O que é pressão da caldeira e do condensador – Ciclo Rankine – Definição

Melhoria da eficiência térmica – Ciclo Rankine

Existem vários métodos, como pode ser melhorada a eficiência térmica do ciclo Rankine. Assumindo que a temperatura máxima seja limitada pela pressão dentro do vaso de pressão do reator, esses métodos são:

Pressões de caldeira e condensador

Como no ciclo de Carnot , Otto e Brayton , a eficiência térmica tende a aumentar à medida que a temperatura média na qual a energia é adicionada pela transferência de calor aumenta e / ou a temperatura média na qual a energia é rejeitada diminui. Essa é a característica comum de todos os ciclos termodinâmicos.

Pressão do condensador

O caso da diminuição da temperatura média na qual a energia é rejeitada exige uma diminuição da pressão no interior do condensador (isto é, a diminuição da temperatura de saturação ). A menor pressão viável do condensador é a pressão de saturação correspondente à temperatura ambiente (ou seja, pressão absoluta de 0,008 MPa, que corresponde a 41,5 ° C). O objetivo de manter a menor pressão prática de exaustão da turbina é a principal razão para incluir o condensador em uma usina termelétrica. O condensador fornece um vácuo que maximiza a energia extraída do vapor, resultando em um aumento significativo no trabalho líquido e na eficiência térmica. Mas também este parâmetro (pressão do condensador) tem seus limites de engenharia:

• Diminuir a pressão de exaustão da turbina diminui a qualidade do vapor (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 .
• Diminuir a pressão de exaustão da turbina aumenta significativamente o volume específico de vapor exaurido, o que requer grandes lâminas nas últimas fileiras do estágio de baixa pressão da turbina a vapor.

Em turbinas a vapor úmidas típicas, 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), normalmente com uma qualidade próxima a 90%. Observe que sempre há uma diferença de temperatura entre (em torno de ΔT = 14 ° C) a temperatura do condensador e a temperatura ambiente, que se origina do tamanho finito e da eficiência dos condensadores.

Pressão da caldeira

O caso do aumento da temperatura média na qual a energia é adicionada por transferência de calor requer um superaquecimento do vapor produzido ou um aumento da pressão na caldeira (gerador de vapor). O superaquecimento não é típico para usinas nucleares.

Normalmente, a maioria das usinas nucleares opera turbinas a vapor de condensação de vários estágios . Nessas turbinas, o estágio de alta pressão recebe vapor (esse vapor é vapor quase saturado – x = 0,995 – ponto C na figura; 6 MPa ; 275,6 ° C). Como nem o gerador de vapor é 100% eficiente, sempre há uma diferença de temperatura entre a temperatura de saturação (lado secundário) e a temperatura do líquido de arrefecimento primário.

Em um reator de água pressurizada típico, o líquido de arrefecimento primário quente ( água 330 ° C; 626 ° F ) é bombeado para o gerador de vapor através da entrada primária. Isso requer manutenção de pressões muito altas para manter a água no estado líquido. Para impedir a ebulição do líquido de arrefecimento primário e fornecer uma margem de sub-resfriamento (a diferença entre a temperatura do pressurizador e a temperatura mais alta no núcleo do reator), pressões em torno de 16 MPa são típicas para PWRs . O vaso de pressão do reator é o componente principal, que limita a eficiência térmica de cada usina nuclear, uma vez que o vaso do reator deve suportar altas pressões.