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El Ciclo Agua - Vapor

ÍNDICE:

1. FUNCIÓN DEL CICLO AGUA-VAPOR.

2. PRINCIPALES ELEMENTOS DEL CICLO AGUA-VAPOR.

  • 1. FUNCIÓN DEL CICLO AGUA-VAPOR.

  • La principal función del ciclo agua-vapor es transportar vapor desde el tren generador hasta la turbina de vapor, y retornar hasta la caldera el agua condensada.

    Se utiliza vapor como fluido calor-portador principalmente  porque es un fluido barato y accesible en casi cualquier parte, es posible ajustar con gran precisión su temperatura, por la relación existente entre presión y temperatura, controlando ésta a través de válvulas reguladoras, es capaz de transportar grandes cantidades de energía con poca masa y es capaz de realizar ese transporte a cierta distancia, entre los puntos de generación y consumo.

    Los principales inconvenientes de usar vapor de agua son, sus altas presiones, necesita de un tratamiento muy estricto para que no sea corrosivo ni produzca incrustaciones y es necesario un gran volumen.

    Tabla 1. Parámetros característicos de una planta termosolar de 50 MW.

  • 2. PRINCIPALES ELEMENTOS DEL CICLO AGUA-VAPOR.

  • 2.1 Válvulas de bypass.

    Son dos, de alta presión y de baja presión, su función es simular a la turbina, ya que a la salida de estas debe haber la misma presión y temperatura que si el vapor hubiera atravesado la turbina, para ajustar la presión se ayudan de una expansión, pero la temperatura es más alta: por ello deben tener un atemperador, también deben evacuar todo el caudal de forma constante, el ajuste de estas válvulas es muy sensible, debe estar coordinado con la válvula de admisión a la turbina, el commissioning de esta válvula es muy delicado.

    Figura 1. Localización de las válvulas de bypass.

    2.2   El condensador.

    Esta situado a la salida de la turbina de vapor de baja presión su función principal es condensar el vapor, también se aprovecha en este punto para eliminar gases incondesables y nocivos ya que algunos  son muy corrosivos como el oxígeno, se eliminan por métodos físico o químicos. La turbina va unida al condensador a través de una junta de expansión, además el condensador esta protegido contra las sobre presiones con sus correspondientes válvulas, también tiene protección catódica para evitar su corrosión.

    Existen diferentes configuraciones de salida de la turbina al condensador pueden ser en dirección axial o radial, según la salida del vapor sea en la dirección del eje o en la dirección radial, la principales ventajas de la salida axial son una menor altura de cimentación y más eficiencia, su inconveniente es la dificultad para el acceso a uno de los cojinetes. Si la salida es radial su principal ventaja es la facilidad constructiva y sus inconvenientes son la gran altura de la cimentación y el mayor coste de la obra civil.

    Los gases condensables son el 99 % del total, para su condensación se emplea agua fría que se hace pasar por un haz tubular del condensador, a una temperatura menor que la temperatura de saturación. Para la eliminación de los gases incondensables que son el otro 1% se utilizan dos sistemas o bien bombas de vacío eléctricas, que pueden ser de lóbulos rotativos, anillo líquido o de pistón oscilante y también se pueden utilizar eyectores de vapor. Los eyectores de vapor se basan en el principio de Bernouilli y su principal ventaja es que son simples.

    Figura 2. El condensador.

    Figura 3. Bomba de lóbulos rotativos 

    Figura 4. Bomba de vacío de anillo líquido.

    Figura 5. Eyector de vapor.

    2.3  Extracciones de la turbina.

    En la turbina existen diferentes tomas por donde se saca vapor para ser usado principalmente en el condensador y en el desgasificador para eliminar los gases incondensables y para precalentar el agua. Dependiendo de la zona de la turbina de donde se saque el vapor este tendrá unos valores de presión y temperatura determinados.

    Figura 6. Extracciones de la turbina.

    2.4  Precalentadores.

    Son intercambiadores de carcasa-tubos, en forma de U, su función es precalentar el agua del desgasificador, lo precalientan por medio del vapor que se extrae de las turbinas.

    2.5  El desgasificador.

    Su función consiste en eliminar los gases que no ha sido posible eliminar en el condensador, principalmente oxigeno y dióxido de carbono, lo hace por medio de una desgasificación térmica, complementaria de la desgasificación del condensador, de la adición de productos secuestrantes de oxigeno y también se encarga de precalentar el agua aprovechando la desgasificación térmica. La desgasificación térmica es más efectiva que la desgasificación química, que también se realiza en el condensador, se basa en que el oxígeno es menos soluble en el agua caliente, por lo que al aumentar la temperatura se desprende, algunas plantas no tienen este elemento, la desgasificación se realiza en el condensador, para ello el condensador esta equipado con unas boquillas en el fondo para calentar el agua con vapor procedente de la línea de vapor vivo.

    Figura 7.Desgasificador.

    2.6  Bombas de alimentación a la caldera.

    Son las bombas encargadas de impulsar el agua desde el deposito de agua de alimentación a la caldera, elevando su presión a la de trabajo.  

    Normalmente son bombas centrífugas multietapa, varias bombas centrifugas en serie, y generalmente están duplicadas como medida de seguridad.  

    El principal problema que pueden sufrir estas bombas es el de la cavitación, ya que cuando la presión baja el líquido puede vaporizarse, las burbujas formadas en la aspiración de la bomba crecen y explotan, provocando cráteres, vibraciones, y un desgaste acelerado de la voluta y del rodete, para evitar la cavitación, hay que asegurar que el NPSH (altura mínima de aspiración) sea el correcto, también hay que asegurar que la entrada de líquido no está estrangulada y es suficiente.

    Figura 8. Bomba de alimentación.

    2.7 Bombas de condensado.

    Son las bombas encargadas de enviar el agua condensada del condensador al depósito de agua de alimentación

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