Vapor supercalent i diagrama de fases del vapor

Vapor Supercalent

Quan el vapor saturat generat en una caldera de vapor es passa a través de superfícies de transferència de calor, la seva temperatura comença a augmentar per sobre de l'evaporació o la saturació.
El vapor es descriu com supercalent si la seva temperatura és més alta que la de la seva temperatura de saturació. El grau de supercalor està directament relacionat amb la temperatura del vapor supercalent per sobre de la temperatura de saturació.

La supercalor només es pot proporcionar al vapor saturat i no al vapor amb presència de humitat. Per aconseguir un supercalent, el vapor saturat ha de passar a través d'un altre intercanviador de calor. Aquest intercanviador de calor per a la supercalor s'anomena intercanviador de calor secundari dins de la caldera. Els gasos de fum quents que surten de la caldera són considerats la millor manera de calentar el vapor saturat.

El vapor supercalent troba la seva aplicació en les centrals tèrmiques de vapor per a la generació d'energia elèctrica. En les turbinas de vapor, el vapor supercalent entra per un extrem i surt per l'altre cap al condensador (que pot ser de tipus refrigerat per aigua o aire). La diferència d'energia del vapor supercalent entre la entrada i la sortida de la turbina provoca que el rotor de la turbina giri. Hi ha una reducció gradual de l'energia del vapor mentre passa a través del rotor de la turbina.

Per tant, és essencial tenir una supercalor suficient a l'entrada de la turbina per evitar la condensació del vapor humit a la part posterior del rotor de la turbina.

Bàsicament, el rotor de la turbina té diversos etapes i el vapor ha de passar a través de cada etapa abans d'arribar al condensador. Si no es proporciona suficient supercalor al vapor a l'entrada de la turbina, el vapor pot saturar-se mentre arriba a les etapes posteriors del rotor i, posteriorment, es pot humidificar més mentre passa a través de cada etapa successiva.

El vapor humit a l'extrem del rotor és molt perillos, ja que pot provocar un golpe d'aigua i una erosió severa en les últimes etapes de les paules de la turbina. Per superar aquest problema, és recomanable dissenyar els paràmetres d'entrada del vapor a la turbina de tal manera que el vapor supercalent pugui entrar a l'entrada de la turbina i que la sortida de la turbina estigui dissenyada per a coincidir amb els paràmetres del vapor propers a les condicions de saturació.

Una de les raons principals per utilitzar el vapor supercalent en la turbina de vapor és una millora apreciable en l'eficiència tèrmica del cicle.

L'eficiència d'un motor tèrmic es pot trobar utilitzant:

Eficiència del cicle de Carnot: Ràtio de la diferència de temperatura entre l'entrada i la sortida a la temperatura d'entrada.

Eficiència del cicle de Rankine: Ràtio de l'energia tèrmica a l'entrada i la sortida de la turbina a l'energia tèrmica total extreta del vapor.
2. Exemple de càlcul de l'eficiència del cicle de Carnot i l'eficiència del cicle de Rankine.
Explicat per un exemple:
A una turbina se li proporciona vapor supercalent a 96 bar a 490oC. La sortida és a 0,09 bar i amb un 12% de humitat.
La temperatura del vapor saturat és: 43,7oC
Determinar i comparar l'eficiència del cicle de Carnot i l'eficiència del cicle de Rankine.
Procediment per determinar l'eficiència del cicle de Carnot :

Procediment per determinar l'eficiència del cicle de Rankine :
On,

Calor sensible en el condensat corresponent a una pressió de sortida de 0,09 bar en KJ/Kg = 183,3
3.
El diagrama de fase del vapor és una representació gràfica de les dades proporcionades en la taula de vapor. El diagrama de fase del vapor proporciona la relació entre l'entalpia i la temperatura corresponents a diverses pressions. L'entalpia líquida hf. Això està representat per la línia A-B al diagrama de fase. Quan l'aigua comença a rebre calor des de 0oC, llavors reben tota la seva entalpia líquida a la línia de l'aigua saturada A-B al diagrama de fase.

Entalpia del Vapor Saturat (hfg): Qualsevol addició de calor addicional resulta en un canvi de fase a vapor saturat i està representat per (hfg) al diagrama de fase, és a dir, B-C.

Fracció de Sequedat (x): Quan es proporciona calor, el líquid comença a canviar de fase de líquid a vapor i, llavors, la fracció de sequedat de la mescla comença a augmentar, és a dir, s'acosta a la unitat. Al diagrama de fase, la fracció de sequedat de la mescla és 0,5 exactament al mig de la línia BC. De manera similar, al punt C al diagrama de fase, el valor de la fracció de sequedat és 1.

Línia C-D Punt C està a la línia de vapor saturat, qualsevol addició de calor addicional resulta en un increment de la temperatura del vapor, és a dir, el començament de la supercalor del vapor representat per la línia C-D.
Zona Líquida → Regió a l'esquerra de la línia de líquid saturat
Zona de Supercalor → Regió a la dreta de la línia de vapor saturat
Zona de Dos Fases → Àrea entre la línia de líquid saturat i la línia de vapor saturat, és una mescla de líquid i vapor. Mescla amb diverses fraccions de sequedat.
Punt Crític → És el punt culminant on les línies de líquid saturat i vapor saturat es troben. L'entalpia d'evaporació es redueix a zero al punt crític, això significa que l'aigua canvia directament a vapor al punt crític i després.
La temperatura màxima que el líquid pot assolir o existir és equivalent al punt crític.
Paràmetres del Punt Crític → Temperatura 374,15oC
Pressió → 221,2 bar

Els valors superiors a aquests són valors supercrítics i són útils per augmentar l'eficiència del cicle de Rankine.

Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció de drets d'autor contacteu per eliminar.