¿Qué es la presión de la caldera y el condensador? Ciclo de Rankine: definición

Presiones de caldera y condensador. La eficiencia térmica de la turbina de vapor tiende a aumentar a medida que aumenta la presión de vapor promedio y / o disminuye la presión del condensador. Ingenieria termal

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

Ciclo Rankine - presión del condensador
La disminución de la presión de escape de la turbina aumenta el trabajo neto por ciclo, pero también disminuye la calidad del vapor del vapor de salida.

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.

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

Presión de la caldera

Ciclo Rankine - presión de la caldera
Un aumento en la presión de la caldera está en el resultado limitado por el material del recipiente a presión del reactor.

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.

Generador de vapor - intercambiador de calor de contraflujo
Gradientes de temperatura en el generador de vapor PWR típico.

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.

Parámetros típicos en la entrada de turbinas de condensación de PWR.
Parámetros típicos en la entrada de turbinas de condensación de PWR.

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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: [email protected] o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.