Tipos de geradores de vapor

O advento do gerador de vapor, ou caldeira, transformou a vida cotidiana muito antes das inovações eletrônicas e, sem dúvida, teve um maior impacto geral do que as inovações mais recentes, como comércio online, mídia social e wireless tecnologia. É difícil avaliar agora o quanto foi revolucionário ser capaz de ir de um lugar para outro sem poder pessoal ou animal (por exemplo, carruagem puxada por cavalos).

À primeira vista, a produção de vapor propositalmente parece uma escolha estranha. Olhando para o mundo da maneira como uma criança faria, o vapor parece ser pouco mais do que um desperdício aquoso obrigatório produto de vários processos que envolvem a geração de calor, desde cozinhar uma caixa de macarrão até o aquecimento dos corredores de um prédio.

A melhor maneira de relacionar sua mente com o valor do vapor devidamente aproveitado é imaginar o que acontece quando algo que tem vapor saindo de repente tampado ou de outra forma fisicamente impedido de emitir esse vapor - por exemplo, fechar uma tampa firmemente em uma panela de água fervente por até um segundo antes liberando-o.

Vapor é o vapor de água ou, mais geralmente, a forma gasosa da molécula. A água consiste em átomos de hidrogênio e oxigênio e tem uma fórmula molecular de H₂O. Como outro assunto com um particular ponto de ebulição, a água é capaz de entrar na fase gasosa quando atinge essa temperatura (para água, 100 C ou graus Celsius (212 F ou graus Fahrenheit) e recebe um pequeno impulso de energia para que possa superar seu calor de vaporização, uma espécie de pedágio que a matéria geralmente tem que pagar para mudar entre os estados (sólido, líquido ou gasoso).

Hoje, o papel mais difundido e vital do vapor é na geração de energia elétrica. Mas, no final dos anos 1600, descobriu-se que era mais fácil remover as águas residuais das minas quando eram condensadas. No processo, descobriu-se que o processo de condensação da água cria um vácuo (pressão negativa em relação ao que quer que esteja fora da área de atividade de condensação). Essa descoberta foi finalmente integrada em motores e geradores a vapor modernos.

Existem vários tipos de usinas a vapor, com a organização e outros detalhes específicos de cada uma dependendo da finalidade final da energia gerada a vapor. Em cada caso, o vapor não é o objetivo, mas um meio para um fim de produção de energia.

Em vez de simplesmente liberar vapor ao ar livre, com quaisquer diferenças locais de pressão sendo rapidamente resolvidas devido a um suprimento de ar ilimitado, ele está preso em algum tipo de espaço e sua força reprimida desencadeada por fornecimento humano equipamento.

Em usinas de energia, o vapor é criado pela queima de combustível em um ambiente de alta pressão - ou seja, uma caldeira. Isso é visto principalmente em usinas movidas a carvão, embora no início do século 21 estas tivessem sofrido fogo pesado tanto por seus efeitos poluentes diretos quanto por sua contribuição para o clima antropogênico mudança. O vapor também é usado em usinas nucleares e também em usinas de energia solar térmica.

Embora a composição e construção das caldeiras possam variar, seus componentes principais são basicamente os mesmos e incluem o seguinte:

• Firebox: Esta câmara é onde ocorre a combustão e abriga os queimadores e vários dispositivos reguladores.
• Queimadores: Estes injetam uma mistura de ar e combustível (geralmente carvão, óleo combustível ou gás natural) no sistema de distribuição para otimizar a mistura para combustão.
• Bateria: Isso inclui um tambor de lama inferior para coletar principalmente resíduos sólidos e um tambor de vapor superior para coletar o vapor para colocação no sistema de distribuição.
• Economizador: Este dispositivo otimiza a eficiência operacional pré-aquecendo a água de alimentação a uma determinada temperatura antes que ela possa entrar no corpo do sistema de caldeira.
• Sistema de distribuição de vapor: Essa rede de válvulas, tubos e conexões é customizada para os níveis de pressão do vapor que está sendo transportado pelo sistema. O vapor sai da caldeira com pressão suficiente para alimentar qualquer processo que esteja a jusante (por exemplo, geração de eletricidade por meio de uma turbina).
• Sistema de alimentação de água: Este elemento crítico de uma caldeira garante que a quantidade de água que entra no sistema seja equilibrada com a que sai do sistema. Isso deve ser calculado em peso, não em volume, uma vez que parte da água é vapor e parte é líquida.

Firetube. Eles são usados ​​com mais frequência em processos que precisam de 15 a 2.200 cavalos de potência (1 HP = 746 watts ou W). Esse tipo de caldeira é cilíndrica, com a chama na própria cavidade do forno e os próprios gases de combustão mantidos dentro de uma série de tubos. Eles vêm em dois designs básicos: costas secas e costas úmidas.

Tubo de água. Nesse arranjo, os tubos contêm vapor, água ou ambos, enquanto os produtos da combustão passam pelo lado de fora dos tubos. Muitas vezes, eles têm vários conjuntos de tambores e, como usam relativamente pouca água, essas caldeiras oferecem recursos de vaporização excepcionalmente rápidos.

Comercial. Geralmente apresentam combinações de projetos de tubo de água, tubo de fogo e resistência elétrica. Eles são populares em grandes edifícios que requerem uma temperatura quase constante, como escolas e bibliotecas, escritórios e edifícios governamentais, aeroportos, complexos de apartamentos, hospitais universitários e outros laboratórios de pesquisa, e assim sobre.

Condensação. As caldeiras de condensação podem atingir níveis de eficiência térmica de até 98 por cento, em comparação com 70 a 80 por cento atingíveis usando projetos de caldeira padrão. Os níveis de eficiência típicos chegam a cerca de 90 por cento quando a temperatura da água de retorno é de 110 F ou inferior, e aumentam com a diminuição da temperatura de retorno da água daí em diante.

Tubo de água flexível (tubo flexível). Esta construção é particularmente resistente ao "choque térmico", o que a torna uma opção natural para uso em aquecimento. As caldeiras de tubos de água flexíveis vêm em uma ampla gama de entradas de combustível e são adequadas para aplicações de baixa pressão usando vapor ou água quente. (Nem todas as "caldeiras" realmente fervem água!) Eles também são muito fáceis de manter, com fácil acesso às partes de trabalho do lado de fora.

Elétrico. Essas caldeiras são reconhecidamente de baixo impacto: limpas, silenciosas, fáceis de instalar e pequenas em relação à sua utilidade. Como nada é realmente queimado (isto é, não há chama para se preocupar), as caldeiras elétricas são maravilhosamente simples. Não há combustíveis ou equipamentos de manuseio de combustível na mistura e, portanto, nenhum escapamento e nenhuma necessidade de tubos e portas associados. Além disso, possuem elementos de aquecimento fáceis de substituir.

Gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG). Este é um inovador "trocador de calor" de recuperação de energia que recupera o calor de uma corrente de gás quente que passa. Eles criam vapor que pode ser usado para acionar um determinado processo ou para acionar uma turbina a vapor para gerar eletricidade usando um eletroímã. Os HRSGs são construídos com base em três componentes principais - um evaporador, um superaquecedor e um economizador.

As usinas nucleares usam energia não da combustão de combustível, mas da separação mecânica de seus menores componentes. Essa é uma maneira muito suave de descrever ficão nuclear, em que os átomos (neste caso, os pertencentes ao elemento urânio) se partem em átomos menores, liberando enormes quantidades de energia.

A energia liberada pela fissão é capturada e usada para aquecer e ferver água, e o vapor resultante é usado para alimentar uma turbina para fins de geração de eletricidade.