Imagine que você atuando como engenheiro e dando consultoria sobre geração de energia, quando chega um cliente querendo uma implementação de uma central de termoelétrica. O cliente em questão necessita de um sistema para atender uma fábrica nos horários em que a tarifa é mais cara, e você informa que para esta situação o melhor sistema seria um sistema a gás natural.

1) Para defender sua opinião discorra sobre:

a) Vantagens macroeconômicas do uso deste combustível.

b) Vantagens ambientais e de segurança do uso desse combustível.

c) Vantagens diretas para o usuário do uso deste combustível.

2) Sistemas a gás podem operar em circuito aberto ou circuito fechado, mostre para o seu cliente as diferenças entre os dois circuitos, utilizando o diagrama do seu funcionamento.

3) Você informou que o circuito fechado seria o mais interesse, informe as vantagens desse modelo, mas também alerte as desvantagens ao seu cliente.

4) Buscando informações sobre o ciclo a gás, você encontrou as seguintes informações em um livro sobre Geração de Energia: a modelagem termodinâmica deste ciclo envolve o balanço de energia para cada processo, desconsiderando o efeito da energia cinética e da energia potencial, com as condições conhecidas do ciclo. Assim, tem-se:

Você encontrou os seguintes parâmetros no livro e quer descobrir outros parâmetros. Uma usina a gás que opera em um ciclo Brayton ideal tem como fluido de trabalho o ar, considerando-o como um gás ideal. A temperatura do gás é de 300 K na entrada do compressor e 1300 K na entrada da turbina. Determine a temperatura do gás nas saídas do compressor e da turbina sendo que a entalpia do gás na saída do compressor é de 544,35 kJ/kg e a entalpia na saída da turbina é de 800,03 kJ/kg, o trabalho efetuado no compressor e na turbina, o trabalho do ciclo e a eficiência do ciclo (Considere o trabalho específico, m=1kg/s). 

Imagine que você está atuando como engenheiro e dando consultoria sobre geração de energia, quando chega um cliente querendo uma implementação de uma central de termoelétrica. O cliente em questão necessita de um sistema para uma fábrica de cimento para atender ao consumo de energia da planta industrial e usar o calor residual para processos na fabricação do suco. 

Para ajudar seu cliente, você deseja mostrar algumas informações: primeiramente, você mostra as características das termoelétricas, através do seguinte texto: 

As centrais termelétricas podem ser classificadas segundo diferentes critérios, como: produto principal, tipo de combustível, tipo de máquina térmica, caráter da carga, entre outros. Quanto ao produto principal, distinguem-se as térmicas cujo único produto é a eletricidade e as que geram simultaneamente eletricidade e calor (cogeração). O tipo de combustível tem importância tanto do ponto de vista técnico-econômico quanto ambiental, podendo ser utilizados vários tipos de combustíveis, como: carvão, óleo combustível, diesel, gás natural, urânio e biomassa, entre outros. Com relação ao tipo de carga, há usinas que operam com uma carga relativamente constante (operação de base); e aquelas que operam algumas horas por dia (operação de pico), sendo que a decisão sobre o despacho de cada usina é tomada pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Com relação aos tipos mais difundidos de máquinas térmicas utilizadas em usinas térmicas não nucleares, tem-se: central termelétrica de geração com ciclo a vapor, central termelétrica de turbina a gás operando em ciclo simples, central de ciclo combinado, central de motores de combustão interna e central termelétrica de cogeração (Lora, 2004).

Fonte: adaptado de: LORA, E. E. S. Centrais termelétricas a vapor. In: LORA, E. E. S.; NASCIMENTO, M. A. R. Geração termelétrica: planejamento, projeto e operação. v. 2. Rio de Janeiro: Interciência, 2004. cap. 11.

Você e o cliente optaram pela usina com ciclo a vapor, representada pela Figura 1: 

Figura 1 - Esquema e principais componentes de uma termelétrica a vapor
Fonte: adaptada de: NASCIMENTO, M. A. R. et al. Fundamentos da geração termelétrica. In: LORA, E. E. S.; NASCIMENTO, M. A. R. Geração termelétrica: planejamento, projeto e operação. v. 1. Rio de Janeiro: Interciência, 2004. cap. 3.

Contudo, o seu cliente segue com as seguintes questões:

1) Essa termelétrica opera em ciclo aberto ou ciclo fechado? Justifique. 

2) Essa termelétrica opera com combustão interna ou externa? Justifique. 

3) Que tipo de combustível pode ser usado nesta usina? 

4) Explique o passo a passo da geração de energia por uma termoelétrica igual à representada na Figura 1. 

5) Para ter uma noção, você decidiu mostrar uma termoelétrica já construída, mas faltam algumas informações para você mostrar ao seu cliente, considerando uma geração de energia ideal e que o vapor deve sair a 100 °C. Complete a tabela com as informações que faltam sobre a geração na turbina (por facilidade, consideraremos que temos apenas vapor saturado na saída turbina). 

Grandeza 

Valor 

Unidade 

Potência gerada na turbina 

6000  kW 

Vazão mássica kg/s 

Temperatura de entrada 450°C 

Pressão de entrada 4,0 MPa 

Entalpia de entrada 

Temperatura de saída 100 °C 

Pressão de saída 

Entalpia de saída 

Dica: encontrar entalpias por meio de tabelas encontradas na literatura, ou tabelas on-line de propriedades do vapor.