Engenharia

Ciclos de Potência a vapor Ciclo Rankine

3
BOILER

wout

TURBINE

qin
4

2

CONDENSER

win

1
PUMP

qout

Ciclo de Carnot
T

TH < TC
2

1

TH

3

TL

Compressor e turbina trabalham na região bifásica!

4

s

Ciclo de Carnot

O ciclo de Carnot não é um modelo adequado para os ciclos de potência a vapor reais, pois ele não pode ser aproximado na prática

Ciclo Rankine
◗

◗

Modelo ideal de ciclo para ciclos de potência a vapor reais. Ele é composto de 4 processos internamente reversíveis:

1-2 compressão adiabática reversível
(isentrópica) na bomba
◗ 2-3 aquecimento a pressão constante na caldeira.
◗ 3-4 expansão adiabática reversível (isentrópica) na turbina
◗ 4-1 rejeição de calor a pressão constante no condensador Componentes básicos
3
BOILER

wout

TURBINE

qin
4

2

CONDENSER

win

1
PUMP

qout

Componentes básicos do ciclo
Rankine
◗

A primeira lei em R.P. é aplicada aos 4 principais dispositivos do ciclo:

• Bomba (1 a 2)
• Caldeira [trocador de calor] (2 a 3)
• Turbina (3 a 4)
• Condensador [trocador de calor] (4 a
1)

Considerações da análise
◗

Hipóteses freqüentes
•
•
•
•

R. P. em todos os componentes
Energia potencial desprezível
Em geral, energia cinética desprezível
Perdas de pressão na caldeira e no condensador desprezíveis • Bombas e turbinas são considerados isentrópicas

Bomba
˙
˙
Qpump W Pump= m [ h2 h 1∆ KE∆ PE ]
˙
Com as hipóteses citadas:

wpump =h1 h2 = ν  P 1 P2 
OBS: Esta expressão fornece um valor negativo para wp. Em ciclos, é prática comum expressar todos os trabalhos e calores em módulo, e então adicioná-los ou subtraí-los dependendo de seu sentido.

Caldeira
˙
˙
Q boiler W boiler= m [ h 3 h 2 ∆ KE ∆ PE ]
˙
Com as hipóteses citadas:

˙
Q boiler m ˙

=q boiler =h 3

h2

Turbina
˙
˙
Q turbine W turbine = m [ h 4 h 3 ∆ KE∆ PE ]
˙

Com as hipóteses citadas:

˙
W