Etapa 3

Passso 1

William John Macquorn Rankine, um escocs polimata e professor da Universidade de Glasgow. O ciclo termodinmico Rankine fundamental subjacente dos motores a vapor.

Ciclo Rankine similar ao Ciclo de Carnot, pois onde se observa a eficincia de uma turbina, o diagrama TS inicia assemelhar com o ciclo de Carnot. A diferena principal est na adio (de uma caldeira) e a da ausncia de um condensador no processos isobricos no ciclo Rankine e os processos isotrmicos na teoria do Ciclo Carnot.

O ciclo descreve-se na seguinte sequncia:

Normalmente, lquido saturado sai do condensador,sendo pressurizado pela bomba, entrando na caldeira onde transferido calor, normalmente a presso constante. De seguida, expandido na turbina, sendo aqui obtido trabalho mecnico. Por ltimo, o fludo passa pelo condensador onde volta ao estado de lquido saturado. Teoricamente a expanso na turbina isentrpica, ou seja, a entropia inicial igual final. No entanto, na realidade existem perdas, sendo obtido menos trabalho do que idealmente se quer. Da mesma forma, a bomba no tem uma eficincia de 100%, da sera na realidade necessrio fornecer mais trabalho que no regime ideal.

Passo 2

O diagrama T-S de um ciclo Rankine, exibindo um processo real e ideal.Existem quatro processos num ciclo Rankine, cada um alterando as propriedades do fluido de trabalho..

Processo -1: Primeiro, o fluido de trabalho bombeado (idealmente numa forma adiabtica reversvel) de uma presso baixa para uma presso alta utilizando-se uma bomba. O bombeamento requer algum tipo de energia para se realizar.

Processo -2: O fluido pressurizado entra numa caldeira, onde aquecido a presso constante at se tornar vapor superaquecido. Fontes comuns de calor incluem carvo, gs natural e energia nuclear.

Processo -3: O vapor superaquecido expande atravs de uma turbina para gerar trabalho. Idealmente, esta expanso adiabtica reversvel. Com esta expanso, tanto a presso quanto a temperatura se reduzem.

Processo -4: O vapor ento entra num condensador, onde ele resfriado, idealmente a presso constante, at a condio de lquido saturado. Este lquido ento retorna bomba e o ciclo se repete.

Diagrama T-s

Num ciclo Rankine real, a compresso pela bomba e a expanso na turbina no so isoentrpicos[3] . Em outras palavras, estes processos no so reversveis, e a entropia aumenta durante os processos (indicados na figura como S). 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.

Ciclo Rankine com reaquecimento

O ciclo Rankine com reaquecimento opera utilizando duas turbinas em srie. A primeira turbina recebe o vapor da caldeira alta presso, liberando-o de tal maneira a evitar sua condensao. Este vapor ento reaquecido, utilizando o calor da prpria caldeira, e utilizado para acionar uma segunda turbina de baixa presso. Entre outras vantagens, isto impede a condensao do vapor no interior das turbinas durante sua expanso, o que poderia danificar seriamente as ps da turbina.

Ciclo Rankine regenerativo

O ciclo Rankine regenarativo nomeado desta forma devido ao fato do fludo ser reaquecido aps sair do condensador, aproveitando parte do calor contido no fludo liberado pela turbina de alta presso. Isto aumenta a temperatura mdia do fludo em circulao, o que aumenta a eficincia termodinmica do ciclo.

Para fazer um resumo desta seo, podemos dizer que o rendimento de um ciclo da Rankine pode ser aumentado pela reduo da presso de sada, pelo aumento da presso no fornecimento de calor e pelo superaquecimento do vapor. O ttulo do vapor que deixa o turbina aumenta pelo superaquecimento do vapor e diminui pelo abaixamento da presso e pelo aumento da presso no fornecimento de calor.

Para determinar o rendimento do ciclo devemos calcular o trabalho na turbina, o trabalho na bomba e a transferncia de calor ao fluido na caldeira. Para isto, consideraremos uma superfcie de controle envolvendo sucessivamente cada um desses componentes. Em cada caso, o modelo termodinmico adotado aquele associado as tabelas de vapor dgua e admitiremos que os processos acorrem em regime permanente (com variaes desprezveis de energias cintica e potencial).

O trabalho lquido pode tambm ser determinado calculando-se o calor rejeitado no condensador,e observando que, pela primeira lei da termodinmica, o trabalho lquido no ciclo igual a transferncia lquida de calor no ciclo.

CONCLUSO

Conclumos que o Ciclo de Rankine descreve a operao de turbinas vapor comumente encontrados em estaes de produo de energia. Em tais estaes, o trabalho gerado ao se vaporizar e condensar-se alternadamente um fluido de trabalho.

REFERNVICIAS BIBLIOGRFICAS

BORGNAKKE, Claus; SONNTAG Richard; WYLEN Gordon. Fundamentos da Termodinmica Clssica. Traduo: Eng Euryae de Jesus Zerbini; Eng Ricardo Santilli Ekman Simes. So Paulo: ed. Edgard Blcher Ltda, 1995. 246 251p.

Cap 8 do livro de Moran M.J.et al. Indroduo Engenharia de Sistemas Trmicos. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankine#Equa.C3.A7.C3.B5es