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Condensador de Superfície

Trocador de Calor - Condensador Superfície

Condensador de Superfície

Condensador de superfície é um termo comummente usado para trocadores de calor refrigerados a água instalados na exaustão de vapor de uma turbina a vapor em usinas termoelétricas.

Estes condensadores são trocadores de calor os quais convertem vapor de seu estado gasoso ao líquido em uma pressão abaixo pressão atmosférica. 

Vamos falar sobre o condensador instalado na saída da turbina de condensação que é conhecido como Condensador de Superfície e por operar com pressão abaixo da atmosférica (Vácuo), tem várias características bem particulares.

Destacamos que na reposição de água na caldeira, temos o desaerador cujo função é retirar o ar presente na água, mas sua retirada completa não é possível de se atingir, então o vapor gerado na caldeira ainda contem ar que, por ser incondensável nas condições de operação do condensador, acaba se acumulado no ambiente de menor pressão, que é exatamente no interior do condensador de superfície e temos que extrai-lo para manter a produção de energia mais alta possível.

Trocador de Calor - Condensador Superfície
Condensador de Superfície

Como é um Condensador de Superfície internamente?

Na ilustração abaixo podemos ver a entrada de vapor na parte superior do condensador, onde ao ter contato com os tubos com temperatura menor, o vapor d´água se condensa e desce, os
incondensáveis (Ar composto basicamente por N2 + O2) tendem a acumular na parte inferior do condensador, posicionando estrategicamente um defletor, podemos criar uma região onde o ar se acumula e pode ser extraído por uma bomba de vácuo ou por um sistema com ejetores e trocadores de calor.

Vista interna condensador de Superfície
Vista Interna Condensador

Condensador de superfície é um termo comumente usado para trocadores de calor refrigerados a água instalados na exaustão de vapor de uma turbina a vapor em usinas termoelétricas.

A zona de resfriamento é importante para podermos aumentar a densidade do ar purgado, melhorando o funcionamento seja da bomba de vácuo ou dos ejetores. Nesta mesma zona de resfriamento por causa do maior teor de O2, é comum utilizar tubos de maior resistência à corrosão, diferente dos demais da zona de condensação, este conceito aumenta a durabilidade do conjunto sem onerar significativamente os custos.

 

Nas situações de problemas no sistema de extração de ar, os incondensáveis se acumulam no interior do equipamento, aumentando sua pressão parcial e, consequentemente aumenta a pressão total reinante no condensador (Pressão parcial do vapor + pressão parcial dos incondensáveis) diminuindo substancialmente a potência na turbina e, consequentemente reduz a energia produzida.

Como é a extração de incondensáveis no condensador?

Para extrairmos os incondensáveis do interior do condensador, temos basicamente dois sistemas bem interessantes cuja escolha dependerá da confiabilidade desejada no sistema e claro, dos custos de investimento e operacional.


A extração do ar deve considerar a pressão interna do condensador (~ 120 mbar abs) e elevar o gás até a pressão atmosférica externa (~1.000 mbar abs), para então poder descarregar no exterior.


Um sistema muito utilizado em sistemas de médio e grande porte utiliza ejetores e condensadoresauxiliares, um fluxograma simplificado pode ser visualizado na ilustração a seguir:

Funcionamento ejetores no Condensador de Superfície

Neste sistema temos um ejetor identificado como “de Arranque” para criar o vácuo necessário no condensador e, permitir um diferencial de pressão entre a entrada e a saída da turbina e, assim acionar o gerador elétrico. Este ejetor é utilizado somente na partida, pois assim reduzimos o tempo necessário para fazermos o “vazio” do condensador, porém em função do alto consumo de vapor motriz, ao se atingir a pressão interna de operação, deve-se acionar os ejetores do inter e do pós condensador e fechar o ejetor de arranque, reduzindo assim a vazão de vapor.

 

Em operação o ejetor succiona o ar do condensador de superfície, comprime o gás misturando com o vapor motriz e descarrega no intercondensador, este é resfriado pelo condensado; em função da pressão da descarga deste primeiro ejetor estar ainda menor que a pressão atmosférica, instalamos um segundo ejetor que succiona do intercondensador, comprime novamente os gases e os descarrega no pós condensador em uma pressão ligeiramente superior à atmosférica, fazendo a compressão e condensação em duas etapas, desta forma reduzimos substancialmente o consumo de vapor quando comparamos com o ejetor de arranque que faz a compressão em uma única etapa.

Sistema de controle de retorno do condesado 

Embora não esteja representado no fluxograma, temos um sistema de controle de retorno do condensado após a circulação no inter e pós condensador, intertravado com a leitura do nível de condensado no domo do condensador, isto é extremamente importante para mantermos a coluna de líquido mínima na sucção das bombas evitando a cavitação e instabilidade no circuito.


Na ilustração à direita vemos a turbina na parte superior descarregando no topo do condensador de superfície, com as bombas de condensado no piso inferior, garantindo assim a coluna de líquido mínima para atender ao NPSHr (Net Positive Suction Head) requerido pela bomba, já considerando as perdas de carga e a altura disponíveis na instalação.


Também podemos visualizar o silenciador na descarga dos gases para a atmosfera.

Domo Condensador
Domo Condensador

Quando o sistema de vácuo (Por ejetor ou por Bomba) não opera adequadamente, o ar se acumula no condensador de superfície, a pressão reinante no interior do condensador aumenta e consequentemente reduz a energia produzida, por esta razão o operador deve estar sempre atento aos parâmetros de operação do conjunto: turbina, condensador, sistema de vácuo e torre de resfriamento para atingir a geração de energia elétrica desejada.

Vídeo Sobre Condensador Parte 1/2

Vídeo Sobre Condensador Parte 2/2

Arquivos sobre Condensador para dowload

Condensador de Superfície - Gigante Desconhecido – I

Princípios de funcionamento; Extração de Ar;

Condensador de Superfície - Gigante Desconhecido – II

Tipos de Extração de Ar;

Condensador de Superfície - Gigante Desconhecido – III

Principais perdas de receitas;

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