Trabalho sobre Ciclo de Rankine

Processo de bombeamento adiabático reversível , na bomba. Transferência de calor a pressão constante, na caldeira. Expansão adiabática reversível, na turbina (ou em outra máquina motora tal com a máquina a vapor). Transferência de calor a pressão constante, no condensador 2. O rendimento térmico é definido pela relação: 3. CICLO RANKINE REGENERATIVO 8. CONCLUSÃO 9. REFERÊNVICIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. INTRODUÇÃO O Ciclo Rankine é um ciclo termodinâmico, onde sua eficiência máxima é obtida através da eficiência de um Ciclo de Carnot, tem como objetivo demonstrar os diferentes tipos de Ciclo Rankine existentes, pois cada ciclo tem a sua finalidade e importância na termodinâmica. O CICLO RANKINE O Ciclo Rankine é um ciclo termodinâminco. O ciclo de rankine, como já foi exposto, também pode apresentar superaquecimento de vapor, como o ciclo 1-2-3’4’-1.

Se as variações de energia cinética e potencial forem desprezadas, as transferências de calor e o trabalho líquido podem ser representadas pelas diversas áreas do diagrama T-s. O calor transferido ao fluido de trabalho é representado pela área a-2-2’-3-3b-a e o calor transferido do fluido de trabalho pela área a-1-4-b-a. Utilizando a primeira lei da termodinâmica, podemos concluir que a área que representa o trabalho é igual a diferença entre essas duas áreas, isto é, a área 1-2-2’-3-4-1. O rendimento térmico é definido pela relação: térmico= wlíq = área 1-2-2’-3-4-1 qh área a-2-2’-3-b-a Na análise do ciclo de Rankine é útil considerar que o rendimento depende da temperatura média na qual o calor é fornecido e da temperatura média na qual o calor é rejeitado.

O estado 1’ é uma mistura de líquido e vapor e é muito difícil constituir uma bomba que opere convenientemente sendo alimentada como uma mistura de líquido e vapor (1’) e que fornece líquido saturado na seção de descarga (2’). É muito mais fácil condensar completamente o vapor e trabalhar somente com o líquido na bomba (o ciclo de Rankine é baseado neste fato). A segunda razão envolve o superaquecimento do vapor. No ciclo de Rankine o vapor é super aquecido a pressão constante, processo 3-3’. No ciclo de Carnot toda transferência de calor ocorre a temperatura constante e portanto o vapor é super aquecido no processo 3-3’’. A pressão na caldeira é de 2Mpa. O vapor deixa a caldeira como vapor saturado. Na resolução dos problemas sobre os ciclo de Rankine, indicaremos o wb o trabalho na bomba por kilo grama de fluido que escoa no equipamento é pôr Ql o calor rejeitado pelo fluido de trabalho por quilo de fluido que escoa no equipamento.

Na solução desse problema consideramos, sucessivamente, uma superfície de controle que envolve a bomba, caldeira, turbina e condensador. Em cada caso, o modelo termodinâmico adotado é aqueles associados as tabelas do vapor dado e consideramos que o processo ocorre em redime permanente (com variações de energia cinética e potenciais desprezíveis). Assim, S3=S4= 6,3409=0,6493+ X4 7,5009 → X4= 0,7588 h4= 191,8 + 0,7588(2392,8)=2007,5 wt= 2799,5-2007,5=792,0 kJ/kg Volume de controle: considerado. Estado de entrada: Estado 4, conhecido(acima). Estado de saída: Estado 1, conhecido. Análise: Primeira lei: ׀ql׀= h4-h1 Solução: ׀ql׀= h4-h1 = 2007,5-191,8=1815,7 kj/kg Podemos agora calcular o rendimento térmico. térmico= wlíq = qh- ׀ql׀ = wt- ׀wb׀ = 792,0 – 2,0 = 30,3% qh qh qh 2605,7 podemos também escrever uma expressão para o rendimento térmico em função das propriedades noz vários pontos do ciclo.

Note, entretanto, que a redução da pressão de saída provoca uma redução no título do fluido que deixa a turbina. Isto é um fator significativo, pois ocorrerá um a diminuição na eficiência da turbina e a erosão das palhetas da turbina tornar-se-á um problema muito sério quando a umidade do fluido, nos estágios de baixa pressão da turbina, excede cerca de 10 por cento. Em seguida, consideremos o efeito do superaquecimento do vapor na caldeira (fig. É evidente que o trabalho aumenta o correspondente a área 3-3’-4’-4-3 e o calor transferido na caldeira aumenta o correspondente a área 3-3’-b’-b-3. Como a relação entre estas duas áreas é maior do que a relação entre o trabalho líquido e o calor fornecido no restante do ciclo, é evidente que, para as pressões dadas, o superaquecimento do vapor aumenta o rendimento do ciclo de Rankine.

O título do vapor que deixa o turbina aumenta pelo superaquecimento do vapor e diminui pelo abaixamento da pressão e pelo aumento da pressão no fornecimento de calor. Figura 4. Efeito da pressão na caldeira sobre o rendimento da ciclo da Rankine 4. Exemplo 2: Num ciclo de Rankine, o vapor d’água deixa a caldeira e entre a turbina a 4MPa e 400C, a pressão no condensador é de 10Kpa. Determinar o rendimento do ciclo. Estado de saída: Estado 3 determinado (dado). Análise: Primeira lei: qH=h3-h2 Solução: qH=h3-h2=3213,6-195,8=3017,8 kJ/Kg térmico= wlíq = 1065,5= 35,5% qH 3017,8 O trabalho líquido pode também ser determinado calculando-se o calor rejeitado no condensador, ql,e observando que, pela primeira lei da termodinâmica, o trabalho líquido no ciclo é igual a transferência líquida de calor no ciclo.

Considerando uma superfície de controle envolvendo o condensador, temos Portanto, ׀ql׀= h4-h1 = 2144,1-191,8 = 1952,3 KJ/Kg Wlíq= qH- ׀ql׀= 3017,8 –1952,3 = 1065,5 kJ/Kg 5. Ciclo Rankine real (não-ideal) Num ciclo Rankine real, a compressão pela bomba e a expansão na turbina não são isoentrópicos. Em outras palavras, estes processos não são reversíveis, e a entropia aumenta durante os processos (indicados na figura como ΔS). Fundamentos da Termodinâmica Clássica. Tradução: Engº Euryaçe de Jesus Zerbini; Engº Ricardo Santilli Ekman Simões. São Paulo: ed. Edgard Blücher Ltda, 1995. – 251p.