Cite e comente três formas de aumentar a eficiência de conversão térmica de uma usina a vapor.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede para a gente “citar e comentar três formas de aumentar a eficiência de conversão térmica de uma usina a vapor”.
Conteúdo que vamos usar: termodinâmica de ciclos (especialmente o ciclo de Rankine e o princípio de Carnot).
O que precisamos saber:
Conteúdo que vamos usar: termodinâmica de ciclos (especialmente o ciclo de Rankine e o princípio de Carnot).
O que precisamos saber:
- Definição de eficiência térmica:
. - Princípio de Carnot que mostra que
.
A partir do próximo passo, vamos às três formas de melhorar essa eficiência!
Passo 2
Aumentar a pressão e temperatura do vapor na caldeira
- Teoria: pelo ciclo de Carnot, quanto maior a temperatura de entrada
, maior a eficiência ( ). - Na prática, “subir” a pressão e superaquecer o vapor faz com que o fluido entre no rotor da turbina mais quente, aumentando
de forma mais eficaz e gerando mais trabalho por unidade de calor recebido. - Cuidados: limites de materiais (tubulação e turbina) e corrosão em altas temperaturas.
Passo 3
Usar reaquecimento e regeneração
- Reaquecimento (reheat):
- Depois de um estágio de expansão, o vapor é enviado de volta à caldeira para ser reaquecido e, em seguida, expandido novamente.
- Isso eleva a temperatura média de adição de calor, reduz a umidade lá na ponta da turbina e aumenta o trabalho líquido.
- Regeneração (feedwater heaters):
- Parte do vapor extraído dos estágios intermediários da turbina pré-aquece a água de alimentação da caldeira.
- Assim, a caldeira precisa fornecer menos calor
para levar essa água até , elevando .
Passo 4
Reduzir a pressão (ou aumentar o vácuo) do condensador
- Teoria: reduzir a temperatura e pressão de saída
faz a diferença de temperatura do ciclo ser maior, o que segundo Carnot também aumenta a eficiência. - Na prática, melhorar as bombas de vácuo e o sistema de resfriamento do condensador diminui a pressão do vapor saturado, elevando o trabalho extraído na turbina e reduzindo o calor rejeitado
.
Resposta
As três formas são:
- Elevar a pressão e temperatura do vapor na caldeira (superaquecimento).
- Adotar reaquecimento do vapor e regeneração via pré-aquecimento da água de alimentação.
- Reduzir a pressão (aumentar o vácuo) no condensador.