MPa,

Exemplo 1

determine: (a) eficiência térmica, (b) fluxo de massa, (c) quantidade de calor que precisa ser dissipada pelo condensador

Resolução:

A partir da Tabela extraímos os dados necessáriosPonto 1h1= 3348.4 kJ/kgs1=6.6586 kJ/kg K

Ponto 2p2 =0.7 MPa e s2=s1. A próxima etapa é calcular o título no ponto 2

Agora pode ser calculada a entalpia no ponto 2

Ponto 3P3=0,7 Mpa,T3=440C. Na tabela, h3=3353,3 kJ/kg e s3=7,7571 kJ/kg K

Ponto 4P4=0,008 MPa e s4=s3 para a expansão isentrópicana 2a turbine. Com os dados da TabelaTermodinâmica, temos:

Trabalho do ciclo:

Cálculo dos trabalhos:

Turbina 1:

Turbina 2:

Bomba:

Cálculo do calor de entrada:

(a) Cálculo da eficiência térmica

(b) Cálculo do fluxo de massa

(c) Cálculo da quantidade de calor que precisa ser dissipada pelo condensador

Vapor de água é o fluido de trabalho de um ciclo de Rankine com superaquecimento e reaquecimento. O vapor de água entra na turbina de 1º estágio a 8MPa e 480°C e se expande até 0,7MPa.

Exemplo 2

Ele é então superaquecido até 440°C antes de entrar na turbina de 2º estágio, onde se expande até a pressão no condensador de 0,008MPa. A potência líquida de saída é 100MW.

Se os estágios da turbina e da bomba são isentrópicos determine:

a) Eficiência térmica

b) Vazão mássica de vapor de água, em Kg/h

c) Taxa de TC do vapor de água do condensador a medida que ele escoa através do condensador, em MW. Discuta os efeitos do reaquecimento sobre o ciclo de potência a vapor

d) Se cada um dos estágios da turbina tem eficiência isentrópica de 85%, determine a efici6encia térmica

e) Represente graficamente a eficiência térmica em função da eficiência do estágio na turbina variando de 85% a 100%.

(a) Os seguintes valores de entalpia específica são extraídos h1=3348,4 kJ/Kg, h2s=2741,8 kJ/Kg, h3=3353,3 kJ/Kg, h4=2428,5 kJ/Kg, h5=173,88 kJ/Kg, h6=181,94 kJ/Kg

A entalpia específica na saída da turbina de 2º estágio h4pode ser determinada de forma similar:

�� �

���

��

���

���

�� ��

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�� � � �� � ���

�� � 3348,4 0,85�3348,4 2741,8�→ h2=2832,8kJ/Kg

A entalpia específica na saída da turbina de 2º estágio h4pode ser determinada de forma similar:

�� � �� �� �� ���

�� � 3353,3 0,85�3353,3 2428,5 → h4=2567,2kJ/Kg

A eficiência térmica real será então:

� �� �� � �� �� �� ��

� �� � �� ��

� �3348,4 2832,8 � 3353,3 2567,2 181,94 173,88

3348,4 181,9 � 3353,3 2832,8

� � 0,351ou35,1%

Devido às irreversibilidades presentes nos estágios da turbina, o trabalho

líquido por unidade de massa desenvolvida é ligeiramente menor que o do

item (a). A eficiência térmica é também consideravelmente menor

A eficiência térmica real será então:

� �� �� � �� �� �� ��

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� �3348,4 2832,8 � 3353,3 2567,2 181,94 173,88

3348,4 181,9 � 3353,3 2832,8

� � 0,351ou35,1%

Devido às irreversibilidades presentes nos estágios da turbina, o trabalho

líquido por unidade de massa desenvolvida é ligeiramente menor que o do

item (a). A eficiência térmica é também consideravelmente menor