O que é condutividade térmica de água e vapor – Definição

Condutividade térmica da água e do vapor

Água e vapor são um fluido comum usado para a troca de calor no circuito primário (da superfície das barras de combustível ao fluxo do líquido refrigerante) e no circuito secundário. É utilizado devido à sua disponibilidade e alta capacidade de calor, tanto para refrigeração quanto para aquecimento. É especialmente eficaz para transportar calor através da vaporização e condensação da água devido ao seu calor latente muito grande de vaporização .

Uma desvantagem é que os reatores moderados a água precisam usar o circuito primário de alta pressão para manter a água no estado líquido e para obter eficiência termodinâmica suficiente. Água e vapor também reagem com metais comumente encontrados em indústrias como aço e cobre, que são oxidados mais rapidamente por água e vapor não tratados. Em quase todas as centrais térmicas (carvão, gás, nuclear), a água é usada como fluido de trabalho (usado em um circuito fechado entre caldeira, turbina a vapor e condensador) e o líquido de arrefecimento (usado para trocar o calor residual por um corpo de água) ou transportá-lo por evaporação em uma torre de resfriamento).

Condutividade térmica da água

Condutividade térmica do vapor

Veja também: Tabelas Steam

Referência especial: Propriedades termofísicas de materiais para engenharia nuclear: um tutorial e coleta de dados. IAEA-THPH, IAEA, Viena, 2008. ISBN 978–92–0–106508–7.

Condutividade térmica de fluidos (líquidos e gases)

Na física, um fluido é uma substância que se deforma continuamente (flui) sob uma tensão de cisalhamento aplicada. Os fluidos são um subconjunto das fases da matéria e incluem líquidos , gases , plasmas e, em certa medida, sólidos plásticos. Como o espaçamento intermolecular é muito maior e o movimento das moléculas é mais aleatório no estado fluido do que no estado sólido, o transporte de energia térmica é menos eficaz. A condutividade térmicade gases e líquidos é, portanto, geralmente menor que o dos sólidos. Nos líquidos, a condução térmica é causada por difusão atômica ou molecular. Nos gases, a condução térmica é causada pela difusão de moléculas do nível mais alto de energia para o nível mais baixo.

Condutividade térmica de gases

O efeito da temperatura, pressão e espécies químicas na condutividade térmica de um gás pode ser explicado em termos da teoria cinética dos gases . O ar e outros gases geralmente são bons isolantes, na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, poliestireno) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala . A alternância de bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.

A condutividade térmica dos gases é diretamente proporcional à densidade do gás, à velocidade molecular média e, especialmente, ao caminho livre médio da molécula. O caminho livre médio também depende do diâmetro da molécula, com moléculas maiores com maior probabilidade de sofrer colisões do que moléculas pequenas, que é a distância média percorrida por um transportador de energia (uma molécula) antes de experimentar uma colisão. Gases leves, como hidrogênio e hélio, normalmente têm alta condutividade térmica . Gases densos, como xenônio e diclorodifluorometano, têm baixa condutividade térmica.

Em geral, a condutividade térmica dos gases aumenta com o aumento da temperatura.

Condutividade térmica de líquidos

Como foi escrito, em líquidos, a condução térmica é causada por difusão atômica ou molecular, mas os mecanismos físicos para explicar a condutividade térmica de líquidos não são bem compreendidos. Os líquidos tendem a ter melhor condutividade térmica do que os gases, e a capacidade de fluir torna um líquido adequado para remover o excesso de calor dos componentes mecânicos. O calor pode ser removido canalizando o líquido através de um trocador de calor. Os refrigerantes usados ​​nos reatores nucleares incluem água ou metais líquidos, como sódio ou chumbo.

A condutividade térmica de líquidos não metálicos geralmente diminui com o aumento da temperatura.