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.
