¿Qué es el sistema de refrigeración? – Sistema de circulación de agua – Definición

El sistema de enfriamiento o el sistema de circulación de agua proporciona un suministro continuo de agua de enfriamiento al condensador principal para eliminar el calor rechazado por la turbina y los sistemas auxiliares. Ingenieria termal

Sistema de enfriamiento – Sistema de circulación de agua

Sistema de enfriamiento - Torre de enfriamientoEl sistema de refrigeración o el sistema de circulación de agua proporciona un suministro continuo de agua de refrigeración al condensador principal para eliminar el calor rechazado por la turbina y los sistemas auxiliares (por ejemplo, el sistema de derivación de la turbina ). En este proceso, el agua de enfriamiento se calienta. Esta energía es rechazada a la atmósfera a través de torres de enfriamiento o directamente al agua de mar o al río. Tenga en cuenta que no todas las plantas de energía nuclear tienen torres de enfriamiento y, por el contrario, el mismo tipo de torres de enfriamiento a menudo se usa también en grandes plantas de energía a carbón.

Sistema de enfriamiento en turbinas de vapor húmedo

En una turbina de vapor de condensación 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%.

Ciclo Rankine - Diagrama Ts
Ciclo de Rankine – diagrama Ts

La presión dentro del condensador (por lo tanto, la entalpía del vapor de salida) viene dada por la temperatura del aire ambiente (es decir, la temperatura del agua en el sistema de enfriamiento ). y otros parámetros:

  • 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 puede causar 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 puede disminuir. En otras palabras, la salida eléctrica de una planta de energía puede variar con las condiciones ambientales , mientras que la energía térmica permanece constante.

Cabe señalar que también hay un límite inferior para la temperatura de salida del vapor, por lo tanto, para el sistema de enfriamiento. Por debajo de 0.008 MPa y 41.5 ° C, el volumen específico de vapor agotado aumenta significativamente, lo que requiere palas enormes en las últimas filas de la etapa de baja presión de la turbina de vapor . Además, con una disminución en la presión de escape de la turbina, la calidad del vapor disminuye (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 .

Parámetros típicos en un condensador de turbinas de condensación.
Parámetros típicos en un condensador de turbinas de condensación.

En las centrales nucleares modernas, la eficiencia térmica general es de aproximadamente un tercio (33%), por lo que se necesitan 3000 MWth de energía térmica de la reacción de fisión para generar 1000 MWe de energía eléctrica. Por lo tanto, se deben rechazar aproximadamente 2000 MW de energía inutilizable para cumplir con la segunda ley de la termodinámica .

Para mantener los parámetros dentro del condensador (0.008 MPa y 41.5 ° C), el agua 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). El agua de entrada al condensador puede tener aproximadamente 22 ° C (fuertemente dependiendo 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. En general, la energía puede ser rechazada a la atmósfera a través de torres de enfriamiento o directamente al agua de mar o al río.

Condensador - Calentadores LP - Desaireador

Torres de enfriamiento

Las torres de enfriamiento son dispositivos que rechazan el calor residual a la atmósfera a través del enfriamiento de una corriente de agua a una temperatura más baja. Las torres de enfriamiento se construyen en lugares donde hay escasez de agua . Al usar torres de enfriamiento, se reduce el requerimiento de agua de enfriamiento y solo se debe suministrar agua de reposición. Las torres de enfriamiento reducen significativamente la demanda de agua de enfriamiento, pero se logra a expensas de grandes costos de capital.

Con respecto al mecanismo de transferencia de calor empleado, los tipos principales son:

Las torres de enfriamiento en seco funcionan mediante transferencia de calor a través de una superficie que separa el fluido de trabajo del aire ambiente, como en un intercambiador de calor de tubo a aire, utilizando transferencia de calor por convección. No utilizan la evaporación, por lo tanto, el consumo de agua de reposición es mínimo.

Las torres de enfriamiento húmedo (o las torres de enfriamiento de circuito abierto) funcionan según el principio del enfriamiento por evaporación . El enfriamiento por evaporación es la adición de vapor de agua al aire, lo que provoca una disminución de la temperatura del aire y del agua también. La energía necesaria para evaporar el agua se toma de la masa de agua restante, reduciendo así su temperatura . El agua de enfriamiento de la planta se bombea a una altura de aproximadamente 10 my se distribuye sobre el relleno de la torre de enfriamiento , cayendo en cascada hasta el pozo en el fondo. Dentro de la torre de enfriamiento húmedo, se agregan rellenos para aumentar la superficie de contacto, así como el tiempo de contacto entre el aire y el agua, para proporcionar una mejor transferencia de calor.

Casi todas las plantas de energía nuclear, que usan torres de enfriamiento, usan torres de enfriamiento húmedo basadas en el principio del enfriamiento por evaporación. Parte del agua, aproximadamente el 1%, pasa al aire en forma de vapor de agua al absorber su calor latente de vaporización del agua restante y, por lo tanto, provoca la reducción de la temperatura del agua a medida que el aire ambiental pasa por un flujo de agua. El agua restante (enfriada) se recoge en un sumidero en la parte inferior de la torre y se devuelve al condensador.

Los tipos de torres de enfriamiento sobre la base del proyecto (método de circulación de aire) son:

  • Torres de enfriamiento de tiro natural . Las torres de enfriamiento de tiro natural utilizan la flotabilidad a través de una chimenea hiperboloide alta . Las torres de enfriamiento hiperboloide son típicas de las torres de enfriamiento de tiro natural debido a su resistencia estructural y al hecho de que la forma hiperboloide también ayuda a acelerar el flujo de aire convectivo ascendente , mejorando la eficiencia de enfriamiento. En esta torre de enfriamiento, el agua de enfriamiento caliente (por ejemplo, 25 ° C) del condensador se bombea a una altura de aproximadamente 10 m, ingresa a la torre y luego se rocía sobre las bandejas. Gotitas de aguase cae y se encuentra con el aire más frío que entra desde el fondo de la torre que está abierto a la atmósfera. El agua caliente (por ejemplo, 25 ° C) cede su calor al aire y se enfría (por ejemplo, 22 ° C). El aire cálido y húmedo se eleva naturalmente debido al diferencial de densidad en comparación con el aire exterior seco y frío. El aire cálido y húmedo es menos denso que el aire seco a la misma presión. Esta flotabilidad del aire húmedo produce una corriente ascendente de aire a través de la torre hiperboloide. El agua enfriada cae en forma de lluvia y se recoge en el estanque en la parte inferior de la torre.
  • Torres de enfriamiento de tiro mecánico. En general, en las torres de enfriamiento de tiro mecánico, el aire circula con el uso de un dispositivo mecánico como un ventilador o un ventilador.
    • Torres de enfriamiento de tiro forzado . Las torres de enfriamiento de tiro forzado utilizan el ventilador, que se instala en la parte inferior de la torre. Esto produce altas velocidades de entrada y baja velocidad de aire, por lo tanto, estas torres son mucho más susceptibles a la recirculación.
    • Torres de enfriamiento de tiro inducido. Las torres de enfriamiento de tiro inducido utilizan el ventilador, que se instala en la parte superior de la torre. Esto produce bajas velocidades de entrada y salida de aire, reduciendo la posibilidad de recirculación en la cual el aire descargado fluye de regreso a la entrada de aire.
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