1. Intro a Centrales Termoelectricas

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1. INTRODUCCION A CENTRALES TERMOELECTRICAS

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo INDICE Pgina 1 Introduccin 3

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Conceptos Generales 2.1. 2.2. 2.3. El Atomo Y La Electricidad Componentes Fundamentales De Un Circuito Elctrico Trminos Elctricos Fundamentales

4 4 5 7

3

Formas De Producir La Energa Elctrica 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. Qu Es Una Central De Generacin? Tipos De Centrales De Generacin Central Hidroelctrica Central Geotrmica Central Termoelctrica

16 16 16 17 18 18

4

Descripcin Del Proceso De Una Central Termoelctrica 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. Descripcin General Del Ciclo De Una Central Termoelctrica Descripcin De La Operacin Del Generador De Vapor Descripcin Del Funcionamiento De La Turbina El Generador Elctrico Y Sus Auxiliares

20 20 23 36 44

5 6 7 8 9

Transmisin De Potencia Rendimiento De Una Central Termoelctrica Descripcin Del Equipo Auxiliar De Una Central Termoelctrica Sumario Anexos

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1

INTRODUCCION.

El avance tecnolgico del pas y especficamente de Comisin Federal de Electricidad, va acorde con la demanda de energa elctrica requerida.

Por lo que una de las preocupaciones primordiales de C.F.E. y del C.N.C.A.O.I., es la de capacitar al personal que labora para tal fin. En el presente material se hace una descripcin general del proceso de generacin de energa elctrica, as como de los principios bsicos de operacin del equipo principal que integra a una central termoelctrica, con la finalidad de que el personal que de alguna forma est relacionado con la operacin de una central de este tipo, obtenga un panorama general del proceso, que le ayude a mejorar el desempeo de sus actividades.

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CONCEPTOS GENERALES.

2.1.

El Atomo y la Electricidad.

El tomo es la partcula ms pequea a la que se puede reducir un elemento y que conserva las propiedades de ese elemento. Cada tomo contiene un ncleo que tiene una cantidad de carga positiva, que se debe a las partculas llamadas protones. Girando en rbita alrededor del ncleo se encuentran los electrones cargados negativamente.

En condiciones normales el nmero de protones es igual al de electrones por lo cual el tomo es elctricamente neutro, ver Fig. 2.1.1.

La electricidad se produce cuando ha habido un movimiento de electrones, alterndose su cantidad en el tomo. Los electrones de la ltima capa se puede liberar fcilmente, denominndose electrones libres. Cuando un tomo ha perdido o ganado electrones se dice que queda cargado positiva o negativamente. Al cargarse elctricamente un tomo se dice que hay electricidad esttica (o sin movimiento); sin embargo, cuando los electrones estn movindose, existe electricidad dinmica que es de la que nosotros nos ocuparemos.

Figura 2.1.1 Estructura del Atomo

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 2.2. Componentes Fundamentales de un Circuito Elctrico.

La electricidad se produce cuando los electrones se liberan de sus tomos, formando una corriente, cuando stos se mueven en la misma direccin, describiendo una trayectoria bien definida circuito elctrico.

El circuito elctrico consta de los siguientes elementos fundamentales (Fig. 2.2.1)

A) B) C) D)

FUENTE DE ENERGIA ELECTRICA. CONDUCTORES. EQUIPO DE CONTROL (INTERRUPTOR). APARATOS DE CONSUMO ELECTRICO (CARGAS).

Figura. 2.2.1 Elementos de un Circuito

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo A) FUENTES DE ENERGIA ELECTRICA.- Existen varios tipos de fuentes elctricas, sin embargo, las ms comunes son: Las bateras, el acumulador y el generador de corriente (Fig. 2.2.2).

Figura 2.2.2. Fuentes de Energa

B) CONDUCTORES.- Son los que proporcionan la trayectoria que debe seguir la energa elctrica (Fig. 2.2.3). Los elementos mejores conductores de la

electricidad son: cobre, aluminio, plata y oro. Por su menor costo los elementos ms utilizados son el cobre y el aluminio.

Figura 2.2.3 Los Conductores Proporcionan la Trayectoria para el Flujo de Electrones

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo C) EQUIPOS DE CONTROL (INTERRUPTOR).- Son los equipos destinados a abrir o cerrar el circuito elctrico segn se necesite cortar o iniciar el flujo de electrones (ver Fig. 3.2.4)

D) CARGAS O APARATOS DE CONSUMO ELECTRICO.- Son los dispositivos que aprovechan la energa elctrica para obtener alguna funcin, ejemplo: planchas, licuadoras, motores, lmparas de alumbrado, etc.

Figura 2.2.4 El Interruptor Tiene la Funcin de Abrir o Cerrar un Circuito Elctrico

2.3.

Trminos Elctricos Fundamentales.

a. b. c. d. e. f.

INTENSIDAD DE CORRIENTE VOLTAJE RESISTENCIA TRABAJO POTENCIA ELECTRICA ENERGIA ELECTRICA

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo a. CORRIENTE ELECTRICA.- La corriente elctrica es un movimiento de electrones a travs de un conductor.

La intensidad de la corriente elctrica, puede ser fuerte o dbil, segn la cantidad de electrones que pase por una seccin del conductor en cada unidad de tiempo. La unidad de corriente es el AMPER.

b. DIFERENCIA DE POTENCIAL, FUERZA ELECTROMOTRIZ O VOLTAJE.- Es la diferencia de potencial o fuerza que ocasiona el movimiento de electrones en un circuito elctrico, la cual es producida por una fuente de energa o un generador elctrico intercalado en un circuito elctrico.

La unidad de voltaje es el VOLT. Cuando se refiere a las altas tensiones de las centrales trmicas, lneas de transmisin y distribucin se emplea una unidad mayor denominada KILOVOLT.

1 kilovolt (KV) = 1,000 volts

c. RESISTENCIA.- Depende de la facilidad que ofrece el conductor al paso de los electrones. Un alambre delgado presenta mayor resistencia que uno grueso, y un alambre corto ofrece menor resistencia que otro largo. Si los alambres tienen los mismos dimetros y longitudes, pero son de diferentes metales, sus resistencias tampoco son iguales, por ejemplo, el cobre debido a su baja resistencia y costo, se prefiere en los circuitos elctricos en lugar de otros metales que tienen mayor resistencia.

Para comprender la circulacin de la corriente elctrica y sus magnitudes, conviene compararla con el agua que corre por una tubera, ver Figs. 2.3.1 y 2.3.2

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo CORRIENTE DE AGUA

La corriente de agua es producida por una diferencia de altura entre los dos extremos de la tubera que la conduce o por medio de una bomba que la impulsa. La intensidad de la corriente de agua que pasa por la tubera es la cantidad de litros que fluye por segundo en determinado punto de la misma. El mayor o menor dimetro de la tubera controla la cantidad de agua que puede circular.

CORRIENTE ELECTRICA

La corriente elctrica es producida por la diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor causada por un generador, se mide en volts. La intensidad de

la corriente elctrica es la cantidad de electrones que pasan por segundo en el conductor y se mide en amperes. La naturaleza o dimetro del conductor

produce una resistencia que afecta el paso de la corriente elctrica y se mide en ohms.

Figura 2.3.1

Comparacin de un Circuito Elctrico con un Circuito Hidrulico

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MAGNITUD Intensidad Diferencia de potencial o Fuerza electromotriz o Voltaje

SIMBOLO I

V

Resistencia

R

UNIDAD Amper A miliampere mA microampere a Volt V Milivolt mV Microvolt V Ohm Miliohm m Microhm

APARATO Ampermetro

Voltmetro

Ohmetro

Figura 2.3.2

Unidades Fundamentales y Aparatos que la Miden

Existen dos tipos de corrientes:

CORRIENTE CONTINUA.- Esta corriente se caracteriza porque el flujo de electrones (corriente elctrica) es siempre en un mismo sentido. Las fuentes ms comunes de corriente continua son: las bateras y las pilas (Fig. 2.3.3)

La corriente continua est representada electrones, o por los

la recta que

indica sentido o intensidad constante.

Figura 2.3.3

Corriente Continua

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo CORRIENTE ALTERNA.Se produce si el sentido en que se mueven los

electrones cambia un nmero determinado de veces por segundo.

La corriente alterna se produce mediante generadores y por muchas ventajas es la ms usada en las ciudades. C.F.E. genera una corriente alterna con una

frecuencia de 60 ciclos por segundo, es decir, 60 veces en un segundo cambia el sentido de flujo (Fig. 2.3.4)

La corriente alterna vara su sentido e intensidad a cada veces momento. que A las

se repiten

estas variaciones en un segundo se le denomina frecuencia.

Figura 2.3.4

Corriente Alterna

d. TRABAJO.-

Se dice que se est efectuando un trabajo cuando una fuerza

provoca un movimiento en un objeto (Trabajo = Fuerza x Distancia), por ejemplo, como se muestra en la figura, en la primera parte el resorte no puede mover el gancho, por lo tanto, no se est realizando ningn trabajo, ahora. Al quitar el gancho el peso es puesto en movimiento debido a que el resorte tiene la fuerza necesaria para levantarlo; en este caso, se est realizando un trabajo ya que la fuerza del resorte ocasiona un movimiento en el peso al cual est sujeto. (Fig. 2.3.5).

La unidad de medicin del trabajo es el kilogramo-metro (Kg-m). Familiarizacin U-211 / 72

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FIG. 2.3.5 Se Dice que se Realiza un Trabajo Cuando la Fuerza Mueve al Peso

Para ejemplificar este concepto, consideremos el siguiente problema: Suponga que se debe de subir una tonelada de ladrillos hasta una altura de 18 m.

Una persona, subiendo por una escalera, podra llevar los ladrillos en unos 25 viajes, llevando 25 ladrillos por viaje.

Si se realiza con un montacargas tirado por un caballo se podra subir los ladrillos en 10 viajes.

Una constructora moderna lo podra hacer en un solo viaje, por medio de un elevador impulsado por un motor.

Cul es la diferencia entre estas 3 maneras de levantar los ladrillos? Familiarizacin U-212 / 72

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo En cada una se realiza la misma cantidad de trabajo.

Trabajo = 1,000 kg x 18 m. = 18,000 Kg-m

FUENTE DE ENERGIA 1 persona 1 caballo 1 mquina

TRABAJO REALIZADO 18,000 Kg-m 18,000 Kg-m 18,000 Kg-m

TIEMPO REQUERIDO PARA SUBIR LADRILLOS 300 min. 25 min. 3 min.

TRABAJO POR MINUTO 60 Kg-m 720 Kg-m 6,000 Kg-m

En la cuarta columna se especifica la cantidad de trabajo que se realiza en un minuto para los tres casos. Este es el concepto de potencia: cantidad de trabajo efectuado en una unidad de tiempo, o sea la rapidez para realizar trabajo.

e. POTENCIA ELECTRICA.- La potencia es el trabajo que se realiza en un perodo de tiempo. Se dice que existe mucha potencia cuando el trabajo se realiza con bastante rapidez, por ejemplo: si un cierto trabajo lo realizamos en un minuto, en lugar de una hora, aumentaremos la potencia.

El objetivo de una central termoelctrica es producir electricidad. Cuanto mayor sea la cantidad de electricidad producida, mayor ser la potencia que est generando la central en ese momento.

Ahora, haciendo una analoga con el ejemplo anterior del resorte y del peso, hablaremos de cmo se produce mayor cantidad de electricidad. La fuerza del

resorte es sustituida por una fuerza elctrica, la cual es el voltaje y es la que produce el movimiento mayor de electrones (corriente) para generar electricidad, y mientras mayor sea esta fuerza elctrica ms grande ser la corriente que circula y por lo tanto, generaremos una mayor cantidad de electricidad. (Fig. 2.3.6)

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Figura 2.3.7

Principio de Potencia Elctrica

Para calcular la potencia la frmula ser:

Potencia = Voltaje x Corriente

La unidad de potencia elctrica se denomina watt y ocurre cuando en un circuito elctrico existe una diferencia de voltaje de 1 volt y circule una corriente de 1 amper.

Ejemplo: La potencia de un foco cuando se conecta a una fuente de 125 volts y por l circule una corriente de 0.8 amperes: 100 watts P = V xI = 125 x 0.8 =

Esta unidad (watt) es muy pequea para utilizarla en la generacin de potencia en centrales trmicas, por lo cual se utilizan las siguientes unidades:

1 Kilowatt (Kw) = 1,000 Watts 1 Megawatt (MW) = 1,000 Kw Familiarizacin U-214 / 72

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo f. ENERGIA ELECTRICA.- La energa elctrica (E) viene siendo la potencia real consumida en un circuito durante un perodo de tiempo definido, ejemplo: la potencia que nos entrega un motor en su eje, como en el caso de una lavadora de ropa que usa una ama de cada durante cierto tiempo. (ver Fig. 2.3.7)

Figura 2.3.7 Principios de Energa

Su unidad es el watt hora (W-h). En las centrales trmicas se utilizan unidades ms grandes como: 1 Kilowatt-hora (Kw-h) = 1,000 W-h 1 Megawatt-hora (Mw-h) = 1,000 Kw-h

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33.1.

FORMAS DE PRODUCIR LA ENERGIA ELECTRICAQu es una Central de Generacin?

Una central de generacin es una instalacin cuyo objetivo es producir energa elctrica.

La energa elctrica se produce como resultado de una serie de transformaciones de energa. Estas transformaciones de energa se realizan precisamente dentro de la central.

La central debe contar con alguna forma de energa disponible ya sea combustible, agua de presa, vapor del subsuelo, etc., a partir de la cual se inician todas las transformaciones necesarias hasta llegar finalmente a la energa elctrica.

3.2.

Tipos de Centrales de Generacin

Existen diversos tipos de centrales de generacin, la diferencia entre los tipos de centrales, est en la forma en que se encuentra la energa disponible y en las transformaciones que se deben efectuar. Por supuesto, el equipo y dispositivos En el anexo I se

necesarios tambin son diferentes segn el tipo de central.

muestran las centrales generadoras que se tienen en el pas, nmero de unidades y capacidad instalada por cada tipo de central.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo A continuacin se hace una descripcin del principio de operacin de una central hidroelctrica, una geotrmica y de una termoelctrica, la cual es objeto de nuestro estudio.

3.3.

Central Hidroelctrica

En una central hidroelctrica se cuenta con una forma de energa disponible que es la energa potencial del agua almacenada en una presa que se encuentra a una mayor altura que la central generadora. Al dejar fluir esa agua de una mayor altura a una menor se aprovecha toda la energa de movimiento (cintica) que trae el agua consigo para mover una turbina hidrulica y sta a su vez a un generador elctrico, para finalmente producir la energa elctrica, tal como se puede apreciar en la figura 3.2.1.1.

Figura 3.2.1.1 Representacin Esquemtica de la Forma como Opera una Central Hidroelctrica

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 3.4. Central Geotrmica

En una central geotrmica se cuenta con una forma de energa disponible que es la energa trmica del vapor del subsuelo el cual proviene de un giser y se conduce hacia una turbina de vapor en donde cede su energa y se realiza una transformacin de la energa trmica del vapor a energa mecnica en la turbina la cual se utiliza para mover un generador elctrico y producir la energa elctrica. Tal efecto se puede apreciar en la figura 2.2.2.1.

Figura 3.2.2.1 Representacin Esquemtica de la Forma como Opera una Planta Geotrmica.

3.5.

Central Termoelctrica

Qu es una central termoelctrica?

Enfocaremos nuestra atencin a un tipo de central de generacin, que por su nmero y capacidad, son muy importantes en el sistema elctrico de nuestro pas: centrales termoelctricas. las

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Una central termoelctrica es un medio para convertir la energa qumica del combustible en energa elctrica. Consiste bsicamente de una caldera y una

turbina que mueve a un generador elctrico.

La caldera es un dispositivo que convierte el agua en vapor. Este vapor es usado para hacer girar el aspa de una turbina, la cual mover a su vez al generador elctrico. En la figura 3.2.3.1 se muestra de una manera simplificada a la caldera como una olla para t. La turbina como una pequea hlice o rehilete y al generador elctrico como un imn que gira dentro de una estructura cilndrica en la cual se enrolla un alambre conductor de la electricidad que se produce.

Figura 3.2.3.1 Representacin Esquemtica de la Forma como Opera una Central Termoelctrica

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DESCRIPCION TERMOELECTRICA

DEL

PROCESO

DE

UNA

CENTRAL

4.1.

Descripcin General del Ciclo de una Central Termoelctrica

Usted se preguntar cmo es que si una central termoelctrica es bsicamente tan sencilla Por qu entonces las construcciones que vemos son tan complejas? La respuesta es simple, ya que el esquema mostrado en la figura anterior representa a una central de generacin no muy eficiente, en realidad su eficiencia sera cercana al 05.

Ahora veamos como sera una central generadora que est ms cerca de la realidad. En una Central Termoelctrica son 4 las transformaciones de energa que se efectan, y stas son las siguientes (ver Fig. 4.1.1 y 4.1.2):

La fuente de energa es un combustible (combustible pesado, diesel, carbn, etc.) La energa se encuentra almacenada en el combustible segn su composicin qumica y se libera haciendo que se produzca una reaccin qumica que en este caso es la combustin.

Al producirse la combustin, en el hogar del generador de vapor, ya se tiene la primera transformacin de energa, es decir, que la energa qumica del combustible se transforma en calor (energa calorfica) en la flama y en los gases calientes producto de la combustin.

Si la energa calorfica de los gases se emplea para calentar agua y producir vapor, ya se tiene otra transformacin de energa. Los gases ceden parte de su energa al vapor, tenindose ahora vapor con mayor energa que llamaremos trmica. (Para diferencias con el trmino de energa calorfica asignado a los gases calientes).

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Figura. 4.1.1 Equipo Principal de una Central Termoelctrica


Figura 4.1.2 Transformaciones de Energa

La energa trmica del vapor se transforma en energa mecnica en una turbina de vapor con lo que se tiene otra transformacin de energa.

Finalmente, si la turbina est unida a un generador elctrico, se tiene la ltima transformacin de la energa y se llega al objetivo: la produccin de energa

elctrica. En el caso de las centrales termoelctricas de la Comisin Federal de Electricidad, el vapor que ya trabaj en la turbina se condensa, lo que permite aprovechar ms energa y recuperar el agua para alimentar de nuevo al generador de vapor.

La condensacin del vapor se efecta en el condensador, el cual est formado por una cmara de tubos y por el interior de estos circula el agua necesaria para el enfriamiento del vapor. El vapor al hacer contacto con la parte exterior de los tubos se condensa, formndose gotas que se precipitan a la parte inferior del condensador. Familiarizacin U-222 / 72

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El agua recolectada se enva nuevamente al generador de vapor a travs de dos etapas las cuales se conocen como sistema de condensado y sistema de agua de alimentacin, los cuales tienen la funcin de abastecer al generador de vapor continuamente y hacer frente a las variaciones en la demanda de agua del mismo.

4.2.

Descripcin de la Operacin del Generador de Vapor

El generador de vapor es uno de los equipos principales de una central termoelctrica, ya que convierte el agua en vapor. Veamos ahora como podemos mejorar la eficiencia de ste, al mismo tiempo que conocemos poco a poco cada una de sus partes. Primero, en la caldera es necesario mantener el fuego por lo que esto implica que deber contarse con un sistema de suministro combustible, y tambin la manera de quemarlo adecuadamente.

As tendremos que esta parte del diagrama quedar como se muestra en la Fig. 4.2.1

Figura 4.2.1 Elementos Fundamentales para Transformar el Agua A Vapor

Aqu vemos una banda que conduce el combustible (carbn) hasta el horno donde es quemado sobre una gran superficie vibratoria, por otro lado un soplador est suministrando aire para la combustin, veamos aqu dos conceptos importantes acerca de la combustin: Familiarizacin U-223 / 72

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 1. La combustin es un proceso en el que el oxgeno del aire reacciona rpidamente con el combustible (cualquiera que sea) liberando grandes cantidades de energa trmica generalmente en forma de gases calientes. 1. La combustin implica una serie se problemas de tipo mecnico como son: La preparacin del combustible, mezcla adecuada entre el aire y el combustible, etc. Por lo tanto es importante realizar estudios de las propiedades qumicas y fsicas del combustible, as como de equipos, como atomizadores, quemadores, etc., de tal manera que en el proceso de combustin sea liberada la mayor cantidad de calor posible disminuyendo las prdidas por combustin incompleta.

Sabemos bien que el calor acelera el proceso de combustin, de hecho la combustin no se desarrolla si el combustible no tiene la temperatura adecuada, por lo que es importante mantener una alta temperatura en el lugar donde se est realizando la combustin. Esto se logra en parte calentando el aire antes de

suministrarlo a la caldera, con lo cual adems de mejorar la combustin se incrementa su eficiencia.

Con esta idea en mente, nuestro esquema incorpora un arreglo ms en la figura 4.2.2

Figura 4.2.2 El Calentamiento Previo del Aire y el Pulverizado del Combustible Mejora la Eficiencia. Familiarizacin U-224 / 72

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Como se puede apreciar, ahora tenemos una chimenea para desalojar los gases de combustin y un calentador de aire conectado al soplador, de esta manera se aprovecha parte del calor de los gases para calentar el aire.

Todo esto probablemente suene demasiado simple, pero la razn de explicarlo de esta manera, es mostrar como es que la ingeniera ha ido mejorando los sistemas contenidos en una caldera, haciendo modificaciones, ahorrando energa, donde sea posible, supervisando ms estrechamente la operacin etc., todo esto mejora la efectividad y eficiencia de los sistemas auxiliares, y por lo tanto del Generador de Vapor.

Analizando los dibujos anteriores, la olla para t que represente a la caldera o generador de vapor, realmente no es muy eficiente. Veamos el arreglo que muestra la figura 4.2.3.

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FIG. 4.2.3 LA DISTRIBUCIN DEL AGUA EN VARIOS TUBOS AUMENTA LA SUPERFICIE DE

TRANSFERENCIA DE CALOR MEJORANDO LA EFICIENCIA DEL GENERADOR DE VAPOR

Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Aqu tenemos una caldera que consiste de dos domos conectados por medio de varios tubos, los cuales estn dispuestos de tal manera que los gases calientes de la combustin tengan que pasar a travs de ellos, la superficie total de los tubos es grande para absorber la mayor cantidad posible de calor.

En los tubos se forma una mezcla de agua y vapor que llega al domo superior llamada domo de Vapor. Ah el vapor se colecta y luego sale a travs de un tubo hacia la turbina, ste es el principio bsico de las calderas actuales.

En la figura tambin se ha incluido una bomba de agua de alimentacin, ya que, como el vapor generado por la caldera se enva a la turbina, es necesario reponer el agua que est siendo evaporada. Por esta razn es que se necesita la bomba, adems sta tendr que suministrar la presin suficiente al agua para vencer la presin que se tenga en la caldera.

Para la operacin de cualquier caldera, es esencial mantener siempre suficiente agua dentro de ella, ya que si no es as el metal se calentara demasiado llegando a sufrir daos graves. De igual forma es importante tener un espacio superior por lo cual se instalan mirillas para supervisar el nivel, ver figura 4.2.4.

Ahora bien si la cantidad de vapor que sale de la caldera fuera siempre la misma que la cantidad de agua que est entrando, el nivel se mantendra estable. Solo que esto es raro que suceda ya que las variaciones de carga elctrica en la unidad provocan variaciones en el flujo de vapor; igualmente las variaciones en el flujo de combustible y aire provocan variaciones en el rgimen de evaporacin, lo que provocar cambios en el nivel del domo, de ah la necesidad de mantener en constante vigilancia el nivel por parte del operador. En las modernas calderas el control de nivel en el domo lo realiza un control automtico.

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Figura 4.2.4 El Nivel del Domo es una de las Variables Principales a Vigilar en un Generador de Vapor

Hasta aqu nada se ha dicho acerca de la temperatura del agua que se suministra a la caldera, obviamente no es recomendable alimentarla con agua fra ya que de hacerlo disminuir la temperatura del agua que ya contiene, reduciendo con esto el rgimen de evaporacin que se tena. Adems de provocar esfuerzos y posibles deformaciones por la gran diferencia de temperaturas.

Por lo tanto es conveniente calentar el agua a la mayor temperatura posible antes de que llegue a la caldera. Esto se logra hacindola pasar a travs de un calentador de agua, el cual puede usar diversas fuentes de calor, pero como en el caso del calentador de aire es mejor usar el calor de alguna fuente que ya se tenga disponible.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Hasta aqu hemos ahorrado algo haciendo uso de fuentes de calor que de no usarlos se hubiesen desperdiciado, pero aun podemos tomar calor, por ejemplo, de los gases de escape, si hacemos una modificacin en la caldera para agregar una seccin de tubos para calentar el agua antes de que entre al domo, veamos este arreglo en la figura 4.2.5

Figura 4.2.5 El Economizador es otro equipo que ayuda a mejorar la eficiencia del G.V. incrementando la temperatura del agua antes de que entre al Generador de Vapor.

Aqu hemos agregado un banco de tubos en la trayectoria de los gases hacia la chimenea, para absorber parte del calor de los gases y transferirlo al agua, esta seccin de tubos es conocida como economizador. Con este arreglo el agua que es calentada primero en el calentador, obtiene un segundo incremento de temperatura que es casi igual a la temperatura que tiene el agua en la caldera. De esta forma nuestro generador de vapor se ha hecho ms complejo pero tambin ms eficiente.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo SOBRECALENTADOR Y RECALENTADOR

El vapor que sale del domo superior es vapor con muy baja temperatura, si se enva en estas condiciones a la turbina, el trabajo que puede realizar es muy limitado ya que la prdida de energa en la turbina producira rpidamente condensacin (formacin de humedad). La humedad, como se estudiar ms adelante es muy perjudicial para la turbina por lo tanto no es deseable y se tratar de evitar al mximo.

Con el objeto de obtener vapor con una temperatura ms elevada (sobrecalentado) y as obtener mayor trabajo en la turbina, el vapor una vez que sale del domo se hace pasar a travs de un banco de tubos dentro del mismo generador de vapor, donde se incrementa su temperatura aprovechando la energa de los gases producto de la combustin. A esta seccin se le denomina sobrecalentador, ver figura 4.2.6

Los sobrecalentadores estn formados por una gran cantidad de tubos horizontales o verticales agrupados en una o varias etapas a travs de las cuales por la parte exterior pasan los gases producto de la combustin y por el interior el vapor que sale del domo y que se dirige a la turbina.

RECALENTADOR

Otro elemento o parte del generador de vapor que tambin absorbe calor es el recalentador. El vapor que ya trabaj en una seccin de la turbina, sale con para seguir y

menor presin y temperatura; pero puede volverse a recalentar aprovechndose y trabajar en las etapas restantes. Las

caractersticas

comportamiento del recalentador son semejantes a las del sobrecalentador, la diferencias es que el recalentador opera a una presin menor. Ver figura 4.2.6

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FIG. IV.2.6

DISPOSICION DE LOS EQUIPOS AUXILIARES DEL GENERADOR DE VAPOR

Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo TIPOS DE GENERADORES DE VAPOR

Los generadores de vapor en base a su construccin, capacidad y equipo auxiliar que contienen se pueden clasificar de diferentes formas. A continuacin se hace mencin a dos tipos de clasificacin que son los que generalmente se tienen en Comisin Federal de Electricidad.

1.

En base al tiro (el trmino TIRO aplicado a un generador de vapor se refiere a la forma en que se logra la circulacin de aire y los gases).

1.1 1.2

Generadores de vapor de tiro forzado (hogar de presin positiva). Generadores de vapor de tiro balanceado (hogar de presin ligeramente negativa).

2.

En base a la circulacin de agua.

2.1 2.2

Generadores de vapor de circulacin natural. Generadores de vapor de circulacin controlada.

3.

Generadores de vapor de tiro forzado (hogar de presin positiva)

La caracterstica de estos generadores de vapor es que nicamente cuentan con ventiladores de tiro forzado (la operacin de este equipo se estudia en el captulo 7), siendo estos los encargados de suministrar el aire necesario para la combustin y adems expulsar los gases hacia la chimenea, de esta manera el hogar del generador de vapor se mantiene ligeramente positivo, ver figura 4.2.7.

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FIG. 4.2.7 GENERADORES DE VAPOR A)GENERADOR DE VAPOR DE HOGAR POSITIVO GENERADOR DE VAPOR DE TIRO BALANCEADO (HOGAR LIGERAMENTE NEGATIVO

Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 3.1 Generadores de vapor de tiro balanceado (hogar de presin ligeramente negativo)

Los generadores de vapor de tiro balanceado adems de contar con los ventiladores de tiro forzado que suministran el aire para la combustin tienen ventiladores de tiro inducido que son los encargados de extraer los gases producto de la combustin del hogar y descargarlos hacia la atmsfera. De esta manera se tiene una circulacin ms rpida y eficiente del aire y de los gases, ver figura 4.2.7.

4.

Generadores de vapor de circulacin natural

Al realizarse la combustin y recibir el calor los tubos de generacin (paredes del hogar), se empieza a producir en stos burbujas de vapor, lo cual ocasiona que el peso de la columna de agua en estos tubos sea menor que el peso de la columna de agua de los tubos bajantes. La diferencia de peso que se genera entre estas 2 tuberas es la que ocasiona la circulacin natural del agua dentro del generador de vapor, ver figura 4.2.8

4.1

Generadores de vapor de circulacin controlada

Estos generadores de vapor cuentan con bombas de circulacin, las cuales suministran la presin necesaria para una mejor circulacin del agua dentro de los tubos de generacin.

Las bombas de circulacin se encuentran afuera del generador de vapor como se muestra en la figura 4.2.9. El uso de bombas de circulacin permite que los tubos

de generacin puedan tener menos dimetro y a su vez ms cambios de direccin dentro del mismo generador.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Las ventajas y desventajas de un generador con respecto al otro se estudiarn ms adelante.

Al calentarse el agua en las paredes del hogar se empieza a producir burbujas de vapor. El

peso de la columna de agua con vapor en estos tubos es menor que el peso en la columna de agua de los tubos bajantes. La

diferencia de peso en las dos columnas es lo que provoca la circulacin natural del agua. FIG. 4.2.8 PRINCIPIO DE CIRCULACION NATURAL DEL AGUA La circulacin del agua a travs de los tubos de las paredes del hogar se logra con una bomba que suministra la presin necesaria para provocarla. El uso de la

bomba permite que los tubos puedan ser de menos dimetro y tener ms cambios de direccin, lo que implica mayor resistencia al flujo, lo cual no ser tolerable en las calderas con circulacin

natural. con FIG. 4.2.9 GENERADOR DE VAPOR CON CIRCULACION CONTROLADA

Un generador de vapor de circulacin

bombas

controlada es ms eficiente que uno de circulacin natural.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 4.3 Descripcin del Funcionamiento de la Turbina

Anteriormente se describi a la turbina como una hlice o rehilete, realmente es un poco ms compleja, ya que est compuesta por cientos de aspas o labes, dispuestos en varios grupos, de stos unos son mviles y otros estacionarios. As el vapor es obligado a pasar a travs de cada uno de los pasos como muestra la figura 4.3.1.

Figura 4.3.1 PRINCIPIO DE OPERACIN DE UNA TURBINA

En esta figura tenemos tres pasos de una turbina montados sobre un solo eje y separados por medio de comportamientos, el vapor que sale de la tobera del primer paso, choca y empuja la primera rueda de paletas haciendo girar la flecha. De esta forma el vapor transmite parte de su energa disminuyendo su presin. Con una presin ms baja entre a la tobera del segundo paso en donde transmite nuevamente parte de su energa al segundo paso de paletas. Al salir del tercer paso

prcticamente toda la energa del vapor se ha convertido en movimiento, por lo que a la salida se le denomina de escape.

Este arreglo obviamente es mucho ms eficiente que el simple rehilete mostrado en el primer esquema de figura 3.2.3.1, ya que la energa transmitida al rotor o flecha es mucho mayor. Familiarizacin U-236 / 72

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo En esta figura vemos que el vapor producido por la caldera es conducido hasta la turbina en donde pasa a travs de varias ruedas de labes y luego escapa por la parte inferior, despus de haber transferido la mayor parte de su energa al rotor de la turbina, el cual hace girar al rotor del generador elctrico, ver figura 4.3.2.

Pero qu hacemos con el vapor de escape?, Obviamente que podemos usarlo para calentar agua en un calentador, pero hay mucho ms vapor saliendo de la turbina que el que podamos usar en calentadores. Se podra usar para servicios domsticos o bien para algn otro proceso industrial, alguna planta qumica etc. Dado que una central termoelctrica solamente genera electricidad para vender y su instalacin normalmente es alejada de la ciudad, no podramos hacer uso del vapor de escape en esa formal Deberemos entonces permitir que el vapor sea tirado a la

atmsfera?. No, hay una mejor manera de disponer de este vapor y es usndolo para crear un vaco en el escape de la turbina. Porqu el tener vaco en el escape es mejor y que tan bueno puede ser esto?. Bien, recordemos que la turbina est rodeada por la atmsfera la cual al nivel del mar ejerce una presin de 1 kilogramo por centmetro cuadrado (Kg/cm2), esto quiere decir que para que el vapor logre salir por el escape de la turbina tiene que vencer 1 kg/cm2 y esto requiere de trabajo.

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FIG. 4.3.2 EL VAPOR UNA VEZ QUE REALIZO SU TRABAJO EN LA TURBINA DE DESCARGA AL CONDENSADOR LUGAR DONDE SE CONDENSA CREANDO UN VACIO. LO CUAL AUMENTA LA POTENCIA DE LA TURBINA

Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Supongamos ahora, que podemos eliminar de alguna manera la presin atmosfrica en el escape de la turbina, por lo tanto el vapor que sale de ella no encontrar ninguna resistencia y veremos que la turbina desarrolla ms potencia.

Para comprender mejor como podemos hacer vaco en el escape de la turbina, es necesario conocer algunos datos acerca del vapor. Como sabemos el vapor es agua evaporada la cual a la presin atmosfrica cambia de estado a 100oC., si sta se encuentra en un recipiente cerrado y sujeto a una presin ms alta (como en una caldera), la temperatura a la que se convierte en vapor ser mayor. De cualquier forma el volumen del vapor ser mucho mayor que el volumen del agua de la cual fue producido. Por ejemplo, si sabemos que un kilogramo de vapor ocupa un

volumen de 1.7 metros cbicos, suponga que colocamos ese kilogramo de vapor en un recipiente del mismo volumen y que est cerrado, dentro no hay ms que vapor. Si rociamos agua fra sobre l, veremos que el vapor se condensar quedando ahora un kilogramo de agua, la cual ocupa solamente una sesentava parte (1/60) de los 1.7 metros cbicos, tendremos algo semejante a lo que muestra la figura 4.3.3.

Figura 4.3.3 El Vapor al Condensarse Ocupa un Volumen se Agua muy Pequeo. el Espacio libre queda con una Presin de vaci (Presin en el Interior Menor que la Presin Atmosfrica

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Veamos que hay muy poca agua, la mayora del espacio interior, 99.93% del volumen no lo ocupa nada, esto significa un vaco.

Este ejemplo lo podemos experimentar si en una lata agregamos un poco de agua y luego la colocamos en el fuego, tan pronto como est evaporando el agua, la tapamos y la colocamos rpidamente bajo un chorro de agua fra. Veremos como la lata se arruga, como si fuera papel, este experimento demuestra como es que se produce un vaco al condensarse el vapor ver figura 4.3.4

Figura 4.3.4 Al Condensarse el Vapor crea un vaco si el Recipiente no tiene la Resistencia Adecuada se Deforma

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Recordaremos que queramos crear un vaco en el escape de la turbina, ahora que sabemos como crearlo veamos como podemos hacerlo en nuestra turbina, bien si colocamos un recipiente de grandes dimensiones en el escape de la turbina e instalamos un banco de tubos dentro de l y luego el interior de los tubos bombea agua fra, tendremos un arreglo como el que se muestra en la figura 4.3.5

Figura 43.5 El Vapor de Escape de la Turbina al Chocar con los Tubos Fros del Condensador se Condensa Creando Vaco

Con este arreglo el vapor de escape entrar en contacto con los tubos fros y por lo tanto se convertir en agua. Esto crear un vaco en el recipiente como hemos visto, sin embargo este est constituido de acero capaz de soportar la presin de la atmsfera sin deformarse.

Dado que el agua fra deber mantener un flujo continuo, tendremos tambin una continua condensacin del vapor y por lo tanto dentro del recipiente se mantendr el vaco.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Este recipiente dentro del ciclo se conoce como condensador y cumple con dos funciones: la primera es la que hemos visto, crear un vaco en el escape de la turbina y la segunda es recuperar el vapor condensado para que pueda ser usado nuevamente en la caldera, dado que este condensado, es realmente agua destilada, muy pura. Esta agua es adecuada para usarse como agua de alimentacin para la caldera.

Tendremos entonces que el condensador deber contener otra pequea cmara en su parte inferior para colectar el condensado que ser luego bombeado hacia la caldera a travs de los calentadores de agua, a este recipiente se le conoce como pozo caliente ver figura 4.3.6

Figura 4.3.6 La Parte Interior del Condensador Donde se Almacena el Agua al Condensarse el Vapor se Llama Pozo Caliente.

Agrupando todos los equipos de una central termoelctrica antes mencionados el esquema se ver como sigue, (figura 4.3.7).

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Figura 4.3.7 Ciclo de una Central Termoelctrica

El vapor producido por la caldera fluye por las tuberas de vapor principal hacia la turbina. En sta el vapor pasa a travs de varias ruedas de labes perdiendo presin en cada una de ellas pero transmitiendo su energa al rotor, al mismo tiempo hace girar al generador elctrico para producir electricidad. Al salir el vapor por el escape de la turbina, el vapor entra al condensador, donde se condensa al entrar en contacto con los tubos fros, a travs de los cuales fluye el agua de circulacin fra.

El vapor condensado se colecta en el pozo caliente y es succionado por la bomba de condensado, la cual, suministra la presin para que llegue al calentador de agua. De ah es succionada por la bomba de agua de alimentacin, la cual, tambin suministra presin al agua para que pase por el economizador y llegue a la caldera. De esa manera tenemos un ciclo cerrado en donde toda el agua que se evapora en la caldera, se vuelve lquido en el condensador, y vuelve nuevamente a la caldera.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo El agua entonces se puede decir que es el elemento de trabajo en una central termoelctrica.

Por supuesto que en el ciclo se tienen prdidas por fugas de vapor o agua a travs de vlvulas, purgas, sellos de bombas, etc., por lo que ser necesario contar con un suministro de agua de repuesto, este suministro deber de ser tan bajo como sea posible.

Hasta aqu hemos visto el principio bsico de una central de generacin. Existen muchos otros elementos ms, que pueden ser agregados para mejorar la eficiencia, pero el sistema que vimos finalmente puede operar bien y su eficiencia no ser muy baja.

4.4

El Generador Elctrico y sus Auxiliares

El generador elctrico es una mquina que transforma la energa mecnica en energa elctrica en base al fenmeno de induccin electromagntica.

Antes de estudiar el principio de funcionamiento del generador elctrico y las partes que lo constituyen es necesario estudiar los siguientes conceptos.

MAGNETISMO

El magnetismo fue descubierto hace ms de 2000 aos por los griegos, cuando observaron que el hierro atraa cierto tipo de piedras. Puesto que esta piedra se encontr por primera vez en la ciudad de Magnesia en el Asia Menor, se le dio el nombre de magnetita. Ms tarde, cuando se descubri que esta piedra se alineaba espontneamente en la direccin Norte y sur al suspenderla de un cordel, se le llam piedra de gua o imn. La magnetita constituye un imn natural que atrae a los materiales magnticos (ver figura 4.4.1.1). Familiarizacin U-244 / 72

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En la naturaleza existen materiales que son altamente magnticos como es el caso del hierro, es decir, estos materiales fcilmente se pueden magnetizar y convertirse en imanes temporales.

Figura 4.1.1 Imn Manual

Existen dos tipos de imanes:

IMANES NATURALES:

Son los que tienen en forma natural su magnetismo, como

la magnetita, (figura 4.4.1.1).

IMANES ARTIFICIALES: Los ms comunes son las piezas de fierro o acero que adquieren su magnetismo mediante algn procedimiento:

Por friccin magntica Por medio de una corriente elctrica45 / 72

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Por frotamiento, consiste en pasar repetidas veces un imn sobre la superficie de la pieza que se desea magnetizar o imantar, por ejemplo, una aguja, (figura 4.4.1.2).

Cuando se coloca una pieza de hierro desmagnetizada dentro de una bobina de alambre y se conecta el alambre de la bobina a una batera, la corriente elctrica produce un campo magntico que magnetiza el hierro. A este se le llama

electroimn, as, cuanto ms corriente pase por la bobina ms intenso ser el campo magntico que rodea al hierro, ver (figura 4.4.1.3)

Figura 4.1.2 Al Frotar una Pieza de Hierro con un Imn la Pieza se Magnetiza

Figura 4.1.3 El Uso de una Corriente Elctrica para hacer un Imn Familiarizacin U-246 / 72

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Cuando un material magnetizado conserva su campo magntico por largo tiempo, se dice que es un imn permanente. Si pierde rpidamente su magnetismo, se llama imn temporal.

Con el hierro y el acero se crean buenos imanes permanentes.

Un imn siempre se alinea con el polo norte magntico de la tierra (principio de operacin de brjula). Existen ciertas leyes especficas que rigen los efectos

magnticos, estas leyes son las de atraccin y repulsin: polos iguales se repelen, polos distintos se atraen (ver figura 4.4.1.4 Y 4.4.1.5).

FIG. 4.4.1.4 La Tierra se Comporta como un Imn

FIG. 4.4.1.5 La Brjula es un Imn que se Alinea con el Polo Norte Y El Polo Sur de la Tierra

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo CAMPO MAGNETICO

Se llama campo magntico al espacio que rodea a un imn y en el cual se ejerce su accin magntica (capacidad para atraer cuerpos de material de fierro)

El campo magntico est constituido por un conjunto de lneas de fuerza que se extienden en el espacio alrededor del imn con orientacin del polo norte al polo sur.

Estas lneas de fuerza tienen una trayectoria bien definida y se van apartando al alejarse del imn. Cuando ms cercanas sean las lneas de fuerza y sea mayor el nmero de ellas, ms intenso ser el campo magntico ver figura 4.4.2.1.

FIG. 4.4.2.1 DIAGRAMA DE LINEAS DE FUERZA MAGNETICA

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR ELECTRICO

El funcionamiento de un generador elemental consiste en hacer girar un electroimn, como se puede ver en la siguiente figura, para obtener un campo magntico rotatorio. Entonces las lneas de flujo pasan a travs de los devanados de la bobina del estator, originndose un voltaje en sta ltima. La magnitud del voltaje que se induce en la bobina ser ms grande si la intensidad del campo magntico del electroimn es mayor, por lo anterior se deduce lo siguiente.

A mayor intensidad del campo magntico del imn, mayor ser el voltaje que se genera en la bobina del estator, (ver figura 4.4.3.1).

A menor intensidad del campo magntico del imn, menor ser el voltaje que se genera en la bobina del estator.

FIG. 4.3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN GENERADOR ELECTRICO

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 5. TRANSMISION DE POTENCIA

En el caso de la transmisin de potencia elctrica desde las estaciones generadoras hasta los usuarios, el alambrado puede tener longitudes de cientos de kilmetros, teniendo ste una resistencia total considerable, esto es sinnimo de prdidas de potencia en forma de calor las cuales son generadas cuando la corriente elctrica fluye a travs de la resistencia en el alambrado. (figura 5.1).

Cmo puede entonces, transmitirse grandes cantidades de potencia elctrica a travs de grandes distancias sin grandes prdidas en las lneas de transmisin?.

La respuesta a esta pregunta es aumentar el voltaje que llevan las lneas de transmisin, con lo cual se reduce la corriente y por lo tanto las prdidas, sin embargo, los usuarios de energa elctrica necesitan tener voltajes adecuados por lo que al final de las lneas de transmisin se utiliza una subestacin para reducir el voltaje y distribuirlo.

Para comprender lo anterior debe tenerse presente la relacin que existe entre potencia elctrica (P), voltaje (V) y corriente (I). Ejemplo: P=VI.

De esta ecuacin se concluye que se puede producir o transmitir la misma potencia elctrica combinando la corriente (I) y el voltaje (V), por ejemplo:

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Familiarizacin U-2 Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo HAY LUGARES DONDE LAS PLANTAS DE GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA SE ENCUENTRA A GRANDES DISTANCIAS DE LOS CONSUMIDORES

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FIG. V.1

Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo Se puede manejar una misma potencia X con un voltaje pequeo y una corriente grande as como, con un voltaje grande y una corriente pequea.

Potencia x = vI Potencia x = VI

Los equipos que se utilizan para convertir potencia de una combinacin de valores de voltaje y corriente a otra se llaman transformadores (ver figura V.2).

Los transformadores elctricos se usan para elevar o reducir el voltaje (V) de la energa elctrica que se maneja en las instalaciones de Comisin Federal de Electricidad. Cabe mencionar que en un transformador al aumentar el voltaje se reduce la corriente y viceversa.

En una central termoelctrica se tienen transformadores de diferente capacidad y pueden ser transformadores elevadores (aumentan el voltaje de salida) o transformadores reductores (disminuyen el voltaje de salida).

FIG. 5.2 Transformador Elctrico

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 6. RENDIMIENTO DE UNA CENTRAL TERMOELECTRICA En los captulos anteriores se estudiaron los equipos principales as como las diferentes transformaciones de energa que se efectan en una central

termoelctrica. Cabe ahora hacernos la pregunta:

Qu tan eficiente se estn realizando estas transformaciones de energa?. Toda la energa qumica contenida en el combustible se transforma en energa trmica del vapor a la salida del generador de vapor?.

En una central de generacin actual, existen prdidas ocasionadas con todos los procesos y todos los equipos. Una descripcin de estas prdidas y su efecto en el ciclo se ilustra en el diagrama de la figura 6.1.

En la prctica tenemos que por cada 100 unidades de combustible quemadas en el generador de vapor se transforman en un vapor utilizable aproximadamente 89%. La diferencia se pierde en el humo caliente que se va a la chimenea, radiaciones, etc.

Del 89% de energa del total que contiene el vapor a la salida de la caldera, aproximadamente se pierden de un 45 a un 50% en el ciclo, es decir, al hacer su recorrido por el resto de los equipos del sistema hasta retornar nuevamente como agua al generador de vapor. Estas prdidas principalmente se dan en el

condensador donde el vapor de escape de la turbina se tienen que condensar para que pueda ser enviado nuevamente al generador de vapor.

En la turbina y generador elctrico se tienen prdidas de un 6 a un 13%. Estas son prdidas del vapor a su paso por la turbina y prdidas elctricas del generador elctrico.

Por ltimo para alimentar elctricamente a todo el equipo auxiliar de la central se tiene un consumo de aproximadamente 5%. Familiarizacin U-253 / 72

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Finalmente la salida de energa elctrica de la central es de aproximadamente un 36%, en otras palabras de cien kilos de combustible se aprovechan 36 KG y el resto se pierde en diferentes puntos: calor que se lleva el humo por el escape de la chimenea del generador de vapor, radiaciones,. Fricciones y sobre todo el calor que se lleva el agua de enfriamiento a la salida del condensador.

Si queremos extendernos, veremos que antes de vender la electricidad al usuario, tendremos que sufrir prdidas en la estacin de transformadores, las lneas de transmisin, la estacin receptora, las lneas primarias, los transformadores de distribucin y las lneas secundarias; todo esto antes que la corriente haga girar el medidor del cliente que ha de pagar por la cuenta.

Las prdidas totales de un sistema termoelctrico alcanzan del 60 al 74% del combustible quemado.

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Familiarizacin U-2 Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo PERDIDAS QUE SE TIENEN EN EL PROCESO DE TRANSFORMACION DE ENERGIA DE UNA CENTRAL TERMOELECTRICA

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FIG. 6.1


7

DESCRIPCION

DEL

EQUIPO

AUXILIAR

DE

UNA

CENTRAL

TERMOELECTRICA

Todo el equipo de una central termoelctrica es importante, pero de acuerdo a su participacin directa en la obtencin de energa elctrica, as como por su tamao y costo se puede clasificar como equipo principal y equipo auxiliar.

Equipo principal:

Son los equipos donde se llevan a cabo directamente las

transformaciones de energa y son los siguientes:

Generador de vapor Turbina Generador elctrico

Equipo auxiliar:

El resto del equipo que participa directa o indirectamente en la

obtencin del objetivo (produccin de energa elctrica) se le clasifica como auxiliar, cada uno de estos equipos tiene una funcin determinada. Entre otros tenemos los siguientes:

Ventiladores Bombas Calentadores (intercambiadores de calor) Compresores Tanques Transformadores Interruptores, etc.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo En el proceso de generacin los equipos principales y auxiliares se encuentran unidos entre s por ductos o tuberas los cuales son clasificados en sistemas en base a la funcin que realizan.

Se llama sistema de flujo o simplemente sistema a un conjunto formado por equipo y tubera que maneja un fluido determinado por ejemplo sistema de agua de condensado, sistema de agua de alimentacin, sistema de aire gases, aceite combustible, etc. A semejanza con los humanos que tenemos un sistema

circulatorio, digestivo, respiratorio, etc.

Los sistemas pueden ser cerrados formando un anillo o abiertos, ver figura 7.1.

FIG. 7.1 TUBERIA Y EQUIPO QUE FORMAN UN SISTEMA Familiarizacin U-257 / 72

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo A CONTINUACION SE DESCRIBEN LOS EQUIPOS AUXILIARESMAS

IMPORTANTES DE UNA CENTRAL TERMOELECTRICA

VENTILADORES:

Un ventilador es una mquina que mueve una cantidad de aire o gases de un lugar a otro, es decir, este equipo succiona el aire o gases y les proporciona la suficiente fuerza para vencer la resistencia al flujo.

Fsicamente es un motor elctrico que mueve a una flecha con aspas la cual se encuentra dentro de una envolvente (carcaza) que dirige el aire o gases descargados por el impulsor.

Los ventiladores por su forma de operacin se clasifican en:

Ventilador Radial o Centrfugo.-

El aire o gases se mueve radialmente hacia el

exterior de las aspas y descarga a una carcaza que rodea al impulsor en forma de caracol ver figura 7.2.

Ventilador de Flujo Axial.- El aire o gas se mueve en forma paralela al eje de giro del ventilador ver figura 7.3.

En una central termoelctrica se tienen varios ventiladores que de acuerdo a su capacidad y funcin se alimentan de corriente alterna o de corriente directa. Ejemplo ventiladores de tiro forzado, ventiladores de tiro inducido, etc.

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FIG. 7.2 Ventilador de Flujo Axial

FIG. 7.3 Ventilador de Flujo Radial

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo BOMBAS:

Una bomba es un equipo que se utiliza para elevar o mover un fluido (agua, aceite, diesel, etc.) de un lugar a otro.

Fsicamente una bomba est compuesta de un motor elctrico que mueve a una flecha en la cual se encuentra montada la bomba o impulsor. Dicha bomba se

encuentra dentro de una envolvente (carcaza) que dirige el lquido hacia la tubera de descarga.

En una central termoelctrica se tiene una gran cantidad de bombas de diferentes capacidades y de diferentes tipos que de acuerdo a su capacidad y funcin se alimentan de corriente alterna o de corriente directa.

Los tipos de bombas ms comunes son: Bomba centrfuga Bombas de desplazamiento positivo

Bombas centrfugas.- Generalmente estas bombas son las encargadas de manejar el agua, su funcin es la de succionar y descargar el agua a la presin requerida para enviarla de un lugar a otro, (ver figura 7.4, 7.5 Y 7.6).

Bombas de Desplazamiento Positivo.- Estas bombas a diferencia de las anteriores son de engranes o tornillo. La caracterstica de estas bombas es que se utilizan para mover fluidos ms densos o viscosos que el agua. En una central

termoelctrica se utilizan para transportar el combustible que se quema en la caldera (diesel o combustleo, (ver figura 7.7.)

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FIG. 7.4 Bomba Centrfuga

FIG. 7.5 Bomba Centrfuga de Varios Pasos

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FIG. 7.6 Boba Vertical Tipo Centrfugo

FIG. 7.7 Bomba de Engranes

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo INTERCAMBIADORES DE CALOR:

En un intercambiador de calor se efecta la transferencia de calor de un fluido a otro. El objetivo final puede ser incrementar la temperatura de un fluido determinado (agua, aire, etc.) en este caso se conoce como calentador o bien, enfriarlo para que pueda realizar su trabajo de la forma ms eficiente, comnmente en este caso se le da el nombre de enfriador.

En una central termoelctrica se tienen los siguientes tipos de intercambiadores de calor: Calentadores de superficie Calentadores de contacto directo o mezcla Enfriadores de superficie Calentadores de aire regenerativo

Calentador de Superficie.- Este equipo es el encargado de aumentar la temperatura del agua, figura 7.8.

FIG. 7.8 CALENTADOR DE SUPERFICIE

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo El agua fra circula por el interior de los tubos, mientras que por el exterior circula el fluido mayor temperatura (en este caso vapor proveniente de una extraccin de la turbina). El agua se calienta y el vapor se enfra y se condensa.

Calentador de Contacto Directo o de Mezcla.- En este tipo de calentadores el agua fra y el vapor se mezclan, ver figura 7.9. El vapor al mezclarse con el agua se condensa e incrementa la temperatura del agua.

FIG. 7.9 CALENTADOR DE CONTACTO DIRECTO

Enfriadores.- Son intercambiadores de calor de superficie, por el exterior de los tubos circula el fluido caliente el cual se desea enfriar y por el interior de los tubos el fluido enfriador, ver figura 7.10.

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FIG. 7.10 ENFRIADOR DE SUPERFICIE

Calentador de Aire Regenerativo.- Es un cilindro o tambor que contiene paquetes de lmina (llamadas canastas) que son los elementos almacenadores de calor, es decir las lminas de las canastas son las encargadas de realizar el intercambio de calor entre los gases de la combustin que escapan hacia la chimenea y el aire que entra al generador de vapor.

El intercambio de calor se efecta mientras este equipo est girando. Los gases a su paso por el precalentador calientan las canastas o lminas de una seccin, las cuales, al continuar su giro y pasar por el lado aire seden su calor a ste. El ciclo contina al volverse a calentar las canastas al pasar por la seccin de gases ver figura 7.11 Y 7.12.

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FIG. 7.11 Ubicacin Fsica del Precalentador Regenerativo (Preca) en el Generador de Vapor

FIG. 7.12 Calentador de Aire Regenerativo

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo VALVULAS:

Una vlvula es un elemento mecnico que tiene mltiples funciones como cerrar y aislar el flujo de una lnea, regular presin o flujos, permitir el flujo en un solo sentido, etc., ver figura 7.13.

En una central termoelctrica se tiene una gran cantidad de vlvulas entre las ms comunes tenemos las siguientes.

Vlvula de corte.- Se utiliza para cerrar y aislar completamente una tubera, ver figura 7.13

Vlvula de control (A).- Se utiliza para regular flujos, ver figura 7.14.

Vlvula de retencin o check (B).- Permiten el flujo nicamente en un sentido, ver figura 7.14.

Las vlvulas se pueden abrir o cerrar manualmente, con aire (vlvula neumtica) o bien con un motor elctrico (vlvula motorizada).

|FIG. 7.13 COMPONENTES DE LA VALVULA

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FIG. 7.14 A) Vlvula de Control B) Vlvula Check

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 8 SUMARIO

El presente instructivo tiene la finalidad de proporcionar al personal ajeno al rea de operacin, los conocimientos bsicos para comprender de una forma general las funciones de una Central Termoelctrica.

Tambin se hace referencia a la eficiencia de los equipos y del ciclo con el fin de ubicar al lector en la problemtica que trae consigo una mala operacin de la unidad.

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 9 ANEXO I

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 9. ANEXO II

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Direccin de Operacin Coordinacin de los CENAC CENAC Ixtapantongo 9. ANEXO III

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1. Intro a Centrales Termoelectricas

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