Alguns conceitos básicos de geração de energia elétrica #2.1 (Usina Termoelétrica – Ciclo Combinado)

Este post é uma continuação de Alguns conceitos básicos de geração de energia elétrica #2 (Usina Termoelétrica)

O que é uma usina Termoelétrica operando em Ciclo Combinado?

É um conjunto de obras e equipamentos com a finalidade de geração é a energia elétrica, através de um processo que combina a operação de uma turbina a gás, movida pela queima de gás natural ou óleo diesel, diretamente acoplada a um gerador.

Os gases de escape da turbina à gás, devido à temperatura, promovem a transformação da água em vapor para o acionamento de uma turbina a vapor, nas mesmas condições descritas no processo de operação de uma termelétrica convencional. A potência média dessas centrais vem a ser de 300 MW, muito inferior à de uma termelétrica convencional.

Como Funciona

Turbina a Gás:

A expansão dos gases resultantes da queima do combustível (óleo diesel ou gás natural) aciona a turbina a gás, que está diretamente acoplada ao gerador e, desta forma, a potência mecânica é transformada em potência elétrica.

Turbina a Vapor:

O funcionamento é exatamente igual ao descrito para usina termelétrica convencional, porém a transformação da água em vapor é feita com o reaproveitamento do calor dos gases de escape da turbina a gás, na caldeira de recuperação de calor.

Vantagens:

Além das já descritas na seção relativa à usina termelétrica convencional, deve ser ressaltado o rendimento térmico do ciclo combinado, que proporciona a produção de energia elétrica com custos reduzidos.

Ciclo combinado: consiste num processo que gera energia conjugando o ciclo de Brayton (turbina a gás) com o ciclo de Rankine (vapor). Ou seja, o calor recuperado dos gases de exaustão da turbina a gás é utilizado para acionar um ciclo a vapor.
A maior recuperação de calor acontece combinando a geração de energia elétrica nas turbinas a gás e em turbinas a vapor.

Usina Termelétrica - Ciclo Combinado

A caldeira de recuperação (HRSG – Heat Recovery Steam Generator) de uma usina de ciclo combinado é o elemento de ligação entre a turbina a gás e o ciclo a vapor.
Basicamente a caldeira é um conjunto de trocadores de calor em contracorrente composto por diversas seções (superaquecedor, evaporador e economizador), que recebe, do lado quente, os gases de exaustão da turbina (a cerca de 500 °C), e do lado frio, água que vem ou do condensador do ciclo de vapor, de alguma fonte externa, ou do processo.

HRSG – Heat Recovery Steam Generator

O acréscimo de potência alcançado em um ciclo combinado é, em geral, da ordem de 50 % da potência da turbina a gás e a eficiência global passa da média de 30 % do ciclo simples para
valores na faixa de 55 a 60 % em ciclos combinados.
O ciclo combinado possui a elevada temperatura média de adição de calor da turbina a gás e a baixa temperatura média de rejeição de calor do ciclo de vapor e, portanto, uma eficiência
média maior do que qualquer um dos ciclos teria individualmente.

O ciclo Brayton é o ciclo ideal para representação da turbina a gás simples A turbina a gás real difere da ideal pelas irreversibilidades na turbina e no compressor e pelas
perdas de carga nas passagens de fluido e na câmara de combustão (ou trocadores de calor, no caso do ciclo fechado).
Além disso, há uma grande quantidade de trabalho realizada no compressor (pode estar na faixa de 40 a 80% da potência desenvolvida na turbina).

O ciclo de brayton possibilitou o desenvolvimento de grandes tecnologias, e continua a contribuir ao desenvolvimento da ciência com uma vasta gama de aplicações.
Apresenta eficiência muito menor do que ao ciclo Rankine (40% a 60% respectivamente).

 

Fontes:

Agradecimento especial ao Edmo Oliveira que compartilhou o conteúdo do seu trabalho conosco.

https://pt.slideshare.net/botilio/ciclo-de-brayton-29980881 [Acesso em 01/08/2021]
https://www.antonioguilherme.web.br.com/Arquivos/gera_vapor.php [Acesso em 01/08/2021]
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankine [Acesso em 01/08/2021]
http://www.unirv.edu.br/conteudos/fckfiles/files/COMPARA%C3%87%C3%83O%20DA%20EFI
CI%C3%8ANCIA%20ENERG%C3%89TICA%20DE%20CALDEIRAS%20COM%20PALHA%20E%20SE
M%20PALHA%20UM%20ESTUDO%20DE%20CASO.pdf [Acesso em 01/08/2021]
https://pt.scribd.com/presentation/119332460/GERACAO-TERMELETRICA-Aspectos-BasicosLineu-2012 [Acesso em 01/08/2021]
https://ambientes.ambientebrasil.com.br/energia/termeletrica/usina_termeletrica_-_ciclo_combinado.html [Acesso em 01/08/2021]

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