Transportes XXI

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Regeneração [Feedwater heating]

Outro meio de aumentar a eficiência térmica da instalação a vapor é pré-aquecer a água de alimentação antes desta entrar na caldeira, de modo a diminuir as irreversibilidades envolvidas numa instalação a vapor e, por conseguinte, aumentar a eficiência do ciclo. Por outro lado, evita o choque térmico causado pela diferença de temperaturas entre o interior e o exterior dos feixes tubulares no interior da caldeira aquando da entrada da água fria.

Regeneradores Abertos [Open Feedwater Heaters]

Neste tipo de regeneradores, vapor e água que sai do condensador são misturados. Uma vez que a temperatura dos dois fluidos é diferente, o resultado é um condensado a uma temperatura intermédia, superior à temperatura a que o condensado se encontraria caso não fosse aquecido depois de sair do condensador.

Representação de uma instalação a vapor com Regenerador Aberto

A imagem em cima representa uma instalação a vapor simples com regenerador aberto. Seguindo o percurso do vapor que sai da caldeira, no ponto 1, este entra no primeiro estágio da turbina, onde se expande isentropicamente [em teoria] e produz trabalho. Depois, à saída desse estágio, o fluxo é dividido, no ponto 2, seguindo parte do fluxo directamente para o regenerador [caudal y] e o restante [caudal 1-y] para os demais andares de expansão da turbina. O fluxo que continua a produzir trabalho, [1-y], expande-se nos demais andares da turbina até entrar no condensador, no ponto 3, onde é condensado. À saída do condensador, é comprimido por uma bomba do ponto 4 ao ponto 5, entrando, de seguida, no regenerador, onde se mistura com o vapor retirado em 2. O fluxo, passa então a ser unitário, dado que a soma das duas partes iguala o todo. Aqui, outra bomba comprime o fluido do ponto 6 ao ponto 7 onde entra na caldeira.

O ciclo de Rankine em baixo corresponde à instalação representada em cima. A linha entre o ponto a e o ponto 7 representa o calor que teria que ser fornecido à água pela caldeira se não houvesse Regenerador, ou seja, o aquecimento total a efectuar pela caldeira seria entre o ponto a e o ponto 1 em vez de entre os pontos 7 e 1.

Representação simples de um ciclo de Rankine para uma instalação a vapor com regenerador aberto e sobreaquecimento

Apesar de não se retirar tanta energia do vapor como a que se retiraria se todo o fluxo se expandisse pela turbina, a razão entre a perda de potência e a energia fornecida à água antes do aquecimento na caldeira é positiva e, por isso, a eficiência é positiva.

Regeneradores Fechados [Closed Feedwater Heaters]

Estes regeneradores funcionam de modo análogo aos regeneradores abertos. Aqui, contudo, o vapor e a água que sai do condensador não se misturam, apesar de transferirem calor de um para o outro.

Representação de uma instalação a vapor com regenerador fechado

A imagem em cima representa uma instalação a vapor simples com regenerador fechado. O circuito é igual ao do regenerador aberto, ou seja, a totalidade do fluxo de vapor produzido expande-se pelo primeiro andar da turbina, entre os pontos 1 e 2. Contudo, num regenerador fechado, os fluidos não se misturam. Por este motivo, a permuta de calor pode-se dar a diferentes pressões e, assim, uma das bombas da instalação com regenerador aberto é dispensável. Deste modo, o vapor retirado no ponto 2 [um caudal y] é canalizado para o regenerador onde entra em contacto com um banco de tubos onde circula a água que vem do condensador. Como a água está mais fria, o vapor condensa e a água, por sua vez, aquece. Os condensados do vapor são depois canalizados para o condensador, onde, depois de se expandir através de uma válvula de laminagem, se misturam, no ponto 8, com o vapor [caudal 1-y] vindo dos demais estágios da turbina. Daí, o fluido, depois de condensado, é comprimido por uma bomba do ponto 4 ao ponto 5, entrando depois no banco de tubos do regenerador para ser aquecido, não se misturando com o vapor retirado no ponto 2. Depois de aquecido no regenerador entre o ponto 5 e o ponto 6, o fluxo entra na caldeira onde é sobreaquecido.

Representação simples de um ciclo de Rankine para uma instalação a vapor com regenerador fechado e sobreaquecimento

O presente artigo visa os dados mais genéricos e menos complicados das turbinas de vapor. Existem muitas variantes ao ciclo de vapor simples. Dada a sua complexidade e enorme variedade, grande parte ficou por abordar. Todos os temas foram abordados superficialmente tendo em vista uma fácil compreenção por parte dos leitores.

Pedro Baptista, Fevereiro 2008

Agradecimentos:

Clive Robertson
João Lourenço
Siemens Power Generation