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:
  1. Definição de eficiência térmica:
    éí.
  2. Princípio de Carnot que mostra que
    á.
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
  1. 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.
  2. 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 é.

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:
  1. Elevar a pressão e temperatura do vapor na caldeira (superaquecimento).
  2. Adotar reaquecimento do vapor e regeneração via pré-aquecimento da água de alimentação.
  3. Reduzir a pressão (aumentar o vácuo) no condensador.

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