Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Vapor supercalentado
Cuando el vapor saturado generado en la caldera de vapor pasa más a través de las superficies de transferencia de calor, entonces su temperatura comenzará a aumentar por encima de la evaporación o la saturación.
El vapor se describe como sobrecalentado, si su temperatura es mayor que la de su temperatura de saturación. El grado de sobrecalentamiento está directamente relacionado con la temperatura del vapor calentado por encima de la temperatura de saturación.
El supercalor solo se puede proporcionar al vapor saturado y no al vapor con presencia de contenido de humedad. Para lograr un supercalentamiento, el vapor saturado debe pasar por otro intercambiador de calor. Este intercambiador de calor para sobrecalentamiento se denomina intercambiador de calor secundario dentro de la caldera. El gas de combustión caliente que sale de la caldera se considera la mejor forma de calentar el vapor saturado.
El vapor sobrecalentado encuentra su aplicación en centrales eléctricas de vapor para la generación de energía eléctrica . En las turbinas de vapor , el vapor sobrecalentado entra por un extremo y sale por el otro extremo hacia el condensador (puede ser de tipo refrigerado por agua o aire). El diferencial de la energía del vapor sobrecalentado entre la entrada y la salida de la turbina hace que el rotor de la turbina gire. Hay una reducción gradual de la energía del vapor mientras pasa por el rotor de la turbina.
Por lo tanto, es esencial tener un sobrecalentamiento suficiente en la entrada de la turbina, para evitar la condensación de vapor húmedo en la parte posterior del rotor de la turbina.
Básicamente, el rotor de la turbina de vapor tiene varias etapas y el vapor tiene que pasar por cada etapa antes de llegar al condensador. Entonces, si no se proporciona suficiente sobrecalentamiento en el vapor en la entrada de la turbina, entonces el vapor puede saturarse mientras llega a las etapas posteriores del rotor y, posteriormente, volverse más húmedo al pasar por cada etapa sucesiva.
El vapor húmedo en el extremo de cola del rotor es muy peligroso ya que puede provocar un golpe de ariete y una erosión severa en las últimas etapas de las palas de la turbina. Para superar este problema, es aconsejable diseñar los parámetros de entrada de vapor de la entrada de la turbina de vapor de tal manera que el vapor sobrecalentado permita entrar en la entrada de la turbina y el escape de la turbina esté diseñado para coincidir con los parámetros de vapor cerca de las condiciones de saturación. .
Una de las principales razones para utilizar el vapor sobrecalentado en la turbina de vapor es una mejora apreciable en la eficiencia térmica del ciclo.
La eficiencia del motor térmico se puede encontrar utilizando:
Eficiencia del ciclo de Carnot: Relación entre la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida y la temperatura de entrada.
Eficiencia del ciclo Rankine: Relación entre la energía térmica en la entrada y salida de la turbina y la energía térmica total extraída del vapor.
2. Ejemplo de cálculo del ciclo de Carnot y la eficiencia del ciclo de Rankine.
Explicado por ejemplo:
Una turbina se alimenta con vapor sobrecalentado a 96 bar a 490 o C. El escape está a 0,09 bar y al 12% de humedad.
La temperatura del vapor saturado es: 43,7 o C
Determine y compare el ciclo de Carnot y el ciclo de Rankine .
Procedimiento para determinar la eficiencia del ciclo de Carnot:
Procedimiento para determinar la eficiencia del ciclo Rankine:
Donde, 
Calor sensible en el condensado correspondiente a la presión de escape de 0.09 bar en KJ / Kg = 183.3
3. 
El diagrama Vapor-Fase es una representación gráfica de los datos proporcionados en la tabla de vapor. El diagrama de fase de vapor proporciona la relación entre la entalpía y la temperatura correspondiente a varias presiones. Entalpía líquida h f . Esto está representado por la línea AB en el diagrama de fases. Cuando el agua comienza a recibir calor de 0 o C, entonces recibe toda su entahlpy líquido a lo largo de la línea de agua saturada AB en el diagrama de fases.
Entalpía del vapor saturado (h fg ): Cualquier adición de calor adicional da como resultado un cambio de fase a vapor saturado y está representado por (h fg ) en el diagrama de fases, es decir, BC.
Fracción de sequedad (x): cuando se aplica calor, el líquido comienza a cambiar su fase de líquido a vapor y luego la fracción de sequedad de la mezcla comienza a aumentar, es decir, a moverse hacia la unidad. En el diagrama de fases, la fracción de sequedad de la mezcla es 0.5 exactamente en la mitad de la línea BC. De manera similar, en el punto c del diagrama de fases, el valor de la fracción de sequedad es 1.
Línea CD El punto c está en la línea de vapor saturado, cualquier adición de calor adicional da como resultado un aumento de la temperatura del vapor, es decir, el comienzo del sobrecalentamiento del vapor representado por la línea CD.
Zona de líquido → Región hacia el lado izquierdo de la línea de líquido saturado
Zona de supercalentamiento → Región hacia el lado derecho de la línea de vapor saturado
Zona de dos fases → El área entre la línea de líquido saturado y vapor saturado es una mezcla de líquido y vapor. Mezcla con fracciones de sequedad variadas.
Punto crítico → Es el punto ápice donde se encuentran las líneas de líquido saturado y vapor saturado. La entalpía de evaporación disminuye a cero en el punto crítico, lo que significa que el agua cambia directamente a vapor en el punto crítico y posteriormente.
La temperatura máxima que el líquido puede alcanzar o existir es equivalente al punto crítico.
Parámetros de punto crítico → Temperatura 374,15 o C
Presión → 221,2 bar
Los valores por encima de este son valores supercríticos y son útiles para aumentar la eficiencia del ciclo de Rankine.
