O que é o sistema de refrigeração – Sistema de circulação de água – Definição

O sistema de resfriamento ou o sistema de circulação de água fornece um suprimento contínuo de água de resfriamento ao condensador principal para remover o calor rejeitado pela turbina e pelos sistemas auxiliares. Engenharia Térmica

Sistema de refrigeração – Sistema de circulação de água

Sistema de resfriamento - Torre de resfriamentosistema de resfriamento ou o sistema de circulação de água fornece um suprimento contínuo de água de resfriamento ao condensador principal para remover o calor rejeitado pela turbina e pelos sistemas auxiliares (por exemplo, o sistema de desvio da turbina ). Nesse processo, a água de resfriamento fica quente. Essa energia é rejeitada na atmosfera através de torres de resfriamento ou diretamente na água do mar ou em um rio. Observe que nem todas as usinas nucleares possuem torres de resfriamento e, inversamente, o mesmo tipo de torre de resfriamento também é frequentemente usado em grandes usinas a carvão.

Sistema de resfriamento em turbinas a vapor úmidas

Em uma turbina a vapor de condensação típica , o vapor exaurido condensa no condensador e está a uma pressão bem abaixo da atmosférica (pressão absoluta de 0,008 MPa, que corresponde a 41,5 ° C). Este vapor está em um estado parcialmente condensado (ponto F), tipicamente com uma qualidade próxima a 90%.

Ciclo de Rankine - diagrama de Ts
Ciclo de Rankine – diagrama de Ts

A pressão no interior do condensador (portanto, a entalpia do vapor de saída) é determinada pela temperatura do ar ambiente (ou seja, temperatura da água no sistema de refrigeração ). e outros parâmetros:

  • temperatura do ar, pressão e umidade em caso de resfriamento na atmosfera
  • temperatura da água e vazão em caso de resfriamento em um rio ou mar

Um aumento na temperatura ambiente pode causar um aumento proporcional na pressão do vapor exaurido ( ΔT = 14 ° C é geralmente uma constante), portanto, a eficiência térmica do sistema de conversão de energia pode diminuir. Em outras palavras, a produção elétrica de uma usina pode variar de acordo com as condições ambientais , enquanto a energia térmica permanece constante.

Deve-se notar que também existe um limite inferior para a temperatura de saída do vapor, assim, para o sistema de refrigeração. Abaixo de 0,008 MPa e 41,5 ° C, o volume específico de vapor exaurido aumenta significativamente, o que requer enormes pás nas últimas fileiras do estágio de baixa pressão da turbina a vapor . Além disso, com uma diminuição na pressão de exaustão da turbina, a qualidade do vapor diminui (ou fração de secura). Em algum momento, a expansão deve ser encerrada para evitar danos que podem ser causados ​​às pás da turbina a vapor por vapor de baixa qualidade .

 

Deve-se notar que também há um limite inferior para a temperatura de saída do vapor, assim, para o sistema de refrigeração. Abaixo de 0,008 MPa e 41,5 ° C, o volume específico de vapor exaurido aumenta significativamente, o que requer enormes pás nas últimas fileiras do estágio de baixa pressão da turbina a vapor . Além disso, com uma diminuição na pressão de exaustão da turbina, a qualidade do vapor diminui (ou fração de secura). Em algum momento, a expansão deve ser encerrada para evitar danos que podem ser causados ​​às pás da turbina a vapor por vapor de baixa qualidade .

Parâmetros típicos em um condensador de turbinas de condensação
Parâmetros típicos em um condensador de turbinas de condensação

Nas modernas usinas nucleares, a eficiência térmica geral é de cerca de um terço (33%); portanto, são necessários 3000 MWth de energia térmica da reação de fissão para gerar 1000 MWe de energia elétrica. Portanto, cerca de 2000 MW de energia inutilizável devem ser rejeitados para cumprir a segunda lei da termodinâmica .

Para manter os parâmetros no interior do condensador (0,008 MPa e 41,5 ° C), a água de resfriamento deve estar suficientemente fria e não pode haver grande diferença de temperatura entre a temperatura de saída e de entrada da água, portanto, a vazão através do sistema de resfriamento deve ser muito alta . A vazão do sistema de resfriamento (com torres de resfriamento úmidas ) pode ser de até 100 000 m 3 / h (27,7 m 3 / s). O condensador de ua de entrada pode ter cerca de 22 ° C (fortemente dependendo das condições ambientais), enquanto que a saída do condensador pode ter cerca de 25 ° C .

Os sistemas de refrigeração da água do mar operam com vazões mais altas, por exemplo, 130 000 m 3 / h. Em geral, a energia pode ser rejeitada na atmosfera através de torres de resfriamento ou diretamente na água do mar ou em um rio.

Condensador - Aquecedores de LP - Desaerador

Torres de refrigeração

As torres de resfriamento são dispositivos que rejeitam o calor desperdiçado na atmosfera através do resfriamento de um fluxo de água a uma temperatura mais baixa. Torres de resfriamento são construídas em locais onde há escassez de água . Ao usar torres de resfriamento, a necessidade de água de resfriamento é reduzida e apenas a água de reposição deve ser fornecida. As torres de resfriamento reduzem significativamente a demanda de água de resfriamento, mas são alcançadas às custas de grandes custos de capital.

No que diz respeito ao mecanismo de transferência de calor empregado, os principais tipos são:

As torres de resfriamento a seco operam por transferência de calor através de uma superfície que separa o fluido de trabalho do ar ambiente, como em um trocador de calor tubo a ar, utilizando transferência de calor por convecção. Eles não usam evaporação, portanto, o consumo de água de maquiagem é mínimo.

Torres de resfriamento úmido (ou torres de resfriamento de circuito aberto) operam com o princípio de resfriamento evaporativo . O resfriamento evaporativo é a adição de vapor de água no ar, o que causa uma diminuição da temperatura do ar e da água também. A energia necessária para evaporar a água é retirada da massa restante de água, reduzindo assim sua temperatura . A água de resfriamento da usina é bombeada para uma altura de cerca de 10 m e distribuída pelo aterro da torre de resfriamento , descendo em cascata pelo aterro até o poço no fundo. Dentro da torre de resfriamento úmido, são adicionados preenchimentos para aumentar a superfície de contato e o tempo de contato entre o ar e a água, para proporcionar melhor transferência de calor.

Quase todas as usinas nucleares, que usam torres de resfriamento, usam as torres de resfriamento úmidas com base no princípio do resfriamento evaporativo. Alguma água cerca de 1% entra no ar na forma de vapor d’água, absorvendo seu calor latente de vaporização da água restante e, portanto, causa a redução na temperatura da água, à medida que o ar ambiente é atraído pelo fluxo de água. A água restante (resfriada) é coletada em um reservatório na parte inferior da torre e retornada ao condensador.

Os tipos de torres de resfriamento com base no calado (método de circulação de ar) são:

  • Torres de resfriamento de calado natural . As torres de resfriamento de calado natural utilizam flutuabilidade através de uma chaminé alta hiperboloide . As torres de resfriamento hiperboloides são típicas das torres de resfriamento por tiragem natural devido à sua resistência estrutural e ao fato de que a forma hiperboloide também ajuda a acelerar o fluxo de ar convectivo para cima , melhorando a eficiência do resfriamento. Nesta torre de resfriamento, a água quente de resfriamento (por exemplo, 25 ° C) do condensador é bombeada para uma altura de cerca de 10 m, entra na torre e depois é pulverizada sobre as bandejas. Gotas de águacair e encontrar o ar mais frio que entra da parte inferior da torre, que é aberta para a atmosfera. A água quente (por exemplo, 25 ° C) cede seu calor ao ar e é resfriada (por exemplo, 22 ° C). O ar quente e úmido aumenta naturalmente devido ao diferencial de densidade em comparação com o ar externo seco e mais frio. O ar úmido e quente é menos denso que o ar mais seco na mesma pressão. Essa flutuação de ar úmido produz uma corrente ascendente de ar através da torre hiperboloide. A água resfriada cai sob a forma de chuva e é coletada na lagoa na parte inferior da torre.
  • Torres de resfriamento de tiragem mecânica. Em geral, nas torres de resfriamento de tiragem mecânica, o ar circula com o uso de um dispositivo mecânico como um ventilador ou um soprador.
    • Torres de resfriamento forçadas . As torres de resfriamento de tiragem forçada usam o ventilador, que é instalado na parte inferior da torre. Isso produz altas velocidades de entrada e saída de ar, portanto, essas torres são muito mais suscetíveis à recirculação.
    • Torres de resfriamento por tiragem induzida. As torres de resfriamento por tiragem induzida usam o ventilador, que é instalado na parte superior da torre. Isso produz baixas velocidades de entrada e saída de ar, reduzindo a possibilidade de recirculação na qual o ar descarregado flui de volta para a entrada de ar.

 

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: [email protected] ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.