Ciclos Termodinâmicos: Uma Abordagem Completa para Engenharia, Slides de Termodinâmica

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Tema 04 – Ciclos Termodinâmicos Bloco 1 Maikon Bressani Termodinâmica WBA 0517 _v (^1) _ 0

Ciclos Termodinâmicos

Ciclos Termodinâmicos Ciclos de Potência Ciclos de Refrigeração Segundo a fase do fluido de trabalho Ciclos a gás Ciclos a vapor

Ciclos de potência a vapor

• Utilizados para converter calor em trabalho.
• Fazem uso de fluidos capazes de mudar de fase (líquido-vapor) nas faixas de temperatura requeridas. Ex.: água.
• Ciclo de Carnot: não é um modelo adequado para os ciclos de potência a vapor reais, pois ele não pode ser aproximado na prática.

Ciclos de potência a vapor

• Ciclo de Rankine: ciclo termodinâmico que mais representa o processo de geração de energia a partir do vapor d´agua.

Ciclo de Rankine ideal

o Estabelece um limite superior para o desempenho de um ciclo de Rankine real.

Ciclo de Rankine ideal

1 - 2: Compressão isentrópica na bomba; 2 - 3: Adição de calor à pressão constante na caldeira; 3 - 4: Expansão isentrópica na turbina; 4 - 1: Rejeição de calor à pressão constante no condensador. Fonte: Çengel (2007,p.447).

Ciclo de Rankine

• Para uma mesma potencia líquida, o ciclo com super-aquecedor irá requerer uma vazão mássica menor do fluido de trabalho.

Ciclo de Rankine

Rendimento do ciclo de Rankine tende a aumentar com:

• Aumento da temperatura média do vapor;
• Diminuição da temperatura, na qual o calor é rejeitado;
• Aumento da pressão na caldeira;
• Redução da pressão no condensador.

Ciclo de Rankine real

• Subresfriamento do líquido de trabalho na entrada da caldeira;
• Processo de expansão na turbina;
• Processo de compressão na bomba.

Reaquecimento

• Modificação no ciclo básico de Rankine que visa reduzir a umidade na saída da turbina.
• Vapor se expande parcialmente num primeiro estágio da turbina, é reaquecido, expandindo-se novamente em um segundo estágio até a pressão do condensador.
• Aumenta o título da mistura na saída na turbina.

Cogeração

• Geração conjunta de energia elétrica (ou mecânica) e de calor.
• Permitem um melhor aproveitamento da disponibilidade energética da fonte primária.
• Muito utilizado na indústria papeleira, por apresentar uma grande necessidade de ambas formas de energia.
• Utiliza o vapor extraído da turbina para algum processo indústria que o requeira.

Ciclos de potência a gás

• Utilizados para combustíveis gasosos como o gás natural.
• Expansão direta dos gases de combustão em uma turbina ou em um conjunto cilindro-êmbolo.
• Exemplo de ciclos motores a gás: § Ciclo Brayton; § Ciclo Otto; § Ciclo Diesel.

Turbinas a gás

• Plantas de potência a gás são em geral mais leves e compactas que as plantas a vapor.
• Utilizadas em grande escala em veículos de transporte.

Ciclo Brayton

• Ciclo de ar frio.
• Aplicações: § Modelos de turbojatos; § Geração de potência elétrica: o uso de turbinas a gás é muito eficiente; § Engenharia naval (grandes embarcações).