Monitoramento de desempenho do condensador (Parte 1)

A primeira metade desta série de duas partes examina as ideias básicas por trás da importância da transferência de calor do condensador.

Por Brad Buecker – Buecker & Associates, LLC

Um artigo recente da Power Engineering discutiu uma tecnologia que está sendo desenvolvida pela Universidade de Illinois em sua Usina Elétrica Abbot para aumentar o desempenho do condensador de superfície de vapor em até 2%.1

Isto pode não parecer muito, mas tal melhoria pode ser muito valiosa. Nesta primeira parte de uma série de duas partes, examinaremos as ideias básicas por trás da importância da transferência de calor do condensador e, na segunda parte, revisaremos métodos simples para monitorar o desempenho do condensador. O excesso de vazamento de ar pode afetar gravemente a eficiência do condensador e a capacidade de resfriamento.

A palavra “termodinâmica” evoca visões de matemática complexa para muitas pessoas (incluindo às vezes este autor). No entanto, fórmulas relativamente simples da termodinâmica podem explicar muito sobre os fundamentos do gerador de vapor, incluindo a transferência de calor do condensador.

A termodinâmica é construída principalmente em torno de duas leis. Às vezes, eles são chamados de brincadeira como (primeira lei), “Você não pode conseguir algo de graça” e (segunda lei), “Você não consegue empatar”. A primeira lei é baseada na conservação de energia. Diz que a energia utilizada num sistema não é criada nem destruída, mas apenas transferida. A equação clássica de energia para um sistema fundamental (definido como volume de controle nos livros didáticos)2,3 é:

Q – Ws = ṁ2[V22/2 + gz2 + u2 + P2υ2] – ṁ1[V12/2 + gz1 + u1 + P1υ 1] + dEc.v./dt Eq. 1

Onde,

Q = Entrada de calor por unidade de tempoWs = Trabalho no eixo, como aquele realizado por uma turbina, por unidade de tempoṁ2 = Fluxo para fora do sistema por unidade de tempoṁ1 = Fluxo para dentro do sistema por unidade de tempo (V22 – V12)/2 = Mudança na cinética energiagz2 – gz1 = Mudança na energia potencialu2 = Energia interna do fluido que saiu1 = Energia interna do fluido que entraP2υ2 = Trabalho de fluxo do fluido à medida que sai do sistema (P = pressão, υ = volume específico)P1υ 1 = Trabalho de fluxo do fluido como entra no sistemadEc.v./dt = Mudança na energia dentro do sistema por unidade de tempo

Embora esta equação possa parecer complicada, ela pode ser melhor compreendida através de algumas definições e simplificações. Primeiro, em muitos sistemas e especialmente em geradores de vapor, as energias potencial e cinética são muito pequenas em comparação com outras variações de energia e podem ser desprezadas. Segundo, em um processo de fluxo constante, como um gerador de vapor, o sistema não acumula energia, então dEc.v./dt é zero. A remoção desses termos deixa a energia interna do fluido (u) mais suas capacidades de trabalho de fluxo (Pυ). Os cientistas combinaram esses dois termos na propriedade muito útil conhecida como entalpia (h). A entalpia é uma medida da energia disponível do fluido, e as entalpias foram calculadas para uma ampla gama de condições de vapor e líquido saturado. Esses valores podem ser encontrados em tabelas de vapor padrão, onde a água saturada a 0oC foi designada como tendo entalpia zero.

Usando essas simplificações e definições, a equação de energia para operação em regime permanente reduz-se a:

Q – Ws = ṁ(h2 – h1) Eq. 2

Mas esta equação representa o cenário ideal sem perdas de energia, e é aqui que entra a segunda lei. Entre outras coisas, a segunda lei descreve a direção do processo. Uma xícara de café quente colocada sobre a mesa da cozinha não fica mais quente enquanto o ambiente esfria. Os seres humanos envelhecem. Um número literalmente infinito de exemplos é possível, mas esses exemplos transmitem a essência da segunda lei.

A segunda lei tem como fundamento o conceito do ciclo de Carnot, que diz que o motor mais eficiente que pode ser construído opera com uma entrada de calor (QH) em alta temperatura (TH) e uma descarga de calor (QL) em baixa temperatura (TL). ), no qual

QH/TH – QL/TL = 0 Eq. 3

Esta equação representa um motor teoricamente ideal. Em todos os processos conhecidos pelos humanos, ocorrem algumas perdas de energia. Isso pode ser devido ao atrito, ao calor que escapa do sistema, a distúrbios de fluxo ou a uma variedade de outros fatores. Os cientistas definiram uma propriedade conhecida como entropia(s), que, em seus termos mais simples, é baseada na razão entre a transferência de calor em um processo e a temperatura (Q/T). Em cada processo, a mudança geral de entropia, de um sistema e de seu entorno, aumenta.