O que é superaquecimento e reaquecimento – Ciclo Rankine – Definição

Uma das maneiras possíveis de aumentar a eficiência térmica é superaquecer ou reaquecer o vapor de trabalho. Para esse fim, deve-se usar superaquecedor ou reaquecedor. Engenharia Térmica

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:

 

Superaquecimento e reaquecimento

superaquecido-vapor-minQuanto ao ciclo de Carnot, a eficiência térmica tende a aumentar à medida que a temperatura média na qual a energia é adicionada pela transferência de calor aumenta. Essa é a característica comum de todos os ciclos termodinâmicos.

Uma das maneiras possíveis é superaquecer ou reaquecer o vapor de trabalho. Ambos os processos são muito semelhantes em sua maneira:

  • Superaquecedor – aumenta a temperatura do vapor acima da temperatura de saturação
  • Reaquecedor – remove a umidade e aumenta a temperatura do vapor após uma expansão parcial.

O processo de superaquecimento é a única maneira de aumentar a temperatura de pico do ciclo Rankine (e aumentar a eficiência) sem aumentar a pressão da caldeira. Isso requer a adição de outro tipo de trocador de calor chamado superaquecedor , que produz o vapor superaquecido .

Ciclo Rankine - superaquecimento - superaquecedor
Ciclo Rankine com superaquecimento do estágio de alta pressão. Isso requer temperatura mais alta no gerador de vapor.

Vapor superaquecido ou vapor superaquecido é um vapor a uma temperatura superior ao seu ponto de ebulição à pressão absoluta em que a temperatura é medida.

O reaquecimento permite fornecer mais calor a uma temperatura próxima ao pico do ciclo. Isso requer a adição de outro tipo de trocador de calor chamado reaquecedor . O uso do reaquecedor envolve a divisão da turbina, ou seja, o uso de uma turbina de vários estágios com um reaquecedor. Observou-se que mais de duas etapas de reaquecimento são desnecessárias, uma vez que a próxima etapa aumenta a eficiência do ciclo apenas pela metade da etapa anterior.

Os estágios de alta pressão e baixa pressão da turbina geralmente estão no mesmo eixo para acionar um gerador comum, mas eles têm casos separados. Com um reaquecedor , o fluxo é extraído após uma expansão parcial (ponto D), volta ao trocador de calor para aquecê-lo até a temperatura máxima (ponto E) e depois é passado para a turbina de baixa pressão. A expansão é então concluída na turbina de baixa pressão do ponto E ao ponto F.

Ciclo de Rankine - reaquecimento - superaquecimento
Ciclo Rankine com reaquecimento e superaquecimento no estágio de baixa pressão

No superaquecedor , o aquecimento adicional a pressão fixa resulta em aumentos de temperatura e volume específico. O processo de superaquecimento do vapor de água no diagrama Ts é fornecido na figura entre o estado E e a curva de vapor de saturação. Como pode ser visto também as turbinas a vapor úmidas (por exemplo, usadas em usinas nucleares) usam vapor superaquecido, especialmente na entrada de estágios de baixa pressão. Normalmente, a maioria das usinas nucleares opera turbinas de vapor úmido de condensação de vários estágios(o estágio de alta pressão funciona com vapor saturado). Nessas turbinas, o estágio de alta pressão recebe vapor (esse vapor é quase o vapor saturado – x = 0,995 – ponto C na figura) de um gerador de vapor e o esgota no separador-reaquecedor de umidade (ponto D). O vapor deve ser reaquecido ou superaquecidopara evitar danos que podem ser causados ​​às pás da turbina a vapor por vapor de baixa qualidade. O alto teor de gotículas de água pode causar o rápido impacto e a erosão das pás, que ocorre quando a água condensada é jateada sobre as pás. Para evitar isso, drenos de condensação são instalados na tubulação de vapor que leva à turbina. O reaquecedor aquece o vapor (ponto D) e, em seguida, o vapor é direcionado para o estágio de baixa pressão da turbina a vapor, onde se expande (pontos E a F). O vapor esgotado está a uma pressão bem abaixo da atmosférica e, como pode ser visto na imagem, o vapor está em um estado parcialmente condensado (ponto F), tipicamente com uma qualidade próxima a 90%, mas é uma qualidade de vapor muito maior, do que seria sem reaquecimento. Consequentemente, o superaquecimento também tende a aliviar o problema da baixa qualidade do vapor no escapamento da turbina.

Como a temperatura do líquido de arrefecimento primário é limitada pela pressão no interior do reator, os superaquecedores (exceto um aquecedor separador de umidade) não são utilizados nas usinas nucleares e operam normalmente uma única turbina a vapor úmida.

 

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