Vapor superaquecido
Como pode ser visto no diagrama de fases da água, nas regiões bifásicas (por exemplo, na fronteira das fases vapor / líquido), a especificação da temperatura sozinha definirá a pressão e a pressão especificada definirá a temperatura.
- A curva de vapor de saturação é a curva que separa o estado de duas fases e o estado de vapor superaquecido no diagrama Ts.
- A curva líquida saturada é a curva que separa o estado líquido sub-resfriado e o estado de duas fases no diagrama Ts.
Se um vapor existe inteiramente como vapor na temperatura de saturação, é chamado vapor saturado ou vapor saturado ou vapor seco . O vapor saturado seco é caracterizado pela qualidade do vapor, que é igual à unidade. 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. A pressão e a temperatura do vapor superaquecido são propriedades independentes, pois a temperatura pode aumentar enquanto a pressão permanece constante. Na verdade, as substâncias que chamamos de gases são vapores superaquecidos.
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, as turbinas a vapor úmidas usam vapor superaquecido, especialmente na entrada dos estágios de baixa pressão. Para avaliar a eficiência térmica do ciclo, a entalpia deve ser obtida nas tabelas de vapor superaquecido .
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 .
No superaquecedor, o aquecimento adicional a pressão fixa resulta em aumentos de temperatura e volume específico. O processo de superaquecimento no diagrama Ts é fornecido na figura entre o estado E e a curva de vapor de saturação .
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 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 possam ser causados às pás da turbina a vapor por vapor de baixa qualidade. O alto conteúdo de gotículas de água pode causar o rápido impacto e a erosão das pás, o 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 está em um estado parcialmente condensado (ponto F), tipicamente com uma qualidade próxima a 90%.
Qualidade de Vapor – Fração de Secura
Como pode ser visto no diagrama de fases da água , nas regiões bifásicas (por exemplo, na fronteira das fases vapor / líquido), a especificação da temperatura por si só definirá a pressão e a especificação da pressão definirá a temperatura. Mas esses parâmetros não definirão o volume e a entalpia, pois precisaremos conhecer a proporção relativa das duas fases presentes.
A fração de massa do vapor em uma região de vapor líquido de duas fases é chamada qualidade do vapor (ou fração de secura), x , e é dada pela seguinte fórmula:
O valor da qualidade varia de zero a unidade . Embora definida como uma proporção, a qualidade é frequentemente fornecida como uma porcentagem. Deste ponto de vista, distinguimos entre três tipos básicos de vapor. Deve ser adicionado, em x = 0, estamos falando de estado líquido saturado (monofásico).
Esta classificação de vapor tem sua limitação. Considere o comportamento do sistema que é aquecido à pressão, que é maior que a pressão crítica . Nesse caso, não haveria alteração na fase do líquido para o vapor. Em todos os estados, haveria apenas uma fase. A vaporização e a condensação podem ocorrer apenas quando a pressão é menor que a pressão crítica. Os termos líquido e vapor tendem a perder seu significado.
Veja também: Saturação
Propriedades do Steam – Tabelas Steam
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 de refrigeração) e no circuito secundário. É utilizado devido à sua disponibilidade e alta capacidade de aquecimento, 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 carregue-o por evaporação em uma torre de resfriamento).
Água e vapor são um meio comum, porque suas propriedades são muito conhecidas . Suas propriedades estão tabuladas nas chamadas ” Tabelas Steam “. Nessas tabelas, as propriedades básicas e principais, como pressão, temperatura, entalpia, densidade e calor específico, são tabuladas ao longo da curva de saturação vapor-líquido em função da temperatura e da pressão. As propriedades também são tabuladas para estados monofásicos ( água compactada ou vapor superaquecido ) em uma grade de temperaturas e pressões que se estendem a 2000 ºC e 1000 MPa.
Outros dados oficiais abrangentes podem ser encontrados na página do NIST Webbook sobre propriedades termofísicas de fluidos.
Veja também: Tabelas Steam
Referência especial: Allan H. Harvey. Propriedades termodinâmicas da água, NISTIR 5078. Recuperado em https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/srd/NISTIR5078.htm
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