¿Por qué el vapor de la turbina se condensa en agua y luego se convierte nuevamente en vapor para hacer funcionar la turbina? ¿Por qué no podemos simplemente sobrecalentar el vapor de baja temperatura para hacer funcionar la turbina nuevamente en las centrales eléctricas?

Debido al condensador, la presión de salida del vapor se reduce por debajo de la presión atmosférica. Teniendo en cuenta los cambios en la salida del ciclo debido a una disminución en la presión de salida. En términos del ciclo que se muestra en la Figura
la presión de salida se reduciría de
a
El ciclo original es
y el ciclo modificado es
Las consecuencias son que el ciclo de trabajo, que es la integral de Tds
alrededor del ciclo, se incrementa. Además, tal como se muestra, aunque los niveles de la temperatura media a la que se absorbe y rechaza el calor disminuyen, el mayor cambio es la temperatura media del rechazo del calor, de modo que aumenta la eficiencia térmica.

En segundo lugar, bombear un líquido es mucho más eficiente que bombear un gas o vapor.

La ganancia en la producción de la turbina es mucho más que la pérdida de calor latente durante la condensación.

No se requiere más calor latente requerido para la conversión de agua en vapor en una caldera que funciona a temperaturas y presiones por encima del punto crítico (mostrado arriba) del agua, negando así la pérdida durante la condensación y aumentando aún más la eficiencia. Estas calderas se denominan calderas supercríticas y, en general, todas las plantas de mayor capacidad (> 600 MW) utilizan dichas calderas.

Como se mencionó anteriormente, hay un paso de compresión + sobrecalentamiento más un paso de Expansión + Enfriamiento que ocurre juntos en el sistema …

Aunque en teoría puede ser posible comprimir y calentar el gas al estado original, no sería la forma más eficiente de trabajar con el gas y sería mucho más complicado que el sistema actual.

La razón por la que se extrae el calor es porque la proporción de energía extraída e introducida es óptima (y porque manejar un líquido es 2 órdenes de magnitud más barato que manejar un gas), ¿ha leído sobre el ciclo de Carnot? Estamos tratando de lograr una aproximación cercana, pero no podemos, físicamente.

Piense en esto, si no condensamos el agua y extraemos el sobrecalentamiento, es mucho menos eficiente (los gases son más difíciles de calentar y transportar) y requeriría una fuente de calor mucho más caliente (segunda ley de la termodinámica) que a su vez hace que la perspectiva sea mucho menos atractiva. Entonces, en cambio, trabajamos con líquidos el mayor tiempo posible: el líquido se convierte en gas después del calentamiento y luego comprimimos el gas justo antes de que llegue a la turbina.

Porque el vapor se expande y se enfría a través de la turbina a medida que se extrae el trabajo. Solo calentarlo de nuevo no te ayuda. Es más fácil de entender si observa el diagrama termodinámico del ciclo de Rankine ( http://en.wikipedia.org/wiki/Ran …).

El trabajo neto derivado de una planta de energía de vapor,
W = Wt-Wp
donde, Wt = trabajo producido por la turbina al expandir el vapor desde la presión de la caldera a una presión suficientemente baja (limitada por la humedad del vapor de escape)
Wp = trabajo realizado por la bomba para elevar la presión del agua de alimentación desde la presión atmosférica hasta la presión de la caldera).

La condensación del vapor antes de la bomba reduce el trabajo realizado, Wp. Esto se debe a que los líquidos tienen un volumen específico más pequeño en comparación con su estado gaseoso. En pocas palabras, Wp es solo 2-3% de Wt para agua. Pero si el vapor mismo tuviera que ser comprimido sin condensarse en agua, Wp sería casi equivalente a Wt y la central de vapor no puede producir trabajo neto.

(Cualquier sistema térmico que produzca resultados de trabajo, trabajando en un ciclo, debe rechazar una parte del calor recibido para continuar trabajando en un ciclo según la Segunda ley de la termodinámica)

Para responder a esto, es importante comprender cómo funciona una turbina de vapor. Aquí hay una explicación simple. Empiezas con agua a baja presión. Esto se bombea a una alta presión. Eso requiere una cantidad mínima de energía de trabajo porque los líquidos son bastante incompresibles. Luego, este líquido a alta presión se hierve para producir vapor a esa misma presión. Incluso puede sobrecalentarse, dependiendo del diseño del sistema. Luego este vapor caliente se expande a través de la turbina. La expansión reduce su presión y temperatura y el trabajo que se abandona en ese proceso es lo que impulsa las palas de la turbina. El generador eléctrico está en el mismo eje y de ahí proviene la electricidad. Ahora el vapor a baja presión se condensa para formar agua a baja presión y se alimenta al comienzo del ciclo.

El problema aquí es que obtiene mucho más trabajo al expandir el vapor del que necesita para presurizar el agua. Eso es lo que le proporciona la electricidad, que es un subproducto de la diferencia en el trabajo. El precio que paga es que tiene que hervir el agua a alta temperatura, eso es lo que hace el combustible, y también tiene que descartar algo de energía durante la fase de condensación. Ese descarte es la consecuencia inevitable de la Segunda Ley de la Termodinámica.

Pero eso debería explicar por qué el cambio de fase es tan importante y por qué sería menos eficiente usar un gas durante todo el ciclo. Es lo que establece el proceso para convertir parte de la energía del combustible en el trabajo de impulsar la turbina.

Condensamos el vapor para reducir el trabajo realizado por la bomba de alimentación para devolver el agua a la caldera.
Hay centrales eléctricas que tienen dos o tres turbinas conectadas en serie para utilizar la energía que posee el vapor en las turbinas. Sin embargo, la condición necesaria aquí es que debe ser un vapor sobrecalentado de “alta presión y alta temperatura”. Esto es así porque: –
1. Para evitar la corrosión de los álabes de la turbina que puede tener lugar debido al vapor húmedo.
2. Tener la tasa de flujo de vapor requerida (kg / h) en la turbina.

bueno para esto hay que recordar las áreas de termodinámica. Recuerde la fórmula de eficiencia n = 1-T / t (media) para plantas de energía. Condesnor permite que el calor rechace por debajo de la presión atmosférica, eso significa que disminuye la presión de saturación del rechazo. ya que para aumentar el calor hay que rechazarlo a la mínima temperatura posible. Por lo tanto, con la ayuda del calor del condensador se rechaza a una temperatura mucho más baja que el entorno y se traduce en un aumento en la eficiencia de la planta de energía. Espero que entiendas mi punto.

Puede bombear agua a una caldera de alta presión utilizando un simple tornillo archimedian como lo hicieron en muchas locomotoras de vapor. Si no condensa el vapor, debe bombear grandes volúmenes de gas a baja presión a una caldera de alta presión. Bombas caras, válvulas caras, termodinámica podrida.

Creo que ustedes están perdiendo el punto de la pregunta. Hay un motor que hace esto mismo. El excelente motor utiliza esta idea de calentar y enfriar un gas en un sistema de circuito cerrado. Además, no tiene que usar agua para hacer vapor. Pensé en usar amoníaco. Tiene propiedades de líquido a vapor similares a las del agua, pero a una temperatura mucho más baja. Todos los motores térmicos funcionan según el mismo principio. Lo calienta para expandirlo como si cambiara un líquido a vapor. Líquido, gas o sólido se expandirá. Sí, dije un sólido. Hobbyist ha creado pequeños robots que trabajan para calentar y enfriar piezas metálicas para que se mueva. Al hacer un motor térmico, necesita ver qué hay disponible para usar. 1. Fuente de calor: combustión interna, combustión externa, eléctrica, solar, nuclear o cualquier cosa que genere calor. 2. Medios expandibles: gas, líquido a gas, metal o cualquier cosa que se expanda o contraiga cuando se caliente o enfríe. 3. Material para hacer el motor: metal, plástico, vidrio o cualquier forma de cambiar los medios de expansión a una operación mecánica utilizable.
Ah, y otra cosa, el gas en expansión no tiene que ser una presión más alta que el aire frío, puede ser una presión más baja: el motor de turbina de gas.
Casi olvido uno. Había un motor de turbina que los militares fabricaron para un avión que enfriaba y recalentaba los gases de escape. Funcionaba con energía nuclear.

Una turbina de vapor es un motor térmico. Un motor térmico toma calor de una fuente de alta temperatura y convierte una parte de esta en energía mecánica y rechaza el resto a una temperatura baja.

Un motor térmico cíclico funciona en un ciclo continuo. Una turbina de vapor es un motor térmico cíclico. Se agrega calor al fluido de trabajo hirviendo agua en vapor a alta presión y se obtiene energía mecánica al expandir este vapor a través de una turbina y el calor se rechaza a la atmósfera al condensar el vapor expandido en un condensador.

Evaporación hirviendo) y condensación son métodos muy eficientes de transferencia de calor hacia y desde un fluido de trabajo.

El recalentamiento del vapor expandido se realiza en los motores de ciclo Rankine. Pero el vapor expandido en la segunda etapa se condensa en un condensador.

El vapor debe condensarse por los siguientes motivos:

1. Rechazo de calor según la segunda ley que se produzca.
2. El bombeo de vapor requerirá más trabajo con una bomba grande. Este es un trabajo negativo para la planta y no es deseable. Reduce la eficiencia. Condensado al agua, el volumen se reduce mucho y el trabajo de bombeo se vuelve mucho menor. aumentando así la eficiencia térmica

En cualquier sistema de potencia que utilice vapor como motor, el vapor puede considerarse como una correa en un sistema accionado por correa. Es decir, es una forma de capturar y mover energía de un lugar a otro.

En las centrales eléctricas no queremos agua contaminada en un sistema de circuito cerrado porque puede corroer las tuberías y dejar depósitos de calcio dentro de las tuberías y válvulas.

Entonces usamos agua destilada en el circuito cerrado.

En una planta Nuke hay un problema adicional en que queremos contener la radiactividad y evitar que se escape a nuestro medio ambiente. Así que también usamos sistemas de circuito cerrado.

En resumen, la forma más sencilla de prevenir la corrosión y la deposición en un sistema de transferencia de calor es usar agua / vapor muy puro en un circuito cerrado, y luego enfriarlo nuevamente después de haber sacado todo el trabajo posible. Una vez que se haya enfriado nuevamente mediante el uso de torres de enfriamiento (o radiadores en aplicaciones más pequeñas), podemos bombear el agua líquida a nuestra fuente de calor, recalentarla y hacer que funcione nuevamente.

También es útil porque (como en las turbinas a gas o petróleo) podemos obtener dos niveles de trabajo de una sola quemadura …

Puede haber un conjunto de generadores que son impulsados ​​directamente por los gases en combustión. Luego, esos gases “gastados” se utilizan para calentar el agua a vapor y el vapor impulsa un segundo conjunto de turbinas.

Esto funciona porque, aunque la energía en el gas quemado “gastado” no es suficiente para impulsar una turbina de gas directamente, todavía hay suficiente energía para calentar el agua en vapor y conducir una turbina un poco más pequeña.

Básicamente, estábamos usando el circuito de agua / vapor para capturar el calor (trabajo o diferencia de temperatura más precisa) que de otro modo se perdería

Enviar el vapor (+ agua) directamente a la caldera significaría aumentar el volumen específico de vapor, así como la temperatura del vapor. Cada vez que haga funcionar la turbina, deberá aumentar la temperatura y el volumen. ¡No puedes trabajar así para siempre! En otras palabras, sin condensación, el ciclo no se completa y si uno no está trabajando en un ciclo, uno no puede seguir trabajando durante demasiado tiempo, ya que una u otras variables alcanzarán un valor incómodo.

El vapor posterior a la turbina se enfría y se expande. No hay suficiente energía para ser utilizada con fines motivacionales. Incluso si la caída de presión a través de la turbina es menor, no será suficiente para conducir una turbina simplemente sobrecalentando. Y para lograr la máxima recuperación de energía neta, el cambio de fase ayuda.

Puede consultar artículos sobre el ciclo de Rankine para comprender mejor. La termodinámica de Turbomachinery de SL Dixon puede ayudarlo a explorar con más detalle.

Básicamente sabemos que el volumen específico de agua es muy menor en comparación con el vapor y el trabajo de la bomba es directamente proporcional al volumen específico. Entonces, si usamos bombas de agua, el trabajo es muy menor y, en consecuencia, la eficiencia de la planta aumenta. Pero si usamos vapor, entonces tenemos que trabajar más, lo que a su vez reduce la eficiencia y es por eso que la producción de trabajo neto disminuye, lo que no es deseable económicamente. En la central eléctrica queremos maximizar el rendimiento del trabajo y eso se logra reduciendo el trabajo de la bomba al valor mínimo.

Gracias

La razón simple es que: el trabajo realizado para comprimir un vapor es mucho más que el trabajo realizado para comprimir un líquido, la idea de una planta de energía es obtener la producción neta de trabajo, por lo que si comprimimos vapor directamente, entonces el trabajo obtenido de la turbina de vapor será gastado en comprimir el vapor n no obtendremos ningún resultado de trabajo. También quiero agregar que las bombas y las turbinas que son sistemas de flujo, el trabajo realizado u obtenido depende del volumen específico del fluido. Los vapores son más que los líquidos, por lo tanto, utilizamos líquidos en bombas y vapores en turbinas.

Creo que es una cuestión de pureza del agua. En las plantas nucleares, se debe evitar el uso de agua que degrada la tubería que está en contacto directo con el material fisionable. De esta manera, la parte “interna” del agua se mantiene pura mediante un sistema de circulación cerrado. Solo el calor llega al agua exterior, donde puede arrojarse a un sumidero frío.

No puede calentar el vapor de temperatura más baja en la caldera ya que la caldera acepta una mezcla en una sola fase (homogénea). Ya sea líquido o gaseoso, nunca ambos al mismo tiempo.