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Sistemas de Potência e Refrigeração – Fluidos de Trabalhos Gasosos
saturação e as temperaturas para um ciclo combinado água-metal líquido típico estão mostradas no diagrama T-s apresentado na Figura 10.23. Outro tipo de ciclo combinado, que tem recebido muita atenção ultimamente, é o baseado na utilização do “calor perdido” na exaustão da turbina a gás do ciclo Brayton (ou de outro motor de combustão, como o ciclo Diesel) como fonte térmica para um ciclo de potência a vapor d’água ou de outro fluido. Assim, o ciclo a vapor opera com um ciclo de bottoming do ciclo de potência a gás e isso é feito para aproveitar o alto rendimento térmico do ciclo combinado. Uma dessas combinações, composta por uma turbina a gás e um ciclo a vapor do tipo Rankine, é mostrada na Figura 10.24. Nessa combinação, o resfriamento dos gases de exaustão da turbina a gás é a fonte de energia para os processos de transferência de calor com mudança de fase (ebulição) e de superaquecimento do vapor gerado O projeto dessas instalações deve ser feito de modo a evitar o ponto de pinça (pinch point), ou
·
QH P 3 = P2 Aquecedor 1
3
2
Ciclo de turbina a gás Brayton
·
Wlíq
P5 = P4
TG
Turbina a gás
Compressor
4
5
7
P7 = P6
·
Wlíq Ciclo de vapor d’água Rankine
6
Turbina a vapor
TV
Condensador 9
· W
bomba
8
P8 = P9
·
QCond
Figura 10.24
Ciclo de potência combinado Brayton/Rankine. Superaquecedor de vapor d’água e caldeira de mercúrio 4
H2O 3
Turbina de vapor d’água W
H2O W
c
Turbina de mercúrio
5
d Condensador
Condensador de mercúrio e caldeira de vapor d’água
1
a
b
2
Bomba
Bomba
T c′
562 °C, c 1,6 MPa
309 °C, 0,04 MPa
b a 2 1
4 d
260 °C, 4,688 MPa
3
10 kPa
5 s
Figura 10.23
Ciclo combinado água-metal líquido.
termodinamica10.indd 445
seja, deve-se evitar que a temperatura dos gases atinja a temperatura de mudança de fase do vapor sem que se tenha transferido a quantidade de energia necessária para que o processo de evaporação esteja completo. Outro modo de utilizar o “calor perdido” na exaustão do ciclo Brayton é a instalação de um ciclo de potência que opera com uma mistura de substâncias como fluido de trabalho. Um exemplo dessa aplicação é o ciclo Kalina, que utiliza uma mistura água-amônia como fluido de trabalho em um ciclo de potência do tipo Rankine. Essa combinação de ciclos pode apresentar eficiências muito altas, pois as diferenças de temperatura entre os dois fluidos podem ser controladas por meio do projeto criterioso do ciclo combinado. Ciclos combinados de refrigeração são utilizados quando a diferença entre as temperaturas do ambiente e a do espaço refrigerado é grande, como mostrado nos sistemas em cascata no Capítulo 9. Esses ciclos também podem ser constituídos pela junção de um ciclo de um motor térmico que produz o trabalho necessário para acionar um ciclo de refrigeração, como mostrado na Figura 10.25. Isso é o que ocorre quando o motor de um carro produz
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