O que é o ciclo Rankine?
O ciclo Rankine é um termo que descreve um processo que utiliza calor para realizar o trabalho. É nomeado após o engenheiro e físico escocês William John Macquorn Rankine. Geralmente, o calor produz vapor que aciona uma turbina. É usado principalmente para gerar eletricidade e, a partir de 2011, responde por aproximadamente 80% da eletricidade usada em todo o mundo.
O princípio básico envolve um fluido - geralmente água, mas chamado de "fluido de trabalho" - fluindo em um circuito fechado com quatro componentes principais: uma bomba, uma caldeira, uma turbina e um condensador. Na caldeira, uma fonte de calor externa converte o líquido de trabalho líquido em um vapor que aciona a turbina e depois é condensado em um líquido, que é bombeado de volta para a caldeira. O vapor sai da caldeira a uma alta temperatura - até 1.000 ° F (538 ° C) - e pressão - até 4.500 psig (31.026,4 kPag) - e é a expansão desse gás quente e de alta pressão que aciona a turbina eixo, produzindo uma rotação que pode gerar eletricidade ou acionar um motor. A eficiência do ciclo Rankine pode atingir cerca de 40%.
Esse processo é a base para a maioria das usinas de energia onde o combustível é usado como fonte de calor para gerar eletricidade. O combustível pode ser petróleo, carvão, gás, biomassa ou nuclear; Como a fonte de calor é externa, qualquer coisa que possa gerar calor suficiente pode ser usada. A tecnologia do ciclo Rankine em menor escala também pode ser usada para explorar o calor residual das usinas tradicionais. Por exemplo, usinas de queima de gás usam turbinas de combustão que geram gases de escape quentes, pois, diferentemente das turbinas de ciclo Rankine, elas não operam em circuito fechado. É possível combiná-los com um gerador de ciclo Rankine que utiliza o gás quente para produzir o vapor, melhorando bastante a eficiência energética.
Outros fluidos que não a água podem ser usados em um ciclo Rankine, onde oferecem vantagens em aplicações específicas. Por exemplo, usinas que operam em condições muito frias podem exigir um fluido com um ponto de congelamento mais baixo. Vários fluidos orgânicos foram utilizados e o pentano foi empregado com sucesso em um gerador de ciclo Rankine que explora os gases de escape quentes de uma estação de energia a gás como fonte de calor, conforme descrito acima. Um processo que usa fluido orgânico dessa maneira é conhecido como ciclo orgânico de Rankine (ORC).
Muitos projetos de energia renovável usam a tecnologia ORC para gerar energia. É frequentemente usado em usinas geotérmicas, e esse sistema foi adaptado para ser usado em algumas usinas de energia solar, onde a luz do sol é focada para fornecer calor para impulsionar o ciclo. Geradores de pequena escala que usam essa tecnologia se tornaram disponíveis para explorar o calor residual de uma variedade de processos industriais.