Potência de Calor

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O ciclo Rankine mostra o ciclo fechado do processo do fluído nas máquinas térmicas, sendo geralmente utilizado nasusinas de generação elétrica a combustão de combustíveis fosseis como o carvão, gás natural, e gasolina de forma a obter calor.

O Ciclo Rankine é similar ao Ciclo de Carnot, pois onde se observa a eficiência de uma turbina, o diagrama TS inicia assemelhar com o ciclo de Carnot. A diferença principal está na adição (de uma caldeira) e a da ausência de um condensador no processos isobáricos no ciclo Rankine e os processos isotérmicos na teoria do Ciclo Carnot.

O ciclo descreve-se na seguinte sequência:

Normalmente, líquido saturado sai do condensador , sendo pressurizado pela bomba, entrando na caldeira onde é transferido calor para este, normalmente a pressão constante. De seguida, é expandido na turbina, sendo aqui obtido trabalho mecânico. Por último, o fluído passa pelo condensador onde volta ao estado de líquido saturado. Teoricamente a expansão na turbina é isentrópica, ou seja, a entropia inicial é igual à final. No entanto, na realidade existem perdas, sendo obtido menos trabalho do que idealmente se quer. Da mesma forma, a bomba não tem uma eficiência de 100%, daí ser na realidade necessário fornecer mais trabalho que no regime ideal.

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Existem quatro processos[2] num ciclo Rankine, cada um alterando as propriedades do fluido de trabalho. Estas propriedades são identificadas pelos números no diagrama acima.

- Processo 4-1: Primeiro, o fluido de trabalho é bombeado (idealmente numa forma adiabática reversível) de uma pressão baixa para uma pressão alta utilizando-se umabomba. O bombeamento requer algum tipo de energia para se realizar.

- Processo 1-2: O fluido pressurizado entra numa caldeira, onde é aquecido a pressão constante até se tornar vapor superaquecido. Fontes comuns de calor incluem carvão,gás natural e energia nuclear.

- Processo 2-3: O vapor superaquecido expande através de uma turbina para gerar trabalho. Idealmente, esta expansão é adiabática reversível. Com esta expansão, tanto a pressão quanto a temperatura se reduzem.

- Processo 3-4: O vapor então entra num condensador, onde ele é resfriado, idealmente a pressão constante, até a condição de líquido saturado. Este líquido então retorna à bomba e o ciclo se repete.

Equações

Cada uma das equações a seguir podem ser obtidas facilmente a partir do balanço de massa e energia do volume de controle. A quinta equação define a eficiência termodinâmica do ciclo como sendo a razão entre o trabalho líquido do sistema e o calor fornecido ao sistema.

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Variáveis

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taxa de entrada de calor (energia por unidade de tempo)

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fluxo mássico (massa por unidade de tempo)

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trabalho mecânico usado pelo ou proveniente do sistema (energia por unidade de tempo)

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eficiência termodinâmica do processo (adimensional)

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estes são os valores de entalpia específica especificados no diagrama T-s

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). Isto faz com que a energia requerida pela bomba seja maior, e que o trabalho produzido pela turbina seja menor do que o produzido num estado de idealidade.

Variações do ciclo Rankine

Duas variações básicas do ciclo Rankine são utilizados atualmente.

Ciclo Rankine com reaquecimento

O ciclo Rankine com reaquecimento opera utilizando duas turbinas em série. A primeira turbina recebe o vapor da caldeira à alta pressão, liberando-o de tal maneira a evitar sua condensação. Este vapor é então reaquecido, utilizando o calor da própria caldeira, e é utilizado para acionar uma segunda turbina de baixa pressão. Entre outras vantagens, isto impede a condensação do vapor no interior das turbinas durante sua expansão, o que poderia danificar seriamente as pás da turbina.

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Ciclo Rankine com Reaquecimento / Ciclo Rankine regenerativo

O ciclo Rankine regenerativo é nomeado desta forma devido ao fato do fluido ser reaquecido após sair do condensador, aproveitando parte do calor contido no fluido liberado pela turbina de alta pressão. Isto aumenta a temperatura média do fluido em circulação, o que aumenta a eficiência termodinâmica do ciclo.

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6 EXEMPLO DE REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Transmissão de calor / Calor/Calorimetria

http://www.coladaweb.com/fisica/termologia/transmissao-de-calor

Acesso em: 15 . Março . 201

Princípios Fundamentais da Transferência de Calor

http://sites.poli.usp.br/p/jesse.rebello/termo/Trabalho_Transcal.pdf

http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/fisica/resumo-fisica-transmissao-calor-697996.shtml

http://www.infoescola.com/termodinamica/propagacao-de-calor/

Acesso em : 15 . Março . 2015

WIKIPEDIA – Propagação Térmica http://pt.wikipedia.org/wiki/Propaga%C3%A7%C3%A3o_t%C3%A9rmica

Acesso em: 15