Estudo de caso - ciclo de potência a vapor

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
INSTITUTO DE QUÍMICA – IQ 1
INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS

CICLO DE POTÊNCIA A VAPOR REGENERATIVO COM REAQUECIMENTO

Nome: Carlos José Silva Filho
Carlos Renan de Podestá Botelho

Profª Drª Indianara Ostroski

Goiânia, 10/06/2011
Estudo de Caso: Ciclo de potência a vapor regenerativo com reaquecimento
1. CALDEIRA
Caldeiras são equipamentosutilizados para fornecer calor ao sistema através da queima de combustíveis e, consequentemente, geração de vapor. São divididas em três grupos: flamotubulares, aquatubulares e mistas. As caldeiras flamotubulares são caracterizadas pela passagem de gases quentes provenientes da combustão através dos tubos, os quais estão circundados por água. Esse tipo de caldeira é feita para operar em pressõeslimitadas, uma vez que o vaso submetido a pressão é relativamente grande, o que inviabiliza o emprego de chapas de maiores expessuras.
Em relação à planta de potência a vapor estudada, a caldeira é do tipo aquatubular, na qual os gases quentes envolvem os tubos que possuem água em seus interiores. Essse tipo de caldeira é de utilização mais ampla, uma vez que possui vasos pressurizados de menoresdimensões relativas, o que viabiliza, econômica e tecnicamente, o emprego de maiores espessuras e, portanto, a operação em pressões mais elevadas. Nesse tipo de caldeira pode-se também adaptar acessórios como o superaquecedor, que permite o fornecimento de vapor superaquecido, necessário para o funcionamento de turbinas e de processos que demandam temperaturas constantes. A caldeira da planta apotência de vapor opera em temperatura (480 °C) e pressão (8 MPa) elevadas e possui um reaquecedor.

Figura 1. Caldeira Aquatubular
Na construção de caldeiras, podem ser usados vários tipos de aço, entre eles o aço carbono inoxidável, dentre os quais há vários com a sigla ASTM (aço de elevada qualidade), e o aço SA 387 B (liga de cromo e molibdênio na razão de 1:0,5). Para essa planta, o materialmais conveniente seria o aço SA 387 B porque é o tipo de aço que mais se adequa às condições de operação da caldeira como pode ser observado na Figura 2 a seguir.

Figura 2. Faixas de temperatura para chapas de aço em caldeiras
A caldeira necessita de um revestimento interno para aumentar a resistência a ambientes severos (elevadas temperaturas e pressões). Portanto, os materiais que podem serutilizados para este fim são os refratários, como os sílico-aluminosos e os de sílica. Os refratários sílico-aluminosos são mais apropriados para este caso, pois suportam temperaturas muitos elevadas (1587 °C) e devem ser não-reativos no ambiente corrosivo e resistentes ao dano mecânico que pode deixar o metal nu exposto ao ambiente corrosivo.
A importância da caldeira na geração de potência avapor reflete no seu preço, que é muito alto. A escolha da caldeira que será utilizada no ciclo deve ser feita depois de um correto dimensionamento e análise de preços.
No funcionamento da caldeira são expelidos diversos tipos de gases poluentes, resultantes da combustão que ocorre nela. Tem-se, portanto, uma maior preocupação a respeito de como a combustão está ocorrendo dentro da caldeira, seestá ocorrendo completamente ou não. O fato de não ocorrer a combustão completa acarreta na liberação de gases como CO e os NOx que interferem na qualidade do ar e podem provocas muito problemas, além de diminuir a eficiência da combustão.

2. TURBINA

Turbinas a vapor são máquinas térmicas que utilizam a energia do vapor sob forma de energia cinética (energia mecânica). De forma geral,são motores rotativos que convertem em energia mecânica a energia de uma corrente de água (turbinas hidráulicas), vapor d´água (turbinas a vapor) ou ar (turbinas a gás). O elemento básico da turbina é a roda ou rotor, que conta com palhetas, hélices, lâminas ou cubos colocados ao redor de sua circunferência, de forma que o fluido em movimento produza uma força tangencial que impulsiona a roda,...
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