Condensador de Vapor para Turbina: Um Guia Completo
O que é um Condensador de Vapor para uma Turbina?
Um condensador de vapor para uma turbina é um dispositivo que converte o vapor de exaustão de baixa pressão de uma turbina a vapor em água utilizando água de resfriamento. A função principal de um condensador de vapor para uma turbina é manter uma baixa pressão de retorno no lado de exaustão da turbina a vapor, o que aumenta a eficiência e a produção da usina de energia.
O vapor de exaustão da turbina precisa se expandir em grande escala para converter sua energia disponível em trabalho mecânico. Se o vapor não for condensado após realizar seu trabalho, não criará espaço suficiente para o vapor seguinte se expandir ao volume necessário. Portanto, condensar o vapor em um sistema fechado reduz seu volume e cria um vácuo que diminui a pressão na saída da turbina.
Um condensador de vapor para uma turbina consiste em vários componentes, como uma câmara de condensação, fornecimento de água de resfriamento, bombas de ar úmido e um poço quente. A câmara de condensação é onde o vapor é condensado transferindo seu calor para a água de resfriamento.
O fornecimento de água de resfriamento fornece água fria de uma torre de resfriamento ou outra fonte para circular dentro do condensador. As bombas de ar úmido coletam o vapor condensado, ar, vapor de água não condensado e outros gases do condensador e os descarregam para a atmosfera ou um desaerador. O poço quente é onde o vapor condensado é coletado e de onde pode ser bombeado de volta para a caldeira a vapor como água de alimentação.
Existem principalmente dois tipos de condensadores de vapor para turbinas: condensadores a jato e condensadores de superfície. Nos condensadores a jato, a água de resfriamento é pulverizada sobre o vapor de exaustão e misturada com ele. Este é um processo rápido de condensação de vapor, mas resulta em água contaminada que não pode ser reutilizada como água de alimentação.
Nos condensadores de superfície, a água de resfriamento e o vapor de exaustão são separados por uma barreira, como tubos ou placas, e a condensação ocorre pela troca de calor através dessa barreira. Este é um processo mais lento de condensação de vapor, mas produz água pura que pode ser reutilizada como água de alimentação.
Por que Usar um Condensador de Vapor para uma Turbina?
Usar um condensador de vapor para uma turbina tem várias vantagens para a geração de energia, como:
Aumenta a eficiência térmica da usina de energia, reduzindo o consumo específico de vapor e aumentando a produção de trabalho por unidade de massa de vapor.
Melhora a qualidade da água de alimentação, removendo gases dissolvidos e impurezas do vapor condensado.
Reduz a corrosão e a formação de incrustações na caldeira e na turbina, evitando o contato direto entre o vapor e a água de resfriamento.
Reduz a poluição ambiental, minimizando a descarga de vapor e água de resfriamento na atmosfera ou corpos d'água.
Economiza recursos hídricos, reciclando o vapor condensado como água de alimentação.
Como Funciona um Condensador de Vapor para uma Turbina?
O princípio de funcionamento de um condensador de vapor para uma turbina baseia-se na transferência de calor e na mudança de fase. O vapor de exaustão da turbina entra no condensador em baixa pressão e alta temperatura. A água de resfriamento entra no condensador em baixa temperatura e alta pressão. A transferência de calor entre os dois fluidos ocorre através de uma barreira que os separa fisicamente. A barreira pode ser tubos ou placas, dependendo do tipo de condensador.
À medida que a transferência de calor ocorre, a temperatura do vapor de exaustão diminui e seu calor latente é liberado. O calor latente é absorvido pela água de resfriamento, que aumenta sua temperatura. O vapor de exaustão muda de fase de vapor para líquido e se torna água condensada. A água condensada acumula-se no poço quente na parte inferior do condensador. A água de resfriamento sai do condensador em alta temperatura e baixa pressão.
A água condensada é então bombeada por uma bomba de extração de condensado para um desaerador ou diretamente para uma bomba de alimentação de caldeira. O desaerador remove qualquer ar ou gás restante da água condensada e aquece-a antes de enviá-la à bomba de alimentação de caldeira. A bomba de alimentação de caldeira aumenta a pressão da água de alimentação e a entrega à caldeira.
A água de resfriamento é descarregada para uma torre de resfriamento ou outra fonte, ou recirculada através de um trocador de calor ou economizador. A torre de resfriamento diminui a temperatura da água de resfriamento evaporando parte dela no ar. O trocador de calor ou economizador transfere parte do calor da água de resfriamento para outro fluido, como ar ou água de alimentação.
Quais são os Tipos de Condensadores de Vapor para Turbinas?
Dependendo da técnica de condensação, existem principalmente dois tipos de condensadores de vapor para turbinas: condensadores a jato e condensadores de superfície.
Condensadores a Jato
Nos condensadores a jato, a água de resfriamento é pulverizada sobre o vapor de exaustão e misturada com ele. Este é um processo rápido de condensação de vapor, mas resulta em água contaminada que não pode ser reutilizada como água de alimentação. A mistura de água e vapor é então descarregada para um poço quente, onde é bombeada por uma bomba de ar úmido para um desaerador ou torre de resfriamento.
Existem três subtipos de condensadores a jato: de nível baixo, de nível alto e de jato ejetor. Nos condensadores a jato de nível baixo, o poço quente está no mesmo nível do condensador, e a mistura flui por gravidade. Nos condensadores a jato de nível alto, o poço quente está acima do condensador e a mistura é elevada por uma bomba. Nos condensadores a jato ejetor, a água de resfriamento é injetada em alta velocidade no vapor de exaustão e cria um vácuo que suga a mistura para o poço quente.
As vantagens dos condensadores a jato são:
São simples, baratos e fáceis de instalar e operar.
Têm uma taxa de transferência de calor alta e uma queda de pressão baixa.
Não requerem um grande fornecimento de água de resfriamento ou um sistema de extração de ar separado.
As desvantagens dos condensadores a jato são:
Produzem água impura que não pode ser reutilizada como água de alimentação e requer tratamento antes do descarte.
Têm um alto consumo de energia para bombear a água de resfriamento e a mistura.
São afetados pela qualidade e temperatura da água de resfriamento.
Condensadores de Superfície
Nos condensadores de superfície, a água de resfriamento e o vapor de exaustão são separados por uma barreira, como tubos ou placas, e a condensação ocorre pela troca de calor através dessa barreira. A água de resfriamento passa por um conjunto de tubos ou placas, e o vapor de exaustão flui sobre sua superfície externa. O calor do vapor é absorvido pela água de resfriamento, que aumenta sua temperatura.
O vapor de exaustão muda de fase de vapor para líquido e se torna água condensada. A água condensada acumula-se no poço quente na parte inferior do condensador. A água de resfriamento sai do condensador em alta temperatura e baixa pressão.
Existem dois subtipos de condensadores de superfície: de fluxo descendente e de fluxo contrário. Nos condensadores de superfície de fluxo descendente, o vapor de exaustão entra pelo topo e flui para baixo sobre os tubos ou placas. Nos condensadores de superfície de fluxo contrário, o vapor de exaustão entra por um extremo e flui para cima sobre os tubos ou placas, enquanto a água de resfriamento entra pelo outro extremo e flui para baixo através deles.
As vantagens dos condensadores de superfície são:
Produzem água pura que pode ser reutilizada como água de alimentação e reduzem a corrosão e a formação de incrustações na caldeira e na turbina.
Têm um baixo consumo de energia para bombear a água de resfriamento e a água condensada.
Não são afetados pela qualidade e temperatura da água de resfriamento.
As desvantagens dos condensadores de superfície são:
São complexos, caros e difíceis de instalar e operar.
Têm uma taxa de transferência de calor baixa e uma queda de pressão alta.
Requerem um grande fornecimento de água de resfriamento e um sistema de extração de ar separado.
Como Escolher um Condensador de Vapor para uma Turbina?
A escolha de um condensador de vapor para uma turbina depende de vários fatores, como:
