3ºTrabalho G6 avaliação

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INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOASEMESTRE VERO 2012-2013

TERMODINMICA APLICADA

TRABALHO 3SIMULADOR DE TURBINA A VAPOR

Docente: Eng. Claudia Casaca

Grupo 6 da turma LM42D: 36949 Manuel Incio

36977 Pedro Martins37501 Joo Dimas

38347 Bruno Correia

DATA DE ENTREGA: 5 de Maio de 2013


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Objectivos

Este trabalho tem como objectivo o estudo de uma central termoelctrica com turbina a vapor atravs de um simuladordisponibilizado para a unidade curricular.Este simulador trabalha com aquecimento regenerativo, proveniente dos pr-aquecedores e com reaquecimento do vapor, entre ossectores de alta e mdia presso da turbina.

Introduo

A turbina a vapor uma mquina de circuito fechado (para que haja o menos perdas de presso possvel) onde o vapor produzidopela caldeira lanado a grande presso e velocidade sobre ps da prpria, que a faro converter a energia deste vapor emmovimento. Atravs desse movimento iremos transmitir energia cintica a um gerador electrico e iremos obter energia eltrica.Aps o vapor passar por essas mesmas ps, este expande se e perde presso antes de ser reintroduzido na caldeira para reaquecer.A turbina constituda por 3 estgios: um para baixa presso, outro para mdia presso e por fim um para altas presses. Estesservem para aproveitar o mximo a expanso do vapor de forma a obter o mximo de rendimento possvel deste. Passando aexplicar o seu funcionamento, o fluido de trabalho aquecido e passa ao estado de vapor sobreaquecido na caldeira e ir passar

pelas ps da turbina no estgio de alta presso, de seguida, o vapor voltar para o reaquecedor na caldeira, onde ir ganhar maisenergia trmica s que no vai obter tanta presso como na sua primeira passagem pela caldeira. Assim, este ao regressar turbinair percorrer o estgio de mdia presso e o vapor que se aproveitar ir passar pelo estgio de baixa presso. Assim se maximiza orendimento deste ciclo ciclo regenerativo.

O ciclo de Rankine, abordado na actividade prtica anterior agora tem um novo estudo, designado como ciclo regenerativo. Estesciclos tm como objectivo aumentar o rendimento reduzindo a quantidade de calor necessria ceder ao fluido na caldeira. Comofoi anteriormente explicado, este processo consiste numa recuperao e compensao ao longo do processo. Efetuam se picagensna turbina de forma a fazer com que o caudal de entrada seja superior ao de sada. A forma de o fazer retirando um pouco defluido atravs destas picagens e direcionado para os pr-aquecedores o que far aumentar a entalpia do fluido antes deste chegar acaldeira.

O nosso grupo de trabalho optou pelo ponto 5 da actividade pedida para simular que consistia em:

1. Obter dados (caudais, presses e temperaturas para os circuitos de combustvel-ar e de gua vapor, e potencia eltricaproduzida;

2. Desligar o reaquecedor e comparar a potncia electrica e o rendimento fornecidos pelo simulador para a nova situaoencontrada relativamente ao pornto 1;

Imagem 1Aspecto do simulador STEAM PLANT aps o passo numero 1

Turbina com 3 estgios

Caldeira

Pr-aquecedores

Condensador

Injectores


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Imagem 2Aspecto do simulador STEAM PLANT aps o passo numero 2

O simulador basicamente constitudo por: Caldeira Turbina com 3 estgios de expanso: alta, mdia e baixa presso Um condensador; Trs pr-aquecedores: IST, IIST e IVST ; Um reaquecedor de mistura: IIIST ; Trs bombas;

Sem ter referido anteriormente, o papel dos pr-aquecedores aumentar a entalpia do fluido antes de este chegar caldeira


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Resultados obtidos

Grfico 1 balano de calorobtido aps procedimento 1

Grfico 2 balano de calor obtidoaps procedimento 2


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Unidades

Simulador

Unidades

SI

Unidades

Simulador

Unidades

SI

presso caldeira 93.8 bar 9380 kPa potncia elctrica 28 125 kW28 125

kW

presso sada Sobreaquecedor 92 bar 9200 kPa temp. sada sobreaquecedor 522 C 522 C

presso entrada turbina alta presso 89.9 bar 8990 kPatemp. entrada turbina alta

presso517 C 517 C

presso sada turbina alta presso 15.3 bar 1530 kPatemp. sada turbina alta

presso307 C 307 C

presso entrada reaquecedor 14.8 bar 1480 kPa temp. entrada reaquecedor 301 C 301 C

presso sada reaquecedor 13.0 bar 1300 kPa temp. sada reaquecedor 522 C 522 C

presso entrada turbina mdia presso 12.6 bar 1260 kPatemp. entrada turbina mdia

presso512 C 512 C

presso entrada Condensador -0.97 bar -97 kPa temp. entrada condensador 26 C 26 C

presso vapor entrada "stage I" -0.40 bar -40 kPa temp. entrada vapor "stage I" 133 C 133 C

presso vapor entrada "stage II" 3.2 bar 320 kPa temp. entrada vapor "stage II" 342 C 342 C

presso vapor entrada "stage III" 15.3 bar 1530 kPatemp. entrada vapor "stage

III"

302 C 302 C

presso vapor entrada "stage IV" 42.7 bar 4270 kPatemp. entrada vapor "stage

IV"418 C 418 C

produo de vapor 89.73 t/h24.925

kg/srazo agua vapor 0.918 0.918

picagem I 5.53 t/h1.536

kg/spicagem II 7.03 t/h

1.953

kg/s

picagem III 6.85 t/h1.903

kg/spicagem IV 9.89 t/h

2.747

kg/s

Tabela 1 Dados do Simulador (com re-aquecedor)


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Pontos Temp (C) Presso (kPA) Entalpia (kJ/kg) Entropia (kJ/kg.K) Volume Especfico (m^3/kg) Estado

1 522 9200 3438,78 6,7146 0,035316 Vapor Sobreaquecido









10 133 61,3 2745,88 7,7823 3,305276 Vapor Sobreaquecido

11 26 4,7 2365,67 7,7823 27,648113 Mistura x=0,92

12 36 5,96 150,85 0,5188 0,001006 Lquido Saturado

13 85 1530 355,9 1,1343 0,001033 Lquido Comprimido

14* 140 320 570,89 1,6948 0,001075 Lquido Saturado

15 82 61,3 362,03 1,1513 0,001034 Lquido Saturado


17 200 1530 848,92 2,3234 0,001155 Lquido Saturado

18* 249 4270 1105,38 2,8298 0,001261 Lquido Saturado


Tabela 2 Caracterizao dos pontos com recurso ao programa STEAM

* - Ambos os pontos assinalados tm reguladores de presso associados, o que significa que sada do Pr-aquecedor

correspondente os pontos tm a presso indicada na tabela, no entanto, apos passarem pelo regulador de presso, ficam

presso do Pr-aquecedor onde vo entrar.

Diagrama T-s

Figura 1Diagrama T-s


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Clculos

Balanos Mssicos

De modo caldeira trabalhar com uma menor amplitude trmica, isto , elevar a temperatura do fluido de trabalho o mnimopossvel, convertendo-o de lquido comprimido para vapor sobreaquecido. So feitas diversas picagens a esse vaporsobreaquecido que ser utilizado nos pr-aquecedores para elevar a temperatura da gua antes de ir para a caldeira.

Em seguida, apresentamos os balanos mssicos que quantificam os caudais mssicos que cada componente do circuito usa, tendocomo critrio o 1 princpio da termodinmica (conservao da massa).

Caudal de entrada na turbina de alta presso

O caudal de entrada na turbina de alta presso corresponde a todo o vapor produzido na caldeira, logo:

Caudal de entrada no Pr-aquecedor IV

Este caudal o representado pela Picagem IV ( ), logo:

Caudal de entrada no Pr-aquecedor III

Este caudal o representado pela Picagem III ( ), logo:

Caudal de entrada no Pr-aquecedor II

Este caudal o representado pela Picagem II ( ), logo:


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Caudal de entrada no Pr-aquecedor I

Este caudal o representado pela Picagem I ( ), logo:

Caudal de entrada/sada do Reaquecedor

O caudal que vai para o Reaquecedor , necessariamente, o que se expande no estgio alta presso da turbina menos os caudaisretirados na Picagem IV e na Picagem III, logo:

Caudal da turbina de mdia presso para a de baixa presso

O caudal utilizado na turbina de baixa presso, tendo em conta que na turbina de mdia presso entra o caudal e sai o ,ser dado por essa mesma diferena, logo:

Caudal de sada da turbina de baixa presso

Este caudal dado pelo caudal total que passa para a turbina baixa presso menos o caudal da Picagem I, logo:

Caudal de sada do Pr-Aquecedor I para o Condensador

Para o condensador, passa apenas o caudal utilizado na Picagem I mais o caudal da Picagem II, logo:

Caudal de sada do Condensador

O caudal que sai do Condensador, dado pela soma dos caudais que entram no condensador, logo:


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Caudal de entrada na caldeira

Este caudal tem de ser aproximadamente igual produo total de vapor, logo:

Balanos Energticos

Novamente considerando o 1 princpio da termodinmica, e a energia que o fluido pode transferir sob a forma de calor (entalpia),realizmos os seguintes balanos:

Pr-Aquecedor I

Considerando que a massa se conserva, sabemos os valores entrada so iguais sada, logo:

Pr-Aquecedor III

Considerando que a massa se conserva, sabemos os valores entrada so iguais sada, logo:


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Clculo das Potncias

Potncia Turbina

A potncia ao veio da turbina dada pelas relaes entlpicas dos diversos estgios da turbina, tendo em conta que a cada estgio

de presso, o caudal de vapor sofre alteraes, tendo que se multiplicar esse novo caudal pela relao entlpica correspondente,logo:

Potncia Fornecida

Segundo o manual da caldeira, a energia fornecida dada pela seguinte expresso:


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Rendimento Gerador

Rendimento Global

Rendimento Global sem Reaquecedor

kW, valor retirado do simulador sem Reaquecedor.


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Na seco que difere entre os relatrios do 3 trabalho, o nosso grupo escolheu a opo 5.II, obteno de valores diferentes aosiniciais pelo programa, desligando o reaquecedor e fazendo uma comparao entre as Potncias e os rendimentos entre os doiscasos presentes.

Com Re-aquecedor Sem ReaquecedorPotncia Util (J) 28125 22597Rendimento (%) 31 25

Como se pode observar na tabela, ao desligar-se o reaquecedor obtem-se uma descida do valor de potencia util do ciclo, havendo

uma descida de 6% entre o rendimento de circuito com e sem reaquecedor. O papel do reaquecedor provem da reutilizao dovapor que sai da seco de ps superiores da turbina, desempenhando o seu nome, ou seja, reaquecendo esse vapor. Ao reaquecero vapor, o propsito fornecer energia a este para depois prosseguir para as seces medias e baixas de presso da turbina.

Com o reaquecedor desligado a energia fornecida continua a ser a mesma, mas no possivel o reaproveitamento dessa energia dacaldeira, pois aps o vapor sair do sobreaquecedor, prossegue pela turbina apenas contando com o nvel inicial de energia e

presso. possvel ver tambm que devido inexistncia da operao de reaquecimento do vapor, a temperatura da agua derefrigerao do condensador menor.

Visualizando e estudando os valores das tabelas de com e sem reaquecedor, possvel visualizar um maior valor de caudal daagua fornecida no caso de sem reaquecedor. Isto acontece porque, perante a mesma energia que fornecida, tem que se usar maisgua devido s diferentes zonas da turbina, obtendo uma descida no valor da percentagem

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