Vapor superxido e diagrama de fases do vapor

Vapor supercalentado

Cando o vapor saturado xerado nun caldeira de vapor pasa por superficies de transmisión de calor, a súa temperatura comeza a aumentar por riba da de evaporación ou saturación.
Describe-se como supercalentado se a súa temperatura é superior á de saturación. O grao de supercalentamento está directamente relacionado coa temperatura do vapor supercalentado por riba da de saturación.

O supercalentamento só pode proporcionarse ao vapor saturado e non ao vapor con contido de humidade. Para lograr un supercalentamento, o vapor saturado ten que pasar por outro intercambiador de calor. Este intercambiador de calor para o supercalentamento chámase intercambiador de calor secundario dentro da caldeira. Os gases de combustión quentes que saen da caldeira consideranse a mellor forma de calentar o vapor saturado.

Vapor supercalentado atopase aplicación en centrais eléctricas de vapor para a xeración de enerxía eléctrica. Nas turbinas de vapor, o vapor supercalentado entra por un extremo e sai polo outro no condensador (que pode ser de auga ou aire). A diferenza de enerxía do vapor supercalentado entre a entrada e a saída da turbina fai que o rotor da turbina gire. Hai unha redución gradual da enerxía do vapor mentres pasa polo rotor da turbina.

É esencial ter suficiente supercalentamento na entrada da turbina para evitar a condensación de vapor húmido na parte final do rotor da turbina.

Basicamente, o rotor da turbina de vapor ten varios estádios e o vapor ten que pasar por cada un antes de chegar ao condensador. Se non se proporciona suficiente supercalentamento no vapor na entrada da turbina, o vapor pode saturarse ao chegar aos estádios posteriores do rotor e consecuentemente volverse máis húmido ao pasar por cada estádio sucesivo.

O vapor húmido no extremo final do rotor é moi perigoso xa que pode levar a un Golpe de água e erosión grave nas últimas etapas das pás da turbina. Para superar este problema, é aconsellable deseñar os parámetros de entrada de vapor da turbina de tal xeito que o vapor supercalentado entre na entrada da turbina e que a saída da turbina estea deseñada para coincidir coas condicións de saturación do vapor.

Unha das principais razóns para usar vapor supercalentado nas turbinas de vapor é a apreciable mellora na eficiencia térmica do ciclo.

A eficiencia dun motor térmico pode atoparse usando:

Eficiencia do ciclo de Carnot: Razón da diferenza de temperatura entre a entrada e a saída e a temperatura de entrada.

Eficiencia do ciclo de Rankine: Razón da enerxía térmica na entrada e saída da turbina e a enerxía térmica total extraída do vapor.
2. Exemplo de cálculo da eficiencia do ciclo de Carnot e do ciclo de Rankine.
Explicado por exemplo:
Unha turbina recibe vapor supercalentado a 96 bar a 490oC. A saída é a 0.09 bar e con un 12 % de humidade.
Temperatura do vapor saturado: 43.7oC
Determinar e comparar a eficiencia do ciclo de Carnot e do ciclo de Rankine.
Procedemento para determinar a eficiencia do ciclo de Carnot :

Procedemento para determinar a eficiencia do ciclo de Rankine :
Onde,

Calor sensible no condensado correspondente á presión de saída de 0.09 bar en KJ/Kg = 183.3
3.
Diagrama de fase-vapor é unha representación gráfica dos datos proporcionados na táboa de vapor. O diagrama de fase-vapor fornece a relación entre a entalpía, a temperatura e as diferentes presións. Enthalpía líquida hf. Isto está representado pola liña A-B no diagrama de fase. Cando a auga comeza a recibir calor desde 0o C, entón recibe toda a súa entalpía líquida ao longo da liña de auga saturada A-B no diagrama de fase.

Entalpía do vapor saturado (hfg): Calquer adición de calor resulta nun cambio de fase ao vapor saturado e está representado por (hfg) no diagrama de fase, é dicir, B-C.

Fracción de sequedad (x): Cando se aplica calor, o líquido comeza a cambiar de fase de líquido a vapor e a fracción de sequedad da mezcla comeza a aumentar, é dicir, a moverse cara a unidade. No diagrama de fase, a fracción de sequedad da mezcla é 0.5 exactamente no medio da liña BC. De maneira semellante, no punto C do diagrama de fase, o valor da fracción de sequedad é 1.

Liña C-D Punto c está na liña de vapor saturado, calquer adición de calor resulta no aumento da temperatura do vapor, é dicir, o inicio do supercalentamento do vapor representado pola liña C-D.
Zona líquida → Rexión cara a esquerda da liña de líquido saturado
Zona de supercalentamento → Rexión cara a dereita da liña de vapor saturado
Zona de dúas fases → Área entre a liña de líquido saturado e a liña de vapor saturado é unha mezcla de líquido e vapor. Mezclas con diferentes fraccións de sequedad.
Punto crítico → É o punto ápice onde as liñas de líquido saturado e vapor saturado concórren. A entalpía de evaporación diminúe a cero no punto crítico, iso significa que a auga cambia directamente a vapor no punto crítico e despois.
A máxima temperatura que o líquido pode alcanzar ou existir é equivalente ao punto crítico.
Parámetros do punto crítico → Temperatura 374.15oC
Presión → 221.2 bar

Os valores por riba destes son valores supercríticos e son útiles para aumentar a eficiencia do ciclo de Rankine.

Declaración: Respetar o orixinal, artigos bons merecen compartirse, se hai infracción contactar para eliminar.