Simulador de Potencial Energético & Balanço de Vapor
Cálculo preliminar do potencial elétrico no borne (MW), vazão requerida (t/h), consumo específico (CSVS) e salto entálpico útil para turbinas industriais.
Balanço Térmico com Diagrama de Willans
Analise o comportamento de consumo em marcha em vazio e cargas parciais com emissão de memorial técnico executivo em PDF.
Expansão em Alta e Baixa Pressão com Extração
Modelagem de dois corpos (AP e BP) com controle de vazão de extração para atender simultaneamente a demanda de energia e vapor de processo.
Parâmetros de Admissão & Operação
Balanço de Massa & EnergiaResultados Termodinâmicos
Simulação Ativa* Valores referenciais para triagem e estudos preliminares. A confirmação oficial de parâmetros operacionais, balanço térmico executivo e garantias de performance são consolidados após consulta técnica e análise comercial com a engenharia da TURBIVAP.
Diagrama de Consumo de Vapor x Carga (Linha de Willans)
Curva característica de turbomáquinas industriais. Mapeia dinamicamente a vazão de vapor requerida desde marcha em vazio (0 MW) até 115% de sobrecarga (VWO - Válvulas Totalmente Abertas).
| Estágio de Carga | Potência Ativa (MW) | Vazão Requerida (t/h) | Consumo Específico (CSVS) | Regime Térmico |
|---|---|---|---|---|
| 0% (Vazio) | 0.00 MW | 3.5 t/h | Infinito (Em Vazio) | Marcha em vazio para rotação síncrona |
| 25% | 1.75 MW | 15.1 t/h | 8.67 kg/kWh | Carga mínima técnica estável |
| 50% | 3.49 MW | 26.8 t/h | 7.66 kg/kWh | Meia carga operacional |
| 75% | 5.24 MW | 38.4 t/h | 7.33 kg/kWh | Carga econômica intermediária |
| 100% (Nominal)Ponto Ativo | 6.98 MW | 50.0 t/h | 7.16 kg/kWh | Ponto de projeto simulado |
| 115% (VWO) | 8.03 MW | 57.0 t/h | 7.10 kg/kWh | Sobrecarga permissível com válvulas totalmente abertas |
Memorial de Cálculo: Balanço de Massa e Potência de Turbogerador
1. Dados do Solicitante e Instalação Industrial
| Engenheiro / Solicitante: | Não informado | Empresa / Usina: | Não informada |
| E-mail Corporativo: | Não informado | Telefone / WhatsApp: | Não informado |
| Cargo / Função: | Engenharia de Confiabilidade / Manutenção | Perfil de Simulação: | Safra Sucroenergética |
2. Parâmetros Operacionais de Entrada (Inputs da Simulação)
| Variável de Processo | Valor Adotado | Unidade | Observação Técnica |
|---|---|---|---|
| Pressão de Admissão (P1) | 42 | bar abs | Temperatura de saturação Tsat = 253.01 °C |
| Temperatura de Admissão (T1) | 420 | °C | Grau de superaquecimento: +167 °C acima de Tsat |
| Pressão de Escape (P2) | 2.5 | bar abs | Contrapressão para Vapor de Processo Industrial |
| Tomada 1 de Extração | Inativa | - | Expansão sem Extração |
| Vazão Total de Admissão | 50.0 | t/h | Equivalente a 13.89 kg/s |
| Rendimentos de Projeto | Turbina: 82% | Gerador: 97% | % | Rendimento interno isentrópico e mecânico/elétrico |
3. Balanço de Energia e Potência Resultante (Outputs Calculados)
| Entalpia de Admissão (h1): | 3262.7 kJ/kg (Vapor Superaquecido) |
| Estado Termodinâmico no Escape: | Vapor Superaquecido (T = 144.4 °C, h2 = 2744.3 kJ/kg) |
| Equação de Willans (Cargas Parciais): | No-Load (0 MW): 3.5 t/h • 50%: 3.5 MW (26.8 t/h) • 100%: 6.98 MW (50.0 t/h) • VWO (+15%): 8.0 MW (57.0 t/h) |
Turbina de Contrapressão: O vapor de exaustão é direcionado integralmente para atender à demanda térmica do processo industrial.
* Valores referenciais calculados para triagem e dimensionamento conceitual. A confirmação oficial de parâmetros operacionais, balanço térmico executivo, especificações de revamp e garantias de performance contratuais são consolidados após consulta técnica e análise comercial com a engenharia da TURBIVAP.
Como Funciona a Expansão em Dois Corpos com Extração?
Em usinas de cogeração (especialmente no setor sucroenergético, papel & celulose e petroquímico), a turbina a vapor opera não apenas para gerar eletricidade, mas para fornecer vapor saturado ou levemente superaquecido para os processos térmicos da fábrica (cozimento, evaporação ou digestores).
Nesse arranjo, a massa total de vapor (m1) é admitida na seção de Alta Pressão (AP), gerando trabalho mecânico até a pressão de extração (Pext). Na tomada de extração, parte do vapor (m_ext) é sangrada para a indústria. A vazão remanescente (m1 - m_ext) continua expandindo pela seção de Baixa Pressão (BP) até a pressão de escape ou vácuo do condensador.
Contrapressão vs. Condensação: Comparativo Técnico
| Característica | Turbina de Contrapressão | Turbina de Condensação Pura | Condensação com Extração |
|---|---|---|---|
| Pressão de Escape (P2) | Acima da atmosférica (1.5 a 5.0 bar) | Vácuo profundo (0.05 a 0.15 bar abs) | Vácuo no escape + Pressão fabril na sangria |
| Salto Entálpico Útil (Δh) | Menor (350 a 550 kJ/kg) | Máximo (800 a 1150 kJ/kg) | Flexível conforme a demanda de processo |
| Consumo Específico (CSVS) | 6.5 a 10.0 kg/kWh | 3.2 a 4.8 kg/kWh | 4.0 a 7.5 kg/kWh (misto) |
| Perda Térmica no Condensador | Nenhuma (100% térmico aproveitado) | Alta (~55% rejeitado na água de resfriamento) | Proporcional à vazão que segue ao escape |
Perguntas Frequentes de Engenharia de Turbomáquinas (FAQ)
01. Como calcular a potência elétrica da turbina?
Multiplica-se a vazão mássica em kg/s pela queda entálpica útil real (Δh_real em kJ/kg) e pelo rendimento mecânico/elétrico do gerador (η_gen ≈ 97%). A queda entálpica real é obtida aplicando o rendimento isentrópico da turbina (η_turb ≈ 80-85%) sobre o salto isentrópico ideal IAPWS-IF97.
02. O que significa CSVS e como interpretá-lo?
O Consumo Específico de Vapor representa a massa de vapor necessária para gerar 1 kWh de eletricidade (kg/kWh). Um CSVS baixo indica alta eficiência de conversão mecânica. Em ciclos de contrapressão, o CSVS varia tipicamente de 6 a 9 kg/kWh; já em condensação pura sob vácuo, situa-se entre 3.2 e 4.5 kg/kWh.
03. Extração controlada vs. não controlada?
A extração controlada conta com válvulas internas (grid valves) no diafragma para manter a pressão de extração rigorosamente estável para a fábrica, mesmo oscilando a carga elétrica. A não controlada (bleed) não possui válvula de regulagem; sua pressão flutua conforme a vazão que atravessa a turbina.
04. Qual o risco de condensado no escape?
Se a umidade no escape ultrapassar 12% (título de vapor x < 0.88), as microgotículas de água em alta velocidade colidem com as palhetas móveis dos últimos estágios (L-0 e L-1), provocando cavitação erosiva severa, desbalanceamento dinâmico e risco iminente de quebra de palhetas.
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