EQUIPOS TERMO MECÁNICOS

INSTITUTO TECNOLÓGICO DEL ISTMO

JOHAN JALIL TOLEDO TOLEDO

II UNIDAD

GRUPO 7K M6

1

ÍNDICE

CAPITULO II

Introducción……………………………………………………………………………………2

2.1.- Generalidades y clasificación de las calderas……….........................................3

2.2.- Sistema de alimentación y quemado de combustible……………………………..11

2.3.- Producción y características del vapor………………………………………………16

2.4.- Turbinas de vapor, clasificación y características de diseño…….....................17

2.5.- Ciclos térmicos con calderas y turbinas……………………………………………..18

2.6.- Sistemas de recuperación de condensado y torres de enfriamiento…………….19

2.7.- Sistemas y equipos de tratamiento de agua………………………………………....22

Conclusiones……………………………………………………………………………………24

2

INTRODUCCIÓN

En esta unidad se afrontaran temas relacionados con el proceso de vaporización,

englobando loas elementos que intervienen en el renombrado ciclo agua-vapor que resulta

imprescindible en una central termoeléctrica.

Esto es, adentrarse en la constitución detallada de los dispositivos que actúan en el sistema

general y en cada una de las secciones particulares de trabajo que va desde la forma de

alimentación y procesado de combustible, pasando por el tratamiento del agua de

alimentación; llegando a las calderas, condensadores y vaporizadores; finalmente hasta la

fase de recuperación de energía y reiniciación del circuito productivo en donde es

aprovechada gran parte de la energía calorífica remanente, ya que son inevitables las

perdidas por convección en el sistema de refrigeración que impulsa una pequeña porción

del agua condensada a un yacimiento acuático inmediatamente cercano a la zona de las

instalaciones de la planta generadora.

Mostraremos los mecanismos de actuación de los artefactos reguladores, dosificadores y

manipuladores de las sustancias químicas protagonistas del sistema que tienen como fin

controlar la energía obtenida con un alto grado de eficacia lo más deseado posible.

3

2 .1 . - GENERALIDADES Y CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS

Técnicamente se concibe como caldera a un recipiente en el que se lleva a cabo la

calefacción del agua para ser convertida en vapor, por extensiones, se conoce también con

este nombre a todos los componentes auxiliares en conjunto como el hogar llamado así al

lugar donde se quema el combustible para producir el calor necesario, los conductos de

humo de combustión, los economizadores de agua de alimentación, los recalentadores de

vapor, etc. Es decir que en términos propios, recibe el nombre de caldera todo el sistema

de presión en el que el agua se transforma en vapor, como producto final, por cesión de

calor de una fuente a una temperatura mucho más alta.

En recipientes abiertos, bajo la presión atmosférica normal, la transformación de agua en

vapor se realiza a una temperatura de 100º C. Si se quiere producir vapor a presiones

mayores que la atmosférica, el recipiente ha de estar cerrado para evitar cualquier escape

de gas, a excepción de los conductos que lo transportan a su lugar de empleo. En estos

recipientes, el vapor se acumula en el espacio comprendido entre el agua y as paredes

superiores del recipiente, provocando en este un aumento de presión que, a su vez,

conlleva a un aumento de temperatura en el agua y el vapor, en ciertas centrales térmicas

actuales se llegan a presiones de vapor del orden de 180 kg/cm3 con temperaturas de

ebullición de unos 350º C.

Para soportar estas presiones y temperaturas, las calderas han de construirse con material

apropiado que resistan satisfactoriamente a las condiciones indicadas.

Muchas veces se reserva el nombre de caldera cuando la presión del vapor es baja y se

denomina generador de vapor, si el funcionamiento se efectúa a altas presiones de vapor.

Si el dispositivo utiliza gases o humos de combustión producidos en un hogar independiente

se denomina caldera de recuperación y finalmente cuando se utiliza para calentar otro

fluido (generalmente agua o vapor a presión), lleva el nombre de cambiador de calor o,

también el de intercambiador de calor.

Los factores que intervienen en el funcionamiento de una caldera son los de a continuación:

Superficie de calefacción

Cantidad de aire suministrado al hogar

Clase y calidad del combustible

Presión de vapor.

CLASIFICACION DE LAS CALDERAS

Los modelos constructivos de las calderas resultan tan variados que resulta imposible el

intento de una clasificación sistemática de todos ellos. A demás, muchos de estos modelos

no se utilizan en centrales térmicas, unas veces porque se trata de calderas antiguas, de

rendimiento muy bajo, otras veces porque su funcionamiento no se adapta a las necesidades

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de las centrales térmicas como sucede, por ejemplo, con las calderas diseñadas para

calefacción por agua caliente. Por ellos solo se enfocará al estudio de los modelos de

calderas más usuales en las centrales térmicas y se clasifican como sigue:

Calderas sin circulación de agua

Calderas con circulación natural

Calderas con circulación controlada

Calderas con circulación forzada

Calderas especiales

CALDERAS SIN CIRCULACIÓN DE AGUA

En las calderas de este tipo, el agua solamente está animada con el movimiento producido

por la convección natural o por el desplazamiento del vapor producido a través de la masa

del líquido. Este vapor se desprende a través del plano del agua y lleva consigo una fuerte

proporción de humedad (es decir, que se trata de vapor saturado húmedo), si la superficie

del plano de agua es reducida y la distancia vertical entre el plano de agua y la toma de

vapor es pequeña.

El tipo industrial más primitivo es la caldera cilíndrica simple (figura 2.1). Progresivamente,

las empresas constructoras añadieron superficies de calefacción complementarias,

consistentes en tubos servidores de gran diámetro unidos al cuerpo principal por tubos

huecos.

Figura 2.1

Posteriormente, y siempre para aumentar la superficie de calefacción, aparecieron las

calderas pirotubulares o de tubos de humos, los cuales atravesaban el deposito principal

(figura 2.2). Con estas calderas los caudales no pasaban de 3 a 4 toneladas por hora y la

presión estaba limitada casi siempre a unos 8 kg/cm2; el rendimiento industrial no pasaba

de 0.6 a 0.65 por causa de mala combustión producida por la carga a mano y la ausencia de

economizador.

5

Figura 2,2

Luego aparecen las construcciones modernizadas de calderas sin circulación de agua,

pero siempre de potencia y presión limitadas como la caldera SULZER tipo DSF que

pertenece al grupo de hogar interior y tubos de humo y puede considerarse como un

desarrollo ulterior de la caldera de hogar interior. Su volumen de agua es relativamente

grande, a pesar de sus pequeñas dimensiones. La gama normalizada de estas calderas

está comprendida entre producciones de vapor de 500 kg hasta 600 kg por hora. Puede

quemar combustibles sólidos, líquidos y gaseosos se pueden quemar bajo presión en la

cámara de combustión, gracias a la absoluta estanqueidad de estas calderas

Figura 2.3

CALDERAS CON CIRCULACION NATURAL

En un sistema calentado, la circulación natural se debe a una diferencia de dos columnas de

líquido de las que una, más ligera, tiende, a elevarse, mientras que la más pesada tiende a

descender. Esta diferencia de peso puede resultar de una diferencia de temperatura, la más

caliente siendo la más ligera. Pero en este caso, la velocidad de circulación es pequeña

porque la diferencia de densidad de ambas columnas permanece moderada.

En las calderas, las columnas ascendiente y descendiente están a la misma temperatura, y

su diferencia de peso se debe a la presencia, en una de estas columnas, del vapor producido

por el calentamiento. La intensidad de la circulación será tanto más elevada cuanto mayor

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sea el volumen ocupado por el vapor en la columna ascendente. Por lo tanto para tener una

mayor activa interesará producir la vaporización en la parte más baja de la caldera. A

medida que se eleva la presión, disminuye el volumen específico.

Las calderas de circulación natural son las más extendidas, existen numerosos modelos

cuya disposición de los tubos comprende desde los moderadamente inclinados sobre la

horizontal hasta los tubos completamente verticales. Todas ellas son acuatubulares, es

decir, constituidas esencialmente por tubos cuyo interior pasa el agua mezclada con el

vapor las presiones de servicio alcanzan hasta los 180 kg/cm2, valor que constituye un límite

práctico a la circulación natural.

No es posible estudiar todos los tipos de calderas con circulación natural que existen

actualmente; por esta razón nos limitaremos a describir resumidamente los más

interesantes que son:

Calderas con tubos poco inclinados.

Se construyeron calderas seccionales en las que la cámara de agua se constituye por

cámaras parciales o secciones; de esta forma se puede variar el número de secciones

idénticas, construyendo las calderas de diversas anchuras, superficies y potencias

vaporizadoras. Esta forma de construcción se utiliza actualmente hasta potencias medias. El

aumento de la cantidad de vapor requiere de gran superficie eficaz de vaporización, que se

consigue disponiendo el cuerpo superior de la caldera transversalmente con relación a los

haces de tubos de agua, para que la mezcla de agua-vapor se distribuya uniformemente por

la superficie de nivel. Se construyen calderas de este tipo hasta producciones de 110

toneladas de vapor por hora, y más si se utiliza como combustible el carbón pulverizado. La

presión de servicio limite es de 180 kg/cm2.

Figura 2.4 caldera de tubos de agua poco inclinados

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Calderas con tubos muy inclinados o verticales.

Estas calderas están constituidas según se representa la figura 2.5, es decir, por dos cuerpos

cilíndricos (a veces cuatro) unidos por haces tubulares verticales formando un pequeño

ángulo con la vertical, estos cuerpos cilíndricos suelen estar dispuestos normalmente a la

dirección longitudinal de las cimentaciones. La circulación es muy intensa por la disposición

de los tubos, lo que favorece a la fácil separación de las burbujas de vapor que se van

formando. Las calderas de dos cuerpos se utilizan para potencias medias y las de cuatro

cuerpos para grandes potencias.

Figura 2.5 caldera de tubos rectos verticales, con hogar para lignitos, recalentadores y

economizador

calderas de radiación.

Se incluyen en esta categoría casi todas las calderas modernas de gran potencia, a alta

presión, destinadas a centrales térmicas de producción de energía eléctrica.

La elevación de la presión de vapor, así como la importancia de la vaporización que se

exige, a estas unidades, ha conducido a concebir calderas completamente a las que se

habían construido hasta ahora. Efectivamente no podía continuarse empleando la

construcción seccional, ni utilizar depósitos que recibieran numerosos hace de tubos, ya

que hubiera significado un espesor prohibitivo para estos depósitos. Como por ejemplo la

caldera SULZER presentada en la figura 2.6 esta caldera utiliza como combustible el gas

natural consumiendo combustible para la carga máxima de 9,730 m3/hora y una potencia

de vaporización máxima de 113,5 toneladas/hora con un rendimiento del 83 % a la potencia

normal.

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Figura 2.6 Caldera SULZER

CALDERAS CON CIRCULACION CONTROLADA

La característica más importante de estas calderas es que utilizan una bomba para

incrementar la circulación de agua o de vapor. Entre las más conocidas se puede citar la

caldera de La Mont, figura 2.7, lleva un depósito de agua y vapor; las pantallas de la cámara

de combustión y el haz vaporizador están sometidos a la influencia de una bomba de

circulación, es decir, una bomba de circulación situada bajo el depósito de la caldera,

impulsa el agua de circulación en uno o varios colectores, desde donde parten los tubos

vaporizadores que son, por lo general, de gran longitud y constituyen las pantallas de la

cámara de combustión y el haz tubular.

Figura 2.7 Caldera de La Mont con motor.

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CALDERAS CON CIRCULACION FORZADA

En estas calderas se utiliza una fuerza exterior para que el agua circule por la caldera o pase

a través de ella. La vaporización se realiza en sistemas tubulares montados en serie y el agua

correspondiente a la cantidad total de vapor producida es obligada a pasar por los tubos de

la caldera mediante una bomba de alimentación de gran potencia, las calderas de

circulación forzada se denominan también, más propiamente, generadores de vapor, ya

que la estas carecen de cámaras de agua que no resultan necesarias.

Las calderas de circulación forzada se denominan también calderas de circuito abierto por

el hecho de que el agua solamente efectúa un paso entre su entrada, en un extremo de los

haces tubulares, y su salida en forma de vapor, por el otro extremo. Pueden emplearse tanto

a presiones inferiores a la presión crítica (alrededor de 230 kg/cm2), como a presiones

superiores a ésta. Pero generalmente no se utilizan para presiones menores a 80 kg/cm2.

Con la circulación forzada se necesita un procedimiento de arranque que consiste en

transformar momentáneamente el generador de vapor en una caldera de circulación

controlada, por medio de un depósito auxiliar de agua y vapor con ello se puede aumentar

progresivamente la cantidad de vapor producido y la temperatura dada a éste por el

recalentador. Entre los más utilizados son los siguientes:

Generador de vapor Benson.

Generador monotubular de vapor Sulzer.

Figura 2.8 generador de vapor Benson.

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CALDERAS ESPECIALES

Las calderas pueden ser de construcción especial aunque utilizando combustibles clásicos,

por que resultan de una concepción particular a permitir ciertas condiciones de

funcionamiento, sea del lado de agua, sea en la parte relacionada con la combustión. Otras

veces están previstas para quemar combustibles especiales y su disposición constructiva

debe adaptarse a las especiales características de estos combustibles.

En otras ocasiones utilizan ciclos binarios de vaporización, utilizando el calor de escape de

un fluido con punto de vaporización elevado, para alimentar una caldera cuyo fluido de

trabajo tiene una temperatura de vaporización más baja que el anterior; naturalmente, la

caldera debe adaptarse a estas peculiares características de funcionamiento. Finalmente

existen calderas en la que la vaporización del fluido de trabajo no se realiza directamente,

sino a través de un cambiador de calor.

Estas construcciones especiales se subdividen en:

Calderas de doble circulación

Generadores de vapor sobre alimentados

Calderas para ciclos binarios

Cambiadores vaporizadores para centrales nucleares.

Figura 2.9

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2 .2 . - SISTEMA DE ALIMENTAC IÓN Y QUEMADO DE COMBUSTIBLE

TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE SÓLIDO.

El transporte de combustible sólido (por lo general carbón) a las centrales, se realiza casi

siempre por vía navegable o por vía férrea. Si la central está situada sobre un muelle

marítimo, resulta posible disponer de torres de descarga, que pasan directamente el

carbón a los depósitos de almacenamiento de la central. Según las condiciones de cada

caso, se utilizan los siguientes sistemas de transporte:

Sistemas de pequeña potencia.

Alimentadores de vaivén

Transportadores de cangilones

Elevadores de cangilones

Alimentadores de correa

Lanzadores de carbón

Depósitos de almacenamiento

Sistemas para centrales de mediana y gran potencia.

Transportadores de correa

Basculas automáticas

Torres de descarga

Cintas de transporte

Volcadores de vagoneta

Pesadores

Figura 2.10

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TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE LÍQUIDO.

Desde el depósito, se conduce el fuel oil a la sala de calderas, por medio de oleoductos,

dispuestos de tal manera que, en caso de ruptura, no se inunde de combustible el sótano de

la central. En el interior de la sala de calderas, antes de llevarlo a los quemadores, se hace

pasar el fuel oil por un calentador cerrado, en el que alcanza la temperatura de unos 120º

C. La cantidad de combustible suministrado a cada caldera, se mide con un contador, para

comprobar el rendimiento por unidad.

Figura 2.11

TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE GASEOSO.

En algunas centrales térmicas se utiliza como combustible el gas natural, que resulta ideal

como tal combustible, puesto que ya lo encontramos en estado natural en forma adecuada

para su mezcla íntima con el aire de combustión. Con el desarrollo de gasoductos a presión

ha podido utilizarse incluso en lugares alejados de los yacimientos, llegando, en muchos

casos, a eliminar a los demás tipos de combustibles.

El gas natural no necesita depósitos y, por lo tanto, el equipo auxiliar para almacenamiento

y transporte es más económico que el necesario para el fuel oil, y mucho más económico

todavía que el del carbón.

El gas natural, procedente de la compañía suministradora, llega por un gasoducto a una

caseta de contadores, terminando en un colector desde donde se toman dos ramales

horizontales con llaves de paso, reguladores y equipo conector en cada ramal,

generalmente trabaja un solo ramal, se lleva la tubería general bajo el suelo de la sala,

derivando ramales con orificios de aforo para cada caldera, desde donde pasan a los

mecheros o quemadores.

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Figura 2.12 Alimentación de gas natural

GENERALIDADES SOBRE EL EQUIPO DE COMBUSTIÓN

Para quemar el combustible se debe utilizarse en la instalación generadora de vapor, este

se introduce en un recinto especial denominado hogar. Cuyas paredes son refractarias y

que recibe el aire necesario para la combustión. El combustible sólido se introduce en el

hogar por medio de una estructura metálica, generalmente constituida por barrotes de

hierro, denominada parrilla, destinada también a sostener el combustible dentro del hogar

y a dar paso al aire de la combustión. Los combustibles líquidos y gaseosos se introducen

en el hogar utilizando quemadores; que inyectan y pulverizan el combustible en el interior

del hogar.

En la figura 2.13 está representado el circuito de combustible, el cual es quemado en un

recinto cerrado por paredes de mampostería, en las que, generalmente se encuentran los

canales de circulación de aire necesarios para la combustión, después del calentamiento

de la caldera tiene lugar la vaporización de agua, los gases residuales o humos pasan a un

conducto para ser eliminados al exterior. Como estos gases aún están calientes, puede

aprovecharse su energía térmica para alimentar a un recalentador de vapor o un

economizador del agua de alimentación. Desde aquí los gases pasan a la chimenea de tiro

natural o de tiro forzado, por donde salen al exterior.

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Figura 2.13

EQUIPOS DE COMBUSTIÓN PARA COMBUSTIBLES SÓLIDOS

Los hogares se clasifican en dos tipos generales:

Hogares de carga manual

Constituido por una parrilla fija, cubierta constantemente de combustible, que se va

reponiendo manualmente a medida que se consume.

Hogares mecánicos

Constituido por la parrilla y un dispositivo alimentador de combustible accionado por un

motor eléctrico y aparte de no necesitar mano de obra presentan las siguientes ventajas

frente a los hogares de carga manual:

1. Posibilidad de emplear combustibles de baja calidad, de forma económica

2. Adaptación fácil y segura a las condiciones de funcionamiento de la caldera

3. Combustión mucho mejor

4. Disminución de las pérdidas de calor en el hogar y en la chimenea

5. Producción de humos mucho menor

Y se subdividen según el modo de alimentación:

De parrilla móvil

De alimentación superior

De proyección

De alimentación inferior

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EQUIPO DE COMBUSTIÓN PARA COMBUSTIBLES PULVERIZADOS

Cada vez se utiliza más el carbón en las centrales térmicas; puede calcularse que la mitad

del vapor de agua producido con los hogares de carbón lo ha sido con combustible

pulverizado.

Sistema central: consta de una instalación preparadora independiente, instalación de

transporte, depósitos y alimentadores. El combustible pulverizado se almacena en una tolva

para quemarlo a medida que se va necesitando.

Sistema individual o de combustión directa: uno o más pulverizadores preparan y

entregan el combustible directamente al hogar con suficiente cantidad de aire para

mantener el polvo en suspensión y quemar las materias volátiles.

Figura 2.14 alimentador para molino de carbón.

EQUIPO PARA LA COMBUSTIÓN DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS Y GASEOSOS.

La combustión del fuel oil y del gas natural exige mucho menos equipo preparatorio que el

carbón pulverizado. El fuel oil tiene una elevada proporción de carbón pero, además, tiene

también de 3 a 4 partes de hidrógeno que el carbón; por lo tanto, hay muchas más pérdidas

por humedad en los humos, lo que quiere decir que su rendimiento total es inferior al

carbón.

Para la combustión de fuel oil se emplean quemadores, denominados también mecheros,

en donde se atomiza el combustible, mezclándolo íntimamente con el aire suministrado para

la combustión. La atomización o pulverización del fuel oil puede realizarse, principalmente

por tres procedimientos distintos:

Pulverización por aire comprimido

Pulverización por vapor

Pulverización mecánica

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CALENTADORES DE AIRE

Se utilizan para el calentamiento previo del aire de combustión, recuperando parte del calor

de los gases que van a la chimenea, es decir los gases de escape, presentan modelos como:

Calentadores tubulares

Calentadores de placas

Calentadores regenerativos

Sus ventajas principales son:

Conservación de la energía

Quemar con éxito los combustibles de baja calidad

Aumento de rendimiento

Aumento de la capacidad

Mejor combustión

2 .3 . - PRODUCCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL VAPOR

Para comprender la importancia que tiene la presión del vapor en el funcionamiento de una

caldera, vamos a recordar unos conceptos sobre las propiedades del vapor de agua. A la

presión 1 atmosfera, el vapor comienza a formarse a unos 100º C y, por lo tanto, a esta

temperatura su sobrepresión es nula. Si se continúa comunicando calor al agua, aumenta la

sobrepresión y la temperatura del vapor.

Como en un principio, el vapor está en contacto con el agua en ebullición a su misma

temperatura, arrastrara siempre agua consigo, recibiendo el nombre de vapor saturado; el

vapor saturado no es apto para el accionamiento para las turbinas de vapor por lo que para

disminuir la humedad que contiene es decir, para sacarle, hay que comunicarle calor hasta

vaporizar todo el agua que contiene; esto se consigue elevando la temperatura del vapor

hasta un límite superior a la temperatura de la caldera; a esto se denomina recalentar el

vapor, que pasara sucesivamente por los grados de vapor saturado húmedo, vapor saturado

seco y vapor recalentado. Al recalentarse, el vapor aumenta de volumen y se comprimen

las condensaciones, que tantas perdidas de calor ocasionan; además el rendimiento de las

maquinas motrices es tanto mejor cuanto mayor sea el grado de recalentamiento del vapor.

La cantidad necesaria para transformar en vapor saturado seco (sin agua), bajo

determinadas condiciones de temperatura y de presión, a 1 kg de agua, se denomina calor

total de vaporización, que consta de dos sumandos: el calor de dilatación, necesario para

elevar la temperatura del líquido a su punto de ebullición, y el calor latente de vaporización

que no produce ningún aumento de temperatura sino que se invierte en el trabajo molecular

del cambio de estado. O sea que tendremos:

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𝜆 = 𝑞 + 𝑟 Calorías

𝜆= calor total de vaporización

𝑞= calor de dilatación

𝑟= calor latente de vaporización.

Recibe el nombre de potencia de vaporización de la caldera, a la relación

𝑍 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑘𝑔/ℎ𝑜𝑟𝑎

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑘𝑔/ℎ𝑜𝑟𝑎

2 .4 . - TURBINAS DE VAPOR , C LASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO

Las turbinas se clasifican de acuerdo a la presión del vapor son de baja, mediana y alta

poseen una serie de aspas montadas en la flecha motriz, el vapor es desviado por las aspas

por lo que se produce un poderoso par o momento de torsión. Las aspas están hechas de un

acero especial para que soporten la alta temperatura y las intensas fuerzas centrifugas, las

turbinas de baja, mediana y alta presión están acopladas juntas para propulsar un

generador común. Sin embargo en algunas instalaciones grandes esta disposición no se

cumple ya que cada tipo de turbina impulsa a un generador de acuerdo a su capacidad

Figura 2.15 Sección de baja presión de un conjunto de turbinas-generador de 375 MW y

3600 rpm

La elección de las características del vapor vivo se ha guiado por el deseo de realizar una

instalación tena económica como fuera posible que, presentara un alto grado de

seguridad. Estas características son:

Salida del recalentador primario………………..540º C y 150 kg/cm2

Salida del recalentador secundario…………….540º C y 40 kg/cm2

Ejemplificaremos con una turbina de reacción BROWN BOVERI, tándem-com-pound, delas

siguientes características de diseño:

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Potencia nominal……………………………………150 MW

Etapas…………………………………………………3

Caudal de refrigeración……………………………18000 m3/hora

Figura 2.16 Turbina BROWN BOVERI.

2 .5 . - CICLOS TÉRMICOS CON CALDERAS Y TURBINAS

Comenzaremos con la vaporización del agua, la cual se realiza en la caldera que es, en

esencia, un depósito de agua que se calienta hasta que el agua se convierta en vapor.

Como el vapor, a la salida de la caldera, contiene todavía partículas liquidas, se le

convierte en calor recalentado haciéndole pasar por el circuito secundario de uno o más

recalentadores primarios, situados en la trayectoria de los gases de combustión.

Desde la caldera o los recalentadores el vapor a presión y a alta temperatura, se conduce

hasta la turbina o hasta la máquina de vapor, donde se expansiona produciendo energía

mecánica. En las turbinas modernas, como ya sabemos, se realizan extracciones de vapor,

conduciéndolo de nuevo hacia los recalentadores secundarios de la caldera donde el

vapor sufre nuevos recalentamientos para ser posteriormente introducido en los

siguientes de las turbinas o en otras turbinas independientes.

En las turbinas también se realizan extracciones de vapor que se conducen a los circuitos

primarios de los precalentadores del agua de alimentación, para calentar ésta.

Como una central térmica de vapor tiene tanto mejor rendimiento cuanto más frio esté el

vapor de escape, a la salida de la turbina, el vapor se hace pasar por un condensador que

nos es más que un dispositivo de refrigeración donde el vapor se condensa y se

transforma nuevamente en agua; la condensación se realiza introduciendo agua fría a

presión en el condensador, a la que se obliga a circular por unos serpentines de

refrigeración esta se obtiene de dos formas; de un deposito natural (rio o embalse) al que

vuelve ya caliente después de haber recorrido el serpentín y la otra manera es cuando no

se obtiene de un deposito natural o la cantidad disponible es insuficiente, después de la

salida del condensador, se lleva a torres de refrigeradoras donde se enfría para

recircularla nuevamente hacia el condensador.

19

Figura 2.17 Se esquematiza el ciclo térmico del vapor y del agua.

2 .6 . - SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADO Y TORRES DE ENFRIAMIENTO

Para hablar del sistema de recuperación primero debemos nombrar según su clasificación

los tipos de condensadores ya que cada uno utiliza específicamente un sistema de

recuperación del agua recién condensada para mandarla a una torre de refrigeración.

Condensadores de superficie: proporciona un elevado grado de vacío con un

pequeño consumo de fuerza, obteniendo un producto condensado de mucha pureza,

entre el agua de refrigeración y el agua que se debe condensar. Utilizan equipos

auxiliares como:

a) Bomba de agua de refrigeración

b) Bomba de aire

c) Bomba de agua condensada

La bomba de agua de refrigeración sirve para enviar al condensador el agua necesaria para

su refrigeración, generalmente es del tipo de impulsión y debe contarse con un peso de

agua fría de 15º C de temperatura media, o de retorno a 25º C equivalente a 50-60 veces o

70-80 veces, respectivamente, el peso del vapor que se va a condensar, con un vacío de 92

a 93 %.

La bomba de aire tiene por objetivo extraer, de un modo continuo, la mezcla de aire y vapor,

que ocupa la parte alta de la cámara del condensador, normalmente se utilizan bombas de

chorro de vapor también conocidos como eyectores.

Las bombas de agua condensada extraen el condensado acumulado de forma continua,

envía este líquido a un depósito elevado desde el cual fluye a escasa presión hacia las

bombas de alimentación de las calderas.

Un condensador de superficie y su equipo auxiliar, debe cumplir los siguientes requisitos

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1. El vapor ha de entrar en el condensador con la menor resistencia posible, y la caída

de presión a través del mismo debe reducirse a un mínimo.

2. El vapor debe evacuarse rápidamente de las superficies transmisoras de calor, ya

que es un cuerpo mal conductor de calor.

3. El aire debe recogerse en puntos apropiados, desprovisto en lo posible, de vapor

de agua y enfriado a baja temperatura.

4. La evacuación de aire debe realizarse con el consumo mínimo de energía.

5. El vapor ya condensado ha de evacuarse de las superficies transmisoras de calor y

devolverse libre de aire, a la caldera.

6. El agua de refrigeración ha de atravesar el condensador con pequeño rozamiento y

con la máxima absorción de calor.

Condensadores de chorro: denominados también condensadores de mezcla, el

vapor procedente de la turbina pasa a un condensador, en el cual se mezcla con el

agua de refrigeración, que circula dentro de él o entra dividida en finos chorros. El

vapor a condensar y el agua fría circulan en sentidos contrarios. La mezcla

condensada, se reúne en la parte inferior del condensador donde se extrae

mediante una bomba y otra se encarga se encarga de sacar el aire dentro del

condensador con el objetivo de conseguir el mayor grado posible de vacío.

La diferencia esencial entre este sistema y el de superficie es que, en el condensador

de mezcla, el agua de condensación se mezcla con el agua refrigerante y, por tanto;

el líquido extraído no puede utilizarse siempre para volver a alimentar la caldera.

Los condensadores de mezcla pueden ser:

a) De vacío reducido o nivel bajo

b) De vacío elevado o barométricos

TORRES DE REFRIGERACIÓN.

Cuando el agua fría necesaria para la refrigeración del condensador no se puede tomar de

un rio, lago, etc... próximos a la central térmica o la cantidad disponible es insuficiente o su

captación resulta difícil y costosa, es indispensable refrigerar el agua caliente que sale del

condensador, mediante disposiciones adecuadas, ya que esta agua circula continuamente

y debe enfriarse después de cada paso a través del condensador.

Por ello se originaron las llamadas torres de refrigeración, las cuales son estructuras

rectangulares de madera, hormigón o metálicas provistas de pantallas adecuadas, en las

torres de refrigeración la circulación de aire se efectúa, unas veces, con tiro natural, es decir

aprovechando el tiro provocado por una chimenea y, otras veces, con tiro forzado, por

medio de ventiladores aspirantes o soplantes.

21

Figura 2.18 Corte esquemático de una torre de refrigeración por aire forzado

Figura 2.19 Torre de refrigeración hiperbólica de tiro natural, para una turbina de 300 MW

de la central Weisweiler en Alemania.

22

Figura 2.20

2 .7 . - SISTEMAS Y EQUIPOS DE TRATAMIENTO DE AGUA .

Cundo las maquinas o turbinas de vapor trabajan con condensadores de superficie, el agua

condensada se utiliza para la alimentación de las calderas. Ahora bien, resulta que, a causa

de las inevitables perdidas, hay que añadir cierta cantidad de agua adicional, que oscila

entre 5 a 10% de la cantidad total necesaria, cuya composición química ha de cumplir con

muy severas condiciones por lo que respecta a las sustancias disueltas (oxigeno, anhídrido

carbónico, nitrógeno, polvo, descomposición de materias orgánicas y residuos

industriales).

Las impurezas contenidas en el agua pueden perjudicar a la caldera y el conjunto de la

instalación térmica, a continuación las citamos:

1) Reducción de la cantidad de calor transmitido, debido a la cantidad de

incrustaciones sobre la superficie de caldeo

2) Averías en los tubos y planchas, producidas por la disminución del calor

transmitido a través de estos elementos.

3) Corrosión de los materiales de las calderas y tuberías

23

4) Mal funcionamiento, con formación de espumas y arrastres de agua por el

vapor

5) Costos elevados de limpieza, inspección, mantenimiento, etc.

6) Mal rendimiento de los equipos que utilizan el vapor, a causa de que éste está

sucio.

7) Costo adicional en el equipo de condensación, a causa de los gases disueltos

en el vapor.

Las causas que producen estos defectos son, de mayor parte, incrustaciones, corrosiones y

formación de espumas.

TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACION.

Existen dos sistemas para obtener agua en condiciones de alimentar calderas:

Tratamiento por procedimientos químicos: consiste en añadir al agua que se ha

de tratar, determinadas sustancias que produzcan la precipitación de materias

incrustantes que contenga.

a) Procedimiento cal-sosa: está basado en que si añadimos al agua carbonato

sódico, los compuestos cálcicos y magnésicos del agua, pudiendo separarse

posteriormente por filtración.

b) Procedimiento de la permutita: se utilizan ciertos silicatos hidratados de

aluminio y sodio, naturales o artificiales, denominados permutitas y que tienen

la propiedad de absorber el calcio y el magnesio de las aguas que atraviesan,

permutándolos (de ahí su nombre) con el aluminio y el sodio, que son sus

elementos constituyentes.

Tratamiento por procedimientos térmicos: utilizan dispositivos para producir

agua destilada para la alimentación de las calderas denominados vaporizadores. En

ellos, y mediante la correspondiente aportación de calor, el agua cruda se evaporiza

y el vapor producido (denominado vapor secundario) se condensa después,

cediendo el calor a un refrigerador. El agua así destilada tiene una temperatura

próxima a 100º C, con la que entra en la caldera. Los vaporizadores se dividen en:

a) Vaporizador de simple efecto

b) Vaporizador de múltiple efecto

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Figura 2.21 Esquema de un vaporizador de simple efecto: VP-vaporizador. CR-

Condensador-refrigerador

CONCLUSIONES .

General energía eléctrica resulta atractivo, no solo por las excelentes remuneraciones

económicas que arroja, si no que las posibles consecuencias catastróficas impensables que

resultaría del desabasto de la misma motiva a buscar alternativas de producción en otros

ámbitos.

Por ello es que existen las centrales térmicas productoras de la indispensable y

dependiente electricidad que utilizan combustibles fósiles y representan una parte

significativa de la energía que utiliza el país, aunque con tecnologías sofisticadas resultan

muy contaminantes y antiguas con bajos índices de eficiencia, por lo que, ha surgido una

nueva tendencia de generación de electricidad que son las fuentes renovables de energía

con mecanismos mucho más ahorradores, modernizados a la vanguardia y sobre todo que

ofrecen mayores producciones sin necesidad de combustibles, pero con desventajas como

las de inversión que son ligeramente más costosas que las centrales térmicas.

Cabe mencionar que el país posee potenciales recursos gracias a su ubicación geográfica

y los aprovecha mediante las zonas estratégicas productivas, unas con plantas térmicas y

otras recientemente ya cuentan con centrales de energías renovables.

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BIBL IOGRAFÍA

1. Centrales eléctricas enciclopedia CEAC de electricidad, José

Ramírez Vázquez. 3ª edición. Ediciones CEAC, S. A. Barcelona,

España.

2. Máquinas Eléctricas y Sistemas de Potencia, Theodore Wildi. 6ª

edición. Editorial PEARSON EDUCACION, México, 2007