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Conductividad térmica de lana de roca

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de espesor dado (en metros) debido a una diferencia de temperatura . Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor y, por lo tanto, mayor será la efectividad del aislamiento. Valores de conductividad térmica típica para lanas minerales son entre 0.020 y 0.040W / m ∙ K .

En general, el aislamiento térmico se basa principalmente en la muy baja conductividad térmica de los gases . Los gases poseen malas propiedades de conducción térmica en comparación con líquidos y sólidos, y por lo tanto son un buen material de aislamiento si pueden quedar atrapados (por ejemplo, en una estructura similar a la espuma). El aire y otros gases son generalmente buenos aislantes. Pero el principal beneficio es la ausencia de convección. Por lo tanto, muchos materiales aislantes (por ejemplo, lana de roca ) funcionan simplemente al tener una gran cantidad de bolsas llenas de gas que evitan la convección a gran escala .

La alternancia de la bolsa de gas y el material sólido hace que el calor se transfiera a través de muchas interfaces, lo que provoca una disminución rápida del coeficiente de transferencia de calor.

Cómo funciona la manta térmica de emergencia

Cómo funciona la manta térmica de emergencia

Como se escribió, el aislamiento térmico se basa en el uso de sustancias con muy baja conductividad térmica. Pero a veces, la forma más efectiva de proteger a las personas o dispositivos de fugas o aumento de calor es usar un aislante de radiación térmica. La radiación térmica no requiere ningún medio para la transferencia de energía. Además, la transferencia de energía por radiación es más rápida (a la velocidad de la luz) y no sufre atenuación en el vacío.

A diferencia de la transferencia de calor por conducción o convección , que tiene lugar en la dirección de disminución de la temperatura, la transferencia de calor por radiación térmica puede ocurrir entre dos cuerpos separados por un medio más frío que ambos cuerpos. Por ejemplo, la radiación solar llega a la superficie de la tierra después de pasar a través de capas frías de la atmósfera a gran altura.

Para aislar la radiación térmica , se pueden usar mantas espaciales (dependiendo de la función, también conocida como manta Mylar , manta térmica de emergencia o manta de seguridad ). Las mantas espaciales fueron desarrolladas por primera vez por la NASA en 1964. Los aisladores altamente reflectantes a menudo se incluyen en kits de emergencia (por lo tanto, mantas térmicas de emergencia) y también son utilizados por corredores de larga distancia después de terminar una carrera para evitar un gran cambio en la temperatura corporal. Las mantas espaciales están diseñadas para reflejar el calor de regreso al cuerpo o desviar el calor.cuando se usan como refugio del sol, se pueden usar para aislar todo, desde los rovers de Marte hasta los corredores de maratón, desde satélites hasta protectores solares y desde cohetes hasta residencias. Es una de las escisiones más simples pero más versátiles que salen de la Agencia. Las láminas altamente reflectantes en las barreras radiantes y los sistemas de aislamiento reflectante reflejan el calor radiante lejos de las personas y los espacios habitables, lo que los hace particularmente útiles en climas muy fríos.

En caso de mantas térmicas de emergencia, las mantas se utilizan para prevenir / contrarrestar la hipotermia. Su tamaño compacto antes de desplegarse y su peso ligero los hace ideales cuando el espacio es escaso. Pueden incluirse en botiquines de primeros auxilios y también en equipos de campamento. Su diseño reduce la pérdida de calor en el cuerpo de una persona, que de otro modo ocurriría especialmente debido a:

• Radiación termal. Como se escribió, la transferencia de calor por radiación Esto se logra minimizando la velocidad de transferencia de calor radiante, q [W / m ² ], desde un cuerpo a su entorno es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta . En este caso, la emisividad de un material también juega un papel muy importante. La emisividad, ε , de la superficie de un material es su efectividad en la emisión de energía como radiación térmica.y varía entre 0.0 y 1.0. La superficie de un cuerpo negro emite radiación térmica a una velocidad de aproximadamente 448 vatios por metro cuadrado a temperatura ambiente (25 ° C, 298,15 K). Los objetos reales con emisividades inferiores a 1.0 (p. Ej., Papel de aluminio) emiten radiación a tasas proporcionalmente más bajas (p. Ej. 448 x 0.07 = 31.4 W / m ² ). Ver también: Ley de radiación térmica de Kirchhoff
• Evaporación de agua y convección a gran escala. Las mantas térmicas generalmente están hechas de lámina hermética BoPET (tereftalato de polietileno orientado biaxialmente) , lo que las hace impermeables y a prueba de viento. Esto evita la convección a gran escala y las pérdidas de calor causadas por la evaporación de la transpiración.

El  poder emisivo del cuerpo negro ,  E _b  [W / m ² ] , de un cuerpo negro a su entorno es proporcional al  cuarto poder  de la temperatura absoluta y puede expresarse mediante la siguiente ecuación:

E _b  = σT ⁴

donde  σ  es una constante física fundamental llamada constante de  Stefan-Boltzmann , que es igual a  5.6697 × 10 ^-8 W / m ² K ⁴  y T es la temperatura absoluta de la superficie en K.

Materiales de aislamiento

Como se escribió, el aislamiento térmico se basa en el uso de sustancias con muy baja conductividad térmica . Estos materiales se conocen como materiales aislantes . Los materiales de aislamiento comunes son lana, fibra de vidrio, lana de roca, poliestireno, poliuretano, plumas de ganso, etc. Estos materiales son muy malos conductores de calor y, por lo tanto, buenos aislantes térmicos.

Tipos de aislamiento: categorización de materiales de aislamiento

Para materiales de aislamiento, se pueden definir tres categorías generales. Estas categorías se basan en la composición química del material base a partir del cual se produce el material aislante.

En lecturas adicionales, hay una breve descripción de estos tipos de materiales de aislamiento.

Materiales de aislamiento inorgánico

Como se puede ver en la figura, los materiales inorgánicos se pueden clasificar en consecuencia:

• Materiales fibrosos
  • Lana de vidrio
  • Lana mineral de roca
• Materiales celulares
  • Calcium silicate
  • Cellular glass

Ejemplo: paneles de aislamiento al vacío

Una fuente importante de pérdida de calor de una casa es a través de las paredes. Calcule la tasa de flujo de calor a través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está hecha de ladrillos con la conductividad térmica de k ₁ = 1.0 W / mK (pobre aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior son 22 ° C y -8 ° C, y los coeficientes de transferencia de calor por convección en los lados interior y exterior son h ₁ = 10 W / m ² K y h ₂ = 30 W / m ²K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida especialmente de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

1. Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared no aislada.
2. Ahora suponga aislamiento térmico en el lado exterior de esta pared. Utilice paneles de aislamiento al vacío de 10 cm de espesor (L ₂ ) con la conductividad térmica de k ₂ = 0.013 W / mK y calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared compuesta.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de conducción y convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor en general , conocido como un factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a la ley de enfriamiento de Newton :

El coeficiente global de transferencia de calor está relacionado con la resistencia térmica total y depende de la geometría del problema.

1. pared desnuda

Suponiendo que la transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el coeficiente global de transferencia de calor se puede calcular como:

El coeficiente global de transferencia de calor es entonces:

U = 1 / (1/10 + 0.15 / 1 + 1/30) = 3.53 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular simplemente como:

q = 3.53 [W / m ² K] x 30 [K] = 105.9 W / m ²

La pérdida total de calor a través de este muro será:

q _pérdida = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177W

2. pared compuesta con aislamiento térmico

Suponiendo que la transferencia de calor unidimensional a través de la pared compuesta plana, sin resistencia de contacto térmico y sin tener en cuenta la radiación, el coeficiente global de transferencia de calor se puede calcular como:

El coeficiente global de transferencia de calor es entonces:

U = 1 / (1/10 + 0.15 / 1 + 0.1 / 0.013 + 1/30) = 0.125 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular simplemente como:

q = 0.125 [W / m ² K] x 30 [K] = 3.76 W / m ²

La pérdida total de calor a través de este muro será:

q _pérdida = q. A = 3.76 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 113 W

Como se puede ver, una adición de aislante térmico causa una disminución significativa en las pérdidas de calor. Debe agregarse, una adición de la siguiente capa de aislante térmico no causa un ahorro tan alto. Esto se puede ver mejor con el método de resistencia térmica, que se puede utilizar para calcular la transferencia de calor a través de paredes compuestas . La tasa de transferencia de calor constante entre dos superficies es igual a la diferencia de temperatura dividida por la resistencia térmica total entre esas dos superficies.

Eficiencia térmica para ciclo diésel

Dado que el principio de Carnot establece que ningún motor puede ser más eficiente que un motor reversible ( un motor térmico de Carnot ) que opera entre los mismos depósitos de alta temperatura y baja temperatura, el motor Diesel debe tener una eficiencia menor que la eficiencia de Carnot. Un motor automotriz diesel típico opera con alrededor del 30% al 35% de eficiencia térmica. Aproximadamente 65-70% se rechaza como calor residual sin convertirse en trabajo útil, es decir, trabajo entregado a las ruedas. En general, los motores que usan el ciclo Diesel suelen ser más eficientes que los motores que usan el ciclo Otto. El motor diesel tiene la mayor eficiencia térmica de cualquier motor de combustión práctico. Motores diesel de baja velocidad(como se usa en los barcos) puede tener una eficiencia térmica que excede el 50% . El motor diésel más grande del mundo alcanza el 51,7%.

En general, la eficiencia térmica , η _º , de cualquier motor de calor se define como la relación de la obra lo hace, W , para el calor de entrada a la alta temperatura, Q _H .

La eficiencia térmica , η _th , representa la fracción de calor , Q _H , que se convierte en trabajo . Dado que la energía se conserva de acuerdo con la primera ley de la termodinámica y la energía no se puede convertir en trabajo por completo, la entrada de calor, Q _H , debe ser igual al trabajo realizado, W, más el calor que se debe disipar como calor residual Q _C en el ambiente. Por lo tanto, podemos reescribir la fórmula para la eficiencia térmica como:

El calor absorbido ocurre durante la combustión de la mezcla de combustible y aire, cuando se produce la chispa, aproximadamente a un volumen constante. Dado que durante un proceso isocrórico no hay trabajo realizado por o sobre el sistema, la primera ley de la termodinámica dicta ∆U = ∆Q. Por lo tanto, el calor agregado y rechazado están dados por:

Q _add = mc _p (T ₃ – T ₂ )

Q _out = mc _v (T ₄ – T ₁ )

Sustituyendo estas expresiones por el calor agregado y rechazado en la expresión por rendimientos de eficiencia térmica:

Esta ecuación se puede reorganizar a la forma con la relación de compresión y la relación de corte. Eficiencia térmica para ciclo diésel:

dónde

• η _Diesel es la máxima eficiencia térmica de un ciclo Diesel
• α es la relación de corte V ₃ / V ₂ (es decir, la relación de volúmenes al final y al inicio de la fase de combustión)
• CR es la relación de compresión
• κ = c _p / c _v = 1.4

Es una conclusión muy útil, porque es deseable lograr una alta relación de compresión para extraer más energía mecánica de una masa dada del combustible. Como hemos concluido en la sección anterior, la eficiencia térmica del ciclo Otto estándar de aire también es una función de la relación de compresión y κ.

Cuando los comparamos con las fórmulas, se puede ver que para una relación de compresión (CR) dada, el ciclo Otto será más eficiente que el ciclo Diesel. Pero los motores diésel suelen ser más eficientes, ya que pueden funcionar a relaciones de compresión más altas.

En los motores Otto comunes, la relación de compresión tiene sus límites. La relación de compresión en un motor de gasolina generalmente no será mucho mayor que 10: 1. Las relaciones de compresión más altas harán que los motores de gasolina estén sujetos a golpes de motor, causados ​​por la autoignición de una mezcla no quemada, si se usa combustible con menor octanaje. En los motores diesel hay un riesgo mínimo de autoignición del combustible, porque los motores diesel son motores de encendido por compresión y no hay combustible en el cilindro al comienzo de la carrera de compresión.

Ver también: Ciclo diésel: problema con la solución

Ver también: relación de compresión

Mejora de la eficiencia térmica – Ciclo Rankine

Existen varios métodos, ¿cómo puede mejorar la eficiencia térmica del ciclo de Rankine? Suponiendo que la temperatura máxima está limitada por la presión dentro del recipiente a presión del reactor, estos métodos son:

• Presiones de caldera y condensador
• Sobrecalentamiento y recalentamiento
• Regeneración de calor
• Ciclo supercrítico de Rankine

Sobrecalentamiento y recalentamiento

En cuanto al ciclo de Carnot, la eficiencia térmica tiende a aumentar a medida que aumenta la temperatura promedio a la que se agrega energía por transferencia de calor. Esta es la característica común de todos los ciclos termodinámicos.

Una de las formas posibles es sobrecalentar o recalentar el vapor de trabajo. Ambos procesos son muy similares en su forma:

• Sobrecalentador : aumenta la temperatura del vapor por encima de la temperatura de saturación
• Recalentador : elimina la humedad y aumenta la temperatura del vapor después de una expansión parcial.

El proceso de sobrecalentamiento es la única forma de aumentar la temperatura máxima del ciclo de Rankine (y aumentar la eficiencia) sin aumentar la presión de la caldera. Esto requiere la adición de otro tipo de intercambiador de calor llamado sobrecalentador , que produce el vapor sobrecalentado .

El vapor sobrecalentado o vapor sobrecalentado es un vapor a una temperatura superior a su punto de ebullición a la presión absoluta donde se mide la temperatura.

El recalentamiento permite liberar más calor a una temperatura cercana al pico del ciclo. Esto requiere la adición de otro tipo de intercambiador de calor llamado recalentador . El uso del recalentador implica dividir la turbina, es decir, el uso de una turbina multietapa con un recalentador. Se observó que más de dos etapas de recalentamiento son innecesarias, ya que la siguiente etapa aumenta la eficiencia del ciclo solo la mitad que la etapa anterior.

Las etapas de alta y baja presión de la turbina generalmente están en el mismo eje para impulsar un generador común, pero tienen casos separados. Con un recalentador , el flujo se extrae después de una expansión parcial (punto D), vuelve a pasar por el intercambiador de calor para calentarlo hasta la temperatura máxima (punto E) y luego pasa a la turbina de baja presión. La expansión se completa en la turbina de baja presión desde el punto E al punto F.

En el sobrecalentador , el calentamiento adicional a presión fija da como resultado aumentos tanto en la temperatura como en el volumen específico. El proceso de sobrecalentamiento del vapor de agua en el diagrama Ts se proporciona en la figura entre el estado E y la curva de vapor de saturación. Como se puede ver, también las turbinas de vapor húmedo (p. Ej., Utilizadas en centrales nucleares) utilizan vapor sobrecalentado, especialmente en la entrada de etapas de baja presión. Típicamente, la mayoría de las plantas de energía nuclear opera turbinas de vapor húmedo de condensación de múltiples etapas(la etapa de alta presión funciona con vapor saturado). En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe vapor (este vapor es vapor casi saturado – x = 0.995 – punto C en la figura) de un generador de vapor y lo expulsa al separador-recalentador de humedad (punto D). El vapor debe ser recalentado o sobrecalentado.con el fin de evitar daños que puedan ser causados ​​a palas de turbina de vapor por vapor de baja calidad. El alto contenido de gotas de agua puede causar el impacto rápido y la erosión de las cuchillas, lo que ocurre cuando el agua condensada se lanza sobre las cuchillas. Para evitar esto, se instalan drenajes de condensado en la tubería de vapor que conduce a la turbina. El recalentador calienta el vapor (punto D) y luego el vapor se dirige a la etapa de baja presión de la turbina de vapor, donde se expande (punto E a F). El vapor agotado está a una presión muy por debajo de la atmosférica y, como se puede ver en la imagen, el vapor está en un estado parcialmente condensado (punto F), típicamente de una calidad cercana al 90%, pero es una calidad de vapor mucho mayor, que eso sería sin recalentar. En consecuencia, el sobrecalentamiento también tiende a aliviar el problema de la baja calidad del vapor en el escape de la turbina.

Dado que la temperatura del refrigerante primario está limitada por la presión dentro del reactor, los sobrecalentadores (excepto un recalentador separador de humedad) no se usan en plantas de energía nuclear y funcionan generalmente con una sola turbina de vapor húmedo.

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Mejora de la eficiencia térmica – Ciclo Rankine

Existen varios métodos, ¿cómo puede mejorar la eficiencia térmica del ciclo de Rankine? Suponiendo que la temperatura máxima está limitada por la presión dentro del recipiente a presión del reactor, estos métodos son:

• Presiones de caldera y condensador
• Sobrecalentamiento y recalentamiento
• Regeneración de calor
• Ciclo supercrítico de Rankine

Presiones de caldera y condensador

Al igual que en el ciclo de Carnot , Otto y Brayton , la eficiencia térmica tiende a aumentar a medida que aumenta la temperatura promedio a la que se agrega energía por transferencia de calor y / o disminuye la temperatura promedio a la que se rechaza la energía. Esta es la característica común de todos los ciclos termodinámicos.

Presión del condensador

El caso de la disminución de la temperatura promedio a la cual se rechaza la energía, requiere una disminución de la presión dentro del condensador (es decir, la disminución de la temperatura de saturación ). La presión de condensador más baja posible es la presión de saturación correspondiente a la temperatura ambiente (es decir, presión absoluta de 0.008 MPa, que corresponde a 41.5 ° C). El objetivo de mantener la presión de escape de turbina práctica más baja es una razón principal para incluir el condensador en una central térmica. El condensador proporciona un vacío que maximiza la energía extraída del vapor, lo que resulta en un aumento significativo en el trabajo neto y la eficiencia térmica. Pero también este parámetro (presión del condensador) tiene sus límites de ingeniería:

• Disminuir la presión de escape de la turbina disminuye la calidad del vapor (o fracción de sequedad). En algún momento, se debe finalizar la expansión para evitar daños que puedan ser causados ​​a las aspas de la turbina de vapor por vapor de baja calidad .
• La disminución de la presión de escape de la turbina aumenta significativamente el volumen específico de vapor extraído, lo que requiere palas enormes en las últimas filas de la etapa de baja presión de la turbina de vapor.

En las turbinas de vapor húmedo típicas, el vapor agotado se condensa en el condensador y está a una presión muy inferior a la atmosférica (presión absoluta de 0.008 MPa, que corresponde a 41.5 ° C). Este vapor está en un estado parcialmente condensado (punto F), típicamente de una calidad cercana al 90%. Tenga en cuenta que siempre hay una diferencia de temperatura entre (alrededor de ΔT = 14 ° C) la temperatura del condensador y la temperatura ambiente, que se origina en el tamaño finito y la eficiencia de los condensadores.

Presión de la caldera

El caso del aumento de la temperatura promedio a la que se agrega energía por transferencia de calor, requiere un sobrecalentamiento del vapor producido o un aumento de la presión en la caldera (generador de vapor). El sobrecalentamiento no es típico de las centrales nucleares.

Típicamente, la mayoría de las plantas de energía nuclear opera turbinas de vapor de condensación de etapas múltiples . En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe vapor (este vapor es vapor casi saturado – x = 0.995 – punto C en la figura; 6 MPa ; 275.6 ° C). Como ni el generador de vapor es 100% eficiente, siempre hay una diferencia de temperatura entre la temperatura de saturación (lado secundario) y la temperatura del refrigerante primario.

En un reactor de agua a presión típico, el refrigerante primario caliente ( agua 330 ° C; 626 ° F ) se bombea al generador de vapor a través de la entrada primaria. Esto requiere mantener presiones muy altas para mantener el agua en estado líquido. Para evitar la ebullición del refrigerante primario y proporcionar un margen de subenfriamiento (la diferencia entre la temperatura del presurizador y la temperatura más alta en el núcleo del reactor), las presiones alrededor de 16 MPa son típicas para los PWR . El recipiente a presión del reactor es el componente clave, que limita la eficiencia térmica de cada planta de energía nuclear, ya que el recipiente del reactor debe soportar altas presiones.

Condensador principal – Condensador de vapor

El sistema del condensador de vapor principal (MC) está diseñado para condensar y desairear el vapor de escape de la turbina principal y proporcionar un disipador de calor para el sistema de derivación de la turbina. El vapor extraído de las turbinas de LP se condensa al pasar sobre tubos que contienen agua del sistema de enfriamiento. Hay una unidad condensadora principal debajo de cada turbina de LP , generalmente debajo de la turbina con su eje perpendicular al eje de la turbina. Dado que las plantas de energía nuclear suelen contener también un condensador auxiliar (por ejemplo, para condensar el vapor de las bombas de agua de alimentación impulsadas por vapor), los ingenieros utilizan el término ” condensador principal “.

La presión dentro del condensador viene dada por la temperatura del aire ambiente (es decir, la temperatura del agua en el sistema de enfriamiento) y por eyectores de vapor o bombas de vacío, que extraen los gases (no condensables) del condensador de superficie y los expulsan a la atmósfera. La presión dentro del condensador determina la salida de potencia total del sistema de conversión de potencia. Las centrales térmicas suelen estar equipadas con los llamados ” condensadores de superficie “.

El vapor condensado (ahora llamado condensado ) se recoge en el pozo del condensador. La fuente de agua caliente del condensador también proporciona una capacidad de almacenamiento de agua, que se requiere para fines operativos como la distribución del agua de alimentación. El condensado (líquido saturado o ligeramente subenfriado) se entrega a la bomba de condensado y luego se bombea mediante bombas de condensado al desaireador a través del sistema de calentamiento del agua de alimentación . Las bombas de condensado aumentan la presión generalmente a aproximadamente p = 1-2 MPa. Por lo general, hay cuatro bombas centrífugas de condensado de un tercio de capacidad con cabezales de succión y descarga comunes. Normalmente hay tres bombas en funcionamiento con una en la copia de seguridad.

Parámetros del condensador principal

El condensador debe mantener un vacío bajo suficiente para aumentar la eficiencia de la central eléctrica. Las bombas de vacío mantienen un vacío suficiente en el condensador mediante la extracción de aire y gases no condensados. La presión de condensador más baja posible es la presión de saturación correspondiente a la temperatura ambiente (por ejemplo, presión absoluta de 0.008 MPa, que corresponde a 41.5 ° C ). Tenga en cuenta que siempre hay una diferencia de temperatura entre (alrededor de ΔT = 14 ° C) la temperatura del condensador y la temperatura ambiente, que se origina en el tamaño finito y la eficiencia de los condensadores. Dado que ninguno de los condensadores es un intercambiador de calor 100% eficiente, siempre hay una diferencia de temperatura entre la temperatura de saturación (lado secundario) y la temperatura del refrigerante en el sistema de enfriamiento. Además, existe una ineficiencia en el diseño, que disminuye la eficiencia general de la turbina. Idealmente, el vapor extraído al condensador no tendría subenfriamiento . Pero los condensadores reales están diseñados para subenfriar el líquido unos pocos grados centígrados para evitar la cavitación por succión en las bombas de condensado. Pero, este subenfriamiento aumenta la ineficiencia del ciclo, porque se necesita más energía para recalentar el agua.

El objetivo de mantener la presión de escape de turbina práctica más baja es una razón principal para incluir el condensador en una central térmica. El condensador proporciona un vacío que maximiza la energía extraída del vapor, lo que resulta en un aumento significativo del trabajo neto y la eficiencia térmica. Pero también este parámetro (presión del condensador) tiene sus límites de ingeniería:

• Disminuir la presión de escape de la turbina disminuye la calidad del vapor (o fracción de sequedad). En algún momento, se debe finalizar la expansión para evitar daños que puedan ser causados ​​a las aspas de la turbina de vapor por vapor de baja calidad .
• La disminución de la presión de escape de la turbina aumenta significativamente el volumen específico de vapor extraído, lo que requiere palas enormes en las últimas filas de la etapa de baja presión de la turbina de vapor.

En una turbina de vapor húmedo típica , el vapor agotado se condensa en el condensador y está a una presión muy inferior a la atmosférica (presión absoluta de 0.008 MPa, que corresponde a 41.5 ° C). Este vapor está en un estado parcialmente condensado (punto F), típicamente de una calidad cercana al 90%. Tenga en cuenta que la presión dentro del condensador también depende de las condiciones atmosféricas ambientales:

• temperatura del aire, presión y humedad en caso de enfriamiento a la atmósfera
• temperatura del agua y caudal en caso de enfriamiento en un río o mar

Un aumento en la temperatura ambiente provoca un aumento proporcional en la presión del vapor agotado ( ΔT = 14 ° C suele ser una constante), por lo tanto, la eficiencia térmica del sistema de conversión de energía disminuye. En otras palabras, la salida eléctrica de una planta de energía puede variar con las condiciones ambientales , mientras que la energía térmica permanece constante.

Para mantener los parámetros dentro del condensador (0.008 MPa y 41.5 ° C), el agua  de enfriamiento del sistema de enfriamiento debe estar suficientemente fría y no puede haber una gran diferencia de temperatura entre la temperatura del agua de salida y la de entrada, por lo tanto, el caudal a través del sistema de enfriamiento debe ser muy alto. El caudal a través del sistema de enfriamiento (con torres de enfriamiento húmedo) puede ser de hasta 100 000 m 3 / h (27,7 m 3 / s). La entrada de agua del condensador puede tener aproximadamente 22 ° C (dependiendo en gran medida de las condiciones ambientales), mientras que la salida del condensador puede tener aproximadamente 25 ° C. Los sistemas de enfriamiento de agua de mar funcionan a caudales más altos, por ejemplo, 130 000 m 3 / h.

Sistema de derivación de turbina – Sistema de descarga de vapor de turbina

El sistema de derivación de la turbina (TBS) o el sistema de descarga de vapor de la turbina proporciona flexibilidad operativa para que la planta pueda aceptar ciertos cambios de carga sin perturbar el sistema de suministro de vapor nuclear (NSSS). La función del sistema de derivación de la turbina es eliminar el exceso de energía del sistema de refrigeración del reactor mediante la descarga de un porcentaje establecido del flujo de vapor principal nominal directamente a los condensadores principales , es decir, evitando la turbina. Este calor se rechaza al condensador a través de las válvulas de descarga de vapor. La capacidad del sistema depende del diseño de ciertas plantas, pero puede representar alrededor del 40-50% de la producción nominal de vapor. Las válvulas de descarga de vapor se abren automáticamente bajo una reducción repentina en la carga del generador de turbina o un disparo de la turbina , lo que provoca un aumento en la presión del sistema.

De hecho, el sistema de derivación de la turbina generalmente corrige la presión del sistema de la unidad de conversión de potencia. Por ejemplo, durante una reducción de la carga de la turbina (por ejemplo, causada por la falla de 1/3 de las bombas de condensado), el sistema de control automático del reactor no puede reducir la potencia térmica del reactor tan rápido como la potencia de la turbina debe disminuir. En estas condiciones, se produce un desequilibrio de potencia (NSSS / Turbine-Generator), con una potencia del reactor mayor que la carga del sistema secundario (es decir, se agrega más calor al refrigerante del reactor que el eliminado por el secundario a través de los generadores de vapor ). Este desequilibrio de potencia hace que aumente la presión dentro de los generadores de vapor, lo que resulta en un aumento de la temperatura del refrigerante del reactor. Como la temperatura de entrada del núcleo es limitada, el sistema de derivación de la turbina está diseñado para establecerequilibrio entre el circuito primario y el circuito secundario, lo que limita este aumento de temperatura no deseado.

El TBS no es un sistema de seguridad , ya que no se requiere para un cierre seguro, ya que las válvulas de alivio y seguridad se operan en condiciones de emergencia. No es necesario que el sistema de derivación de la turbina funcione como un disipador de calor para la prevención o mitigación de accidentes postulados. La falla del TBS durante una reducción de carga o un disparo de la turbina daría como resultado el accionamiento de las válvulas de alivio y posiblemente de las válvulas de seguridad.

Véase también: NUREG-0800, Plan de revisión estándar para la revisión de informes de análisis de seguridad para centrales nucleares: edición LWR

El sistema de derivación de la turbina también se usa en el modo de control de presión durante el enfriamiento de la planta, el calentamiento de la planta y el arranque de la planta. Por ejemplo, antes de sincronizar el generador a la red, el reactor debe funcionar en el ” modo de potencia ” (por ejemplo, al 30% de la potencia nominal), mientras que la producción de vapor se deriva al condensador. Las válvulas de derivación de la turbina se cierran automáticamente cuando se ingresa vapor a la turbina.