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Uma propriedade é uma característica macroscópica de um sistema (massa, volume, energia, pressão, temperatura...) para a qual um valor numérico pode ser atribuído em um dado tempo sem o conhecimento prévio do sistema. Calor e trabalho são formas de transferência de energia, sua adição (ou subtração) ao sistema altera o estado termodinâmico, alterando suas propriedades.
A energia interna de um gás ideal é igual à energia cinética média das moléculas. Para o mesmo número de moles, a energia interna depende apenas da temperatura.
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Uma usina a ciclo combinado usa turbinas a gás e a vapor associadas em uma única planta, ambas gerando energia elétrica a partir da queima do mesmo combustível. Para isto, o calor existente nos gases de exaustão das turbinas a gás é recuperado, produzindo o vapor necessário ao acionamento da turbina a vapor.
A eficiência térmica das CCPS (Combined cycle power stations) é melhor que as maiores e mais modernas usinas a carvão ou a óleo. As CCPS são capazes de atingir 56% de eficiência térmica. Mesmo usinas mais antigas ficam acima de 47%, valores que, com a tecnologia hoje disponível, não são encontrados em nenhuma outra térmica comercialmente em uso.
Diferentemente dos gases de exaustão de uma turbina a óleo ou de um motor diesel, os gases provenientes de uma turbina a gás ainda contém oxigênio, o que permite a queima suplementar de combustível, se for desejado vapor a temperaturas mais elevadas ou em maior quantidade. Nas instalações comerciais, entretanto, este esquema é pouco usado, pois a eficiência térmica global é menor.
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a geração a ciclo aberto atua principalmente no
pico de carga, quando o preço da energia é
elevado. Já o ciclo combinado atua na base e na
região intermediária de carga.
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Uma usina a ciclo combinado usa turbinas a gás e a vapor associadas em uma única planta, ambas gerando energia elétrica a partir da queima do mesmo combustível. Para isto, o calor existente nos gases de exaustão das turbinas a gás é recuperado, produzindo o vapor necessário ao acionamento da turbina a vapor.
A eficiência térmica das CCPS (Combined cycle power stations) é melhor que as maiores e mais modernas usinas a carvão ou a óleo. As CCPS são capazes de atingir 56% de eficiência térmica. Mesmo usinas mais antigas ficam acima de 47%, valores que, com a tecnologia hoje disponível, não são encontrados em nenhuma outra térmica comercialmente em uso.
Diferentemente dos gases de exaustão de uma turbina a óleo ou de um motor diesel, os gases provenientes de uma turbina a gás ainda contém oxigênio, o que permite a queima suplementar de combustível, se for desejado vapor a temperaturas mais elevadas ou em maior quantidade. Nas instalações comerciais, entretanto, este esquema é pouco usado, pois a eficiência térmica global é menor.
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a geração a ciclo aberto atua principalmente no
pico de carga, quando o preço da energia é
elevado. Já o ciclo combinado atua na base e na
região intermediária de carga.
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Segundo Tolmasquim (2005), as centrais térmica em ciclo
simples apresentam uma série de vantagens como o baixo
custo de investimento, o prazo curto de entrega dos
equipamentos, o período curto de construção, a segurança
na operação e a flexibilidade operacional. Uma desvantagem
das termelétricas de ciclo aberto é a sua menor eficiência
em relação a outras tecnologias, como as de ciclo
combinado.
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Segundo Tolmasquim (2005), as centrais térmica em ciclo
simples apresentam uma série de vantagens como o baixo
custo de investimento, o prazo curto de entrega dos
equipamentos, o período curto de construção, a segurança
na operação e a flexibilidade operacional. Uma desvantagem
das termelétricas de ciclo aberto é a sua menor eficiência
em relação a outras tecnologias, como as de ciclo
combinado.
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As usinas termelétricas podem ser de ciclo simples e ciclo combinado.
As termelétricas de ciclo simples utilizam a energia térmica
proveniente de gases quentes ou a energia térmica do vapor d’água
para a produção de energia elétrica. Quando a energia térmica dos
gases de escape não é recuperada a planta é dita operar em ciclo
aberto.
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As usinas termelétricas podem ser de ciclo simples e ciclo combinado.
As termelétricas de ciclo simples utilizam a energia térmica
proveniente de gases quentes ou a energia térmica do vapor d’água
para a produção de energia elétrica. Quando a energia térmica dos
gases de escape não é recuperada a planta é dita operar em ciclo
aberto.
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O ciclo real de potência de vapor difere do Ciclo de Rankine ideal em virtude das irreversibilidades em vários
componentes. O atrito do fluido e a perda de calor para a vizinhança são duas fontes comuns de
irreversibilidades.
O atrito no fluido causa queda de pressão na caldeira, no condensador e nas tubulações entre os diversos
componentes. Como resultado, o vapor sai da caldeira a uma pressão um pouco mais baixa. Da mesma forma, a
pressão na entrada da turbina é mais baixa do que aquela da saída da caldeira, devido à queda de pressão na
tubulação de conexão. A queda de pressão no condensador geralmente é muito pequena. Para compensar
essas quedas de pressão, a água deve ser bombeada até uma pressão suficientemente mais alta do que aquela
que o ciclo ideal pede. Isso exige uma bomba maior e que consome mais trabalho. Outra fonte importante de
irreversibilidade é a perda de calor do vapor para a vizinhança à medida que o escoamento ocorre através dos
diversos componentes. Para manter o mesmo nível de potência líquida produzida, é preciso transferir mais calor
para o vapor da caldeira para compensar essas perdas indesejáveis de calor. Consequentemente, a eficiência
do ciclo cai
.
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O ciclo real de potência de vapor difere do Ciclo de Rankine ideal em virtude das irreversibilidades em vários
componentes. O atrito do fluido e a perda de calor para a vizinhança são duas fontes comuns de
irreversibilidades.
O atrito no fluido causa queda de pressão na caldeira, no condensador e nas tubulações entre os diversos
componentes. Como resultado, o vapor sai da caldeira a uma pressão um pouco mais baixa. Da mesma forma, a
pressão na entrada da turbina é mais baixa do que aquela da saída da caldeira, devido à queda de pressão na
tubulação de conexão. A queda de pressão no condensador geralmente é muito pequena. Para compensar
essas quedas de pressão, a água deve ser bombeada até uma pressão suficientemente mais alta do que aquela
que o ciclo ideal pede. Isso exige uma bomba maior e que consome mais trabalho. Outra fonte importante de
irreversibilidade é a perda de calor do vapor para a vizinhança à medida que o escoamento ocorre através dos
diversos componentes. Para manter o mesmo nível de potência líquida produzida, é preciso transferir mais calor
para o vapor da caldeira para compensar essas perdas indesejáveis de calor. Consequentemente, a eficiência
do ciclo cai
.
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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.
Qualquer variação que aumente a temperatura
média na qual o calor é fornecido, ou que
diminua a temperatura média na qual o calor é
rejeitado aumentará o rendimento do ciclo de
Rankine.
Basicamente, existem três possibilidades para
aumentar o rendimento do ciclo Rankine:
Redução da pressão na saída da turbina
;
Aumento da pressão na caldeira
;
Superaquecer o vapor
.
Estas três opções possuem limitações fundamentais.
Primeiramente, a redução da pressão do vapor na
saída da turbina provoca condensação do vapor. Esta
água condensada forma gotículas que destroem as
palhetas da turbina.
Por isso, o título do vapor na saída da turbina não deve
ser inferior a 0,85.
Por outro lado, o aumento da pressão na caldeira
também aumenta a temperatura e,
consequentemente, os esforços termo-mecânicos no
equipamento aumentam. Portanto, esta solução está
limitada à tecnologia dos materiais existentes.
Finalmente, existe a solução de superaquecer o vapor.
Mais uma vez, esta solução está limitada pela
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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.
Qualquer variação que aumente a temperatura
média na qual o calor é fornecido, ou que
diminua a temperatura média na qual o calor é
rejeitado aumentará o rendimento do ciclo de
Rankine.
Basicamente, existem três possibilidades para
aumentar o rendimento do ciclo Rankine:
Redução da pressão na saída da turbina
;
Aumento da pressão na caldeira
;
Superaquecer o vapor
.
Estas três opções possuem limitações fundamentais.
Primeiramente, a redução da pressão do vapor na
saída da turbina provoca condensação do vapor. Esta
água condensada forma gotículas que destroem as
palhetas da turbina.
Por isso, o título do vapor na saída da turbina não deve
ser inferior a 0,85.
Por outro lado, o aumento da pressão na caldeira
também aumenta a temperatura e,
consequentemente, os esforços termo-mecânicos no
equipamento aumentam. Portanto, esta solução está
limitada à tecnologia dos materiais existentes.
Finalmente, existe a solução de superaquecer o vapor.
Mais uma vez, esta solução está limitada pela
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Razão de trabalho reversa =
4 3 1 2
h
h
h
h
m
W
m
W
bwr
turbina bomba
3 2
2 3 2 2 2 3 2 32
h
h
m
Q
z
z
g
V
V
h
h
m
W
Q
vc vc
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Razão de trabalho reversa =
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turbina bomba
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A positive displacement pump causes a fluid to move by trapping a fixed amount of it and then forcing
(displacing) that trapped volume into the discharge pipe.
Positive displacement pumps, unlike centrifugal or
roto-dynamic pumps, will in theory produce the same flow at a
given speed (RPM) no matter what the discharge pressure
.
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A positive displacement pump causes a fluid to move by trapping a fixed amount of it and then forcing
(displacing) that trapped volume into the discharge pipe.
Positive displacement pumps, unlike centrifugal or
roto-dynamic pumps, will in theory produce the same flow at a
given speed (RPM) no matter what the discharge pressure
.
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V
ery
H
ard
P
roblem
are so easy as 1, 2, 3.
3 2 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 1
N
N
P
P
N
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H
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Rankine
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A temperatura da corrente fria em cada posição é menor que aquela da corrente quente. Se a área é aumentada dando mais chance de troca de calor a diferença de temperaturas vai diminuir em cada posição. No caso de uma área infinita (b) a diferença de temperatura tenderia a zero. Nesse caso a
temperatura da corrente fria que sai se aproxima da corrente quente que entra. Assim, a maior temperatura possível de ser atingida pela corrente fria seria a
temperatura do gás quente que entra.
A efetividade do regenerador é definida como a razão entre o aumento real de entalpia do ar que escoa pelo lado do compressor e o aumento máximo teórico de entalpia.
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A temperatura da corrente fria em cada posição é menor que aquela da corrente quente. Se a área é aumentada dando mais chance de troca de calor a diferença de temperaturas vai diminuir em cada posição. No caso de uma área infinita (b) a diferença de temperatura tenderia a zero. Nesse caso a
temperatura da corrente fria que sai se aproxima da corrente quente que entra. Assim, a maior temperatura possível de ser atingida pela corrente fria seria a
temperatura do gás quente que entra.
A efetividade do regenerador é definida como a razão entre o aumento real de entalpia do ar que escoa pelo lado do compressor e o aumento máximo teórico de entalpia.
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Curva característica da bomba, fornecida pelo
fabricante após testes em laboratório.
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Curva característica da bomba, fornecida pelo
fabricante após testes em laboratório.
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Uma das abordagens para diminuir os danos por cavitação é construir as bombas com características que dificultem a vaporização do líquido:
• Número suficientemente grande de pás; Nas bombas de múltiplos estágios:
• Pequeno valor para a altura de elevação de cada rotor.
A cavitação é evitada através do projeto adequado da linha de sucção minimizando o aparecimento de baixas pressões.
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Uma das abordagens para diminuir os danos por cavitação é construir as bombas com características que dificultem a vaporização do líquido:
• Número suficientemente grande de pás; Nas bombas de múltiplos estágios:
• Pequeno valor para a altura de elevação de cada rotor.
A cavitação é evitada através do projeto adequado da linha de sucção minimizando o aparecimento de baixas pressões.
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Modelo merchant: Em vez de
firmar contratos de longo prazo,
as usinas ficam à disposição
como uma espécie de free
lancer. Se alguém precisa de
energia, pode recorrer a elas,
mas será obrigado a pagar o
preço que o mercado livre
estiver praticando.
PCH DE ACUMULAÇÃO, COM REGULARIZAÇÃO
DIÁRIA DO RESERVATÓRIO
Esse tipo de PCH é empregado quando as vazões
de estiagem do rio são inferiores à necessária
para fornecer a potência para suprir a demanda
máxima do mercado consumidor e ocorrem com
risco superior ao adotado no projeto.
Nesse caso, o reservatório fornecerá o adicional
necessário de vazão regularizada.
A Resolução da ANEEL 394, de 04/12/98,
estabelece que os aproveitamentos com
características de PCH são aqueles que têm
potência entre 1 e 30 MW e área inundada
até 3,0 km
2, para a cheia centenária.
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Modelo merchant: Em vez de
firmar contratos de longo prazo,
as usinas ficam à disposição
como uma espécie de free
lancer. Se alguém precisa de
energia, pode recorrer a elas,
mas será obrigado a pagar o
preço que o mercado livre
estiver praticando.
PCH DE ACUMULAÇÃO, COM REGULARIZAÇÃO
DIÁRIA DO RESERVATÓRIO
Esse tipo de PCH é empregado quando as vazões
de estiagem do rio são inferiores à necessária
para fornecer a potência para suprir a demanda
máxima do mercado consumidor e ocorrem com
risco superior ao adotado no projeto.
Nesse caso, o reservatório fornecerá o adicional
necessário de vazão regularizada.
A Resolução da ANEEL 394, de 04/12/98,
estabelece que os aproveitamentos com
características de PCH são aqueles que têm
potência entre 1 e 30 MW e área inundada
até 3,0 km
2, para a cheia centenária.
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A ductilidade é a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura. Materiais que suportam pouca ou nenhuma deformação no processo de ensaio de tração são considerados materiais frágeis.
Ouro, cobre e alumínio são metais muito dúcteis. O oposto de dúctil é frágil, quando o material se rompe sem sofrer grande deformação.
Resiliência é a capacidade de um material absorver energia quando ele é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada.
Tenacidade corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura
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A ductilidade é a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura. Materiais que suportam pouca ou nenhuma deformação no processo de ensaio de tração são considerados materiais frágeis.
Ouro, cobre e alumínio são metais muito dúcteis. O oposto de dúctil é frágil, quando o material se rompe sem sofrer grande deformação.
Resiliência é a capacidade de um material absorver energia quando ele é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada.
Tenacidade corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura
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CORREÇÃO!
Aplicando a equação da energia entre os pontos 1 e 2:
Ponto 1: dentro do reservatório, um pouco antes da
entrada da tubulação;
Ponto 2: na tubulação de recalque antes do motor
hidráulico;
Se o reservatório for muito grande em relação ao
diâmetro da tubulação, pode-se considerar a velocidade
do ponto 1 igual a zero.
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-Turbinas Axiais: o vapor flui axialmente de boquilhas dispostas radialmente em torno do rotor;
- Turbinas Radiais: o vapor se dirige de dentro para fora radialmente, através de canais formados por palhetas móveis
dispostas axialmente;
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Da mesma forma que para uma bomba centrífuga, a
potência de uma bomba de deslocamento é dada por:
Ou seja, pelo produto de P (diferença de pressão) por Q
(vazão), dividido pela eficiência total.
Q
P
W
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Da mesma forma que para uma bomba centrífuga, a
potência de uma bomba de deslocamento é dada por:
Ou seja, pelo produto de P (diferença de pressão) por Q
(vazão), dividido pela eficiência total.
Q
P
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Os estágios de ação podem ser de dois tipos: estágios de pressão, também conhecidos como estágios Rateau, e estágios de velocidade, conhecidos como estágios Curtis.
O estágio de pressão será composto por um arco de expansores e uma roda de palhetas móveis, se for o primeiro estágio da máquina, ou por um anel de expansores (roda de palhetas fixas) e uma roda de palhetas móveis, se for um estágio
intermediário.
O estágio de velocidade e composto de um arco de expansores, seguido por duas rodas de palhetas móveis, entre as quais há um arco de palhetas guias.
