15ª Aula TA_Aquecimento Regenerativo

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Aquecimento Regenerativo da

Água de Alimentação

Termodinâmica Aplicada

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Aquecimneto Regenerativo no Ciclo de Rankine

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No diagrama T-s do ciclo de Rankine, o calor é transferido para o fluido de trabalho durante o processo (4-a) a uma temperatura relativamente baixa. Isso diminui a temperatura média do processo de fornecimento de calor o que afecta o rendimento do ciclo. Para minimizar esse problema, procura-se modos de aumentar a temperatura do líquido que sai da bomba (água de alimentação) antes que ele entre na caldeira – Processo de regeneração

TA – Aquecimento Regenera:vo

4: entrada do fluído na caldeira 4 –a: injecção de calor a baixa temperatura 1’: saída do vapor da caldeira

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Um processo prático de regeneração nas instalações a vapor é realizado pela extracção do vapor da turbina em diversos pontos. Este vapor, que poderia ter produzido mais trabalho se completasse a expansão dentro da turbina, vai ser utilizado no aquecimento da água de alimentação. O dispositivo no qual a água de alimentação é aquecida por regeneração chama-se regenerador ou aquecedor de água de alimentação, podendo ser abertos ou fechados.

A regeneração permite: • aumentar o rendimento do ciclo; • obter um meio conveniente de desarear (remover o ar que se infiltra no condensador) a água de alimentação para evitar a corrosão da caldeira.

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Aquecedores de água de alimentação de Mistura ou Abertos É basicamente uma câmara de mistura, onde o vapor extraído da turbina (2) se mistura com a água de alimentação que sai da bomba. Idealmente, a mistura sai do aquecedor como líquido saturado à pressão do aquecedor (6).


y =

h6 − h5

h2 − h5

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Aquecedores de água de alimentação de Mistura ou Abertos •  o rendimento térmico do ciclo de Rankine aumenta como resultado da

regeneração;

•  a regeneração eleva a temperatura média na qual o calor é transferido para o vapor da caldeira;

•  o rendimento do ciclo pode ainda aumenta mais, à medida que o número de aquecedores de água de alimentação for incrementado (já existem instalaç~oes com 8 aquecedores de água de alimentação);

•  o número ideal de aquecedores de água de alimentação é determinado com base numa avaliação económica - um aquecedor é considerado apenas se permitir economizar no custo do combustível.



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Aquecedores de água de alimentação do tipo “Tube and Shell” ou Fechados O calor é transferido do vapor extraído da turbina para a água de alimentação sem que ocorra qualquer processo de mistura. As duas correntes podem estar a pressões diferentes, uma vez que não se misturam.


y =

h6 − h5

h2 − h7

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Aquecedores Abertos vs Fechados Aquecedores de água de alimentação Abertos • são simples e baratos; • boas características de transferência de calor; • trazem a água de alimentação até um estado de líquido saturado; Aquecedores de água de alimentação Fechados • são mais complexos por causa dos vários tubos internos e, por isso, mais caros; • não exigem uma bomba separada para cada aquecedor, uma vez que o vapor extraído e a água de alimentação podem estar a pressões diferentes;



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Aquecedores Abertos vs Fechados A maioria das instalações a vapor utiliza uma combinação entre aquecedores de água de alimentação abertos e fechados.


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Exemplo Considere uma instalação a vapor de água que trabalha segundo o ciclo de Rankine regenerativo ideal com um aquecedor de água de alimentação aberto. O vapor entra na turbina a 15 MPa e 600 ºC e é condensado no condensador à pressão de 10 kPa. Parte do vapor deixa a turbina a uma pressão de 1,2 MPa e entra no aquecedor de água de alimentação aberto. Determine a fracção de vapor extraída da turbina e o rendimento térmico do ciclo.


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