Apresentação do exercicio

O objetivo do exercício é modelizar uma central elétrica de 300MW utilizando Thermoptim e determinar os desempenhos.

Esse exercício pode ser dividido em três partes :

na primeira parte (atualmente em curso), supõe-se que a máquina não comporta que um único circuito
na segunda parte (sessão S27), considera-se um novo sobreaquecimento e uma amostragem que ocorre nas máquinas industriais. O modelo é assim mais realista
na terceira parte (sessão S28), analisa-se quantitativamente as irreversibilidades de dois ciclos elaborando seus balanços térmicos

Apresentação do exercicio (pdf, 10 Ko)

(Sessão realizada em 06/07/04 por Renaud Gicquel e A. P. de Almeida)

Centrais a vapor

Ciclo de base (Hirn) :
- Agua liquida comprimida P ≈ 80 - 300 bar
- Aquecimento em três etapas (economizador, vaporizador, sobreaquecedor)
- Vapor distendido na turbina (P ≈ 0,04 bar)
- Depois condensado

Centrais a vapor

Ciclo de base (Hirn) :
- compressão 1-2 até 80- 300 bar
- Aquecimento até cerca de 560°C
  - economizador 2-3a
  - vaporizador 3a-3b
  - sobreaquecedor 3b-3
- relaxamento 3-4’
- condensação 4’-1 a cerca de 25°C

Exercicio central a vapor

Central eletrica de 300 MW

entrada bomba : 29 °C, 0,04 bar
fluxo de agua : 245 kg/s
alta pressão : 169 bar
rendimento isoentropico bomba : 1
temperatura entrada da turbina : 542 °C
rendimento isoentropico relaxamento : 0,85

Thermoptim

duas telas durante a inicialização

editor de esquemas
simulador

Thermoptim

esquema da central elétrica

compressão liquida
economizador, vaporizador, sobreaquecedor
turbina
condensador

Thermoptim

Parametragem do modelo

Quando os elementos do simulador são criados, Thermoptin inicializa todos os pontos com a pressão de 1bar e uma temperatura de 300K, que necessitam ser modificadas em função dos dados do problema que está sendo estudado.

As duas atividades subsequentes vão mostrar como parametrizar os pontos e os transformações, em seguida um outro exercício lembrará os valores que devem ser inseridos em Thermoptim.

Parametrização de um ponto

Clicar duas vezes sobre uma ligação orientada (flecha) ou sobre uma linha da tabela de pontos
Estado de uma pequena particula de materia

Parametrização de uma transformação

Clicar duas vezes sobre um componente
Evolução de um fluxo-massa de fluido

Parametrização dos pontos e transformações do modelo

Agora defina os diferentes pontos um por um, certificando-se de inserir os valores das temperaturas conhecidas (T1, T3), bem como as das pressões, porque o Termoptim não as determina automaticamente. Para isso, faça o seguinte :

abra o ponto 1 (água no estado líquido), insira uma pressão de 0,04 bar e escolha a opção “defina a temperatura de saturação”, que ajusta a temperatura para 29 ° C aprox. Por padrão, o título é 0, clique em “Calcular”
depois abra o ponto 2, insira uma pressão de 169 bar e clique em “Calcular”
abra o ponto 3a e insira uma pressão de 169 bar, a temperatura de saturação (351,2 ° C), com um título igual a 0, depois clique em “Calcular”
abra o ponto 3b nas mesmas condições, com um título igual a 1, e calcule-o
abra o ponto 3 e insira uma pressão de 169 bar e uma temperatura de 542 ° C, e calcule-o
abra o ponto 4 e insira uma pressão de 0,04 bar, depois clique em “Calcular”

Em seguida, defina as transformações, para as quais as opções padrão se aplicam: a compressão e a expansão são adiabáticas, calculadas com relação à referência isentrópica, e suas eficiências isentrópicas são conhecidas. Para fazer isto, proceder como segue :

abra o transformador “compressão líquido”, a eficiência isentrópica é por padrão igual a 1, e depois clique em “Calcular”, que determina a temperatura do ponto 2 (29.37 °C)
abra os transformadores “economizador”, “vaporizador” e “superaquecedor” e clique em “Calcular”. As temperaturas dos pontos emcima e apoio sendo conhecido, os energias envolvidas são calculadas
abra o transformador “turbina”, e insira uma eficiência isentrópica de 0,85, então clique “Calcular”, que determina o ponto 4 a temperatura de saturação (29 ° C) e título de 0,836
abra o transformador “condensador”, que agora pode ser calculado, sendo os pontos 4 e 1 conhecidos

O cálculo do balanço global do ciclo faz uso da noção de tipo de energia, explicada na seguinte atividade.

Escolha do tipo de energia

clicar duas vezes sobre o tipo de energia

Balanço e sinotica

Ciclo no diagrama ((T,s)

Parametrização de um diagrama entropico(T,s)

Ciclo no diagrama (T,s)

Traçado final do ciclo em um diagrama (T,s)

Ciclo no diagrama (h,P)

Ciclo no diagrama de Mollier (h,s)

Recapitulativo

Este exercicio lhe permitiu estudar um ciclo a vapor simples e aprender a modelisa-lo no Thermoptim. Trata-se de uma simplificação (ciclo sem reaquecimento nem amostragem) de uma central elétrica de 300MW.

O interesse em utilizar este tipo de programa é que as propriedades dos corpos são calculados com uma grande precisão e sem dificuldade. Uma vez que o modelo é desenvolvido, você pode reparametriza-lo muito facilmente, o que permite proceder rapidamente a estudos de sensibilidade sobre a influência de diversos parâmetros.

No entanto, este procedimento possui um perigo : que você não tenha uma atitude critica face aos valores fornecidos pelo programa, o que pode conduzir a uma confiança excessiva nos resultados que ele fornece.

Em certas situações o modelo pode não ter sido bem construido e seus resultados não sejam exatos sendo necessario saber diagnosticar esse tipo de erro. Para isso, é desejavel que você seja capaz de controlar por você mesmo seus resultados, ao menos de maneira aproximada.

Em particular, recomenda-se de verificar bem os balanços. Para tanto, acostume-se a recalcular aproximadamente, fazendo as contas de cabeça ou em um pedaço de papel, todas as energias uteis assim como as energias gastas e a razão entre elas para obter o rendimento do ciclo.

O traçado do ciclo sobre o diagrama se revela também um otimo meio de controlar a pertinência do modelo, assim que se tem uma visão geral do ciclo, o que se sabe rapidamente. Um erro na entrada da pressão e da temperatura é rapidamente detectado.

Você encontrara abaixo um link para uma nota entitulada “Metodologia de construção e de verificação de modelos” cujo obetivo é fornecer aos usuarios de Thermoptim um certo numero de recomendações baseadas em experiências anteriores.