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Termosolares

Sistema de Refrigeración Principal o Main Cooling Water (MCW)

ÍNDICE:

1. REFRIGERACIÓN POR CIRCUITO SEMIABIERTO (TORRES DE REFRIGERACIÓN).

2. REFRIGERACIÓN CON AEROCONDENSADORES.

Las centrales termosolares necesitan ser refrigeradas, ya que  la combustión genera más energía térmica que la que la planta es capaz de transformar en energía eléctrica y también por el esceso de energía que pueden captar los colectores. Una vez utilizado, el vapor se convierte en vapor “muerto”, y debe transformarse de nuevo en agua líquida, para que pueda recibir otra vez la transferencia de calor de la caldera de recuperación. Las técnicas convencionales para esta evacuación son dos: circuito semi-abierto y aerocondensación.

  • 1. REFRIGERACION POR CIRCUITO SEMIABIERTO (TORRES DE REFRIGERACION).

  • Cuando por razones de disponibilidad de agua, razones legislativas o medio-ambientales no se puede disponer de un cauce público del que extraer el agua fría y devolverla a mayor temperatura, se emplea un circuito semiabierto con torres de refrigeración. La principal ventaja es que el aporte de agua es mucho menor, y por tanto, el impacto medioambiental de las centrales con torre de refrigeración también lo es. El inconveniente es que el foco frío de la turbina de vapor, el condensador, está a un nivel energético mayor, por lo que el salto térmico es menor y el rendimiento de este tipo de centrales es  también menor que en circuito abierto.

    Se emplean principalmente dos tipos de torres de refrigeración:

    1) La torre de tiro inducido, es la más usada en instalaciones de gran tamaño. El agua caliente procedente de la refrigeración se deja caer por el interior de la torre mediante un sistema de distribución de agua, que debe caer uniformemente sobre la torre. En la parte superior se sitúan unos grandes ventiladores que hacen que el aire circule a contracorriente del agua. El fenómeno de cesión de calor se debe a que al entrar en contacto el agua caliente con el aire se forma una película de aire húmedo alrededor de cada gota. El agua que pasa al aire,  y por tanto se evapora, extrae el calor necesario para la evaporación del propio líquido y produce por tanto un enfriamiento del mismo. Por lo parte superior sale el aire húmedo, visible si las condiciones ambientales dificultan la disolución de  este vapor en el aire (frío intenso o humedad relativa alta). Este vapor visible se denomina penacho o pluma.

    Figura 1. Torre de tiro inducido.

    Una de las principales ventajas de este tipo de torre es que puede ser bastante baja, disminuyendo así la energía requerida para el bombeo de agua a las partes altas de la torre.

    Los elementos que componen una torre de refrigeración son prácticamente los mismos para las de tipo forzado e inducido. Los más importantes son los siguientes:

    a)    Separador de gotas: El separador de gotas tiene la finalidad de detener las gotas de agua que  arrastra la corriente de aire al salir de la torre. Este objetivo se consigue mediante un cambio brusco de la dirección (60º es la más efectiva) del aire al salir. Esta variación provoca que el agua arrastrada se deposite sobre la superficie del separador de gotas, cayendo posteriormente al relleno. La existencia del separador tiene las ventajas de reducción de perdidas de agua, evita daños en el entorno de la torre, sobre todo si el agua de la torre es salada y limita la formación de neblinas.

    b) Sistema de distribución de agua a enfriar: Este sistema de tuberías y conductores tiene la finalidad de repartir uniformemente el flujo de agua por encima del relleno. Existen dos métodos de reparto: por gravedad o por presión. En el primero el agua caliente cae sobre el relleno por su propio peso. Su funcionamiento consiste en llevar hasta una balsa colocada sobre el relleno el agua caliente y una vez allí se reparte por unos canales que dejan caer el agua por gravedad sobre unas piezas en forma de herradura que sirven de enlace entre los canales y el relleno. En el segundo, la tubería que contiene el agua con cierta presión, suministrada por las bombas de impulsión del circuito de refrigeración, se conduce por tuberías hasta unos aspersores, que rocían el relleno con pequeñas gotas.

    c) Relleno: Tiene una vital importancia para el intercambio de calor, ya que debe proporcionar, una superficie de intercambio lo más grande posible entre el agua que cae y el aire que asciende y retardar el tiempo de caída del agua, asegurando una mayor duración del proceso de intercambio.

    Las características que un relleno debe tener son:

    1. Se debe realizar con un material de bajo coste debido a la cantidad empleada, y debe ser de fácil colocación.
    2. La superficie del mismo debe ser la mayor posible en relación con su volumen.
    3. Su diseño debe permitir  fácilmente el paso del aire entre él, de forma que ofrezca la menor resistencia y perdida de carga. Así mismo debe distribuir uniformemente el aire y el agua.
    4. Debe ser resistente al deterioro ambiental y químico, y fácil de limpiar.

    Existen tres formas distintas de realizar el reparto de agua a través del relleno: por salpicadura o goteo, de película o laminares y de tipo mixto. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes por lo que se tiende a utilizar cada tipo de relleno dependiendo de las características de uso y diseño de la torre. Los más habituales son los de película o laminados.

    Este relleno distribuye el agua en una  fina película que fluye por su superficie y por consiguiente pone una gran superficie de agua en contacto con la corriente de aire. La película de agua debe ser muy delgada y cubrir la mayor superficie posible del relleno, y debe procurarse que el agua descienda adherida a la superficie del relleno evitando que la corriente del aire separe el agua del relleno. Para conseguir estos objetivos se realizan grupos de láminas onduladas de PVC colocadas de forma paralela y a cierta distancia formando cubos para favorecer su apilado.

    d)    Ventiladores: Estos equipos trabajan en condiciones duras, debido a que están continuamente en funcionamiento, en un clima de elevada humedad y temperatura. Son los encargados de crear el flujo de aire. El equipo completo se compone de motor, transmisión y aspas. Los motores de las torres de refrigeración deben estar convenientemente protegidos de la humedad, de la atmósfera contaminada por los aditivos del agua. Suelen llevar un aislamiento de tipo B, aislado para temperaturas de hasta 120 ºC o tipo F, aislado para temperaturas de hasta 140 ºC , y siempre que sea posible el motor ha de colocarse resguardado de las corrientes de aire caliente y saturado, mediante su correspondiente sistema de transmisión, existiendo diferentes tipos de transmisión dependiendo de las necesidades de construcción. Las aspas suelen ser de plástico o similar debido a su bajo coste, ligereza y resistencia  a la corrosión. El número de aspas influye directamente sobre la presión que ejerce en ellas: a mayor número de aspas menor presión. Igualmente, un número mayor de aspas supone facilidades para un óptimo equilibrado, para evitar posibles problemas de vibraciones, se recomienda cada tres o cuatro años un equilibrado del ventilador debido a la posible erosión de las aspas, corrosión o a la deposición de suciedad. Se puede variar el ángulo de ataque de éstas fácilmente.

    e) Bombas de impulsión: Las bombas se utilizan para que el agua ya enfriada alcance presión suficiente como para llegar a los diferentes elementos a enfriar y posteriormente para subir el agua ya calentada a la parte superior de la torre, cerrando el circuito. El conjunto de bombas debe cumplir con los requerimientos de la instalación (caudal y altura manométrica).

    f)  Balsa: Situada en la parte inferior de la torre, es el depósito de agua fría de la torre.

    g) Sistema de agua de aporte: La evaporación de agua en la torre provoca una disminución del volumen de agua en ésta. Por otro lado, la concentración de sales en el agua se controla con un régimen de purgas  adecuado. La evaporación y las purgas hacen que sea necesario el aporte casi constante de agua.

    2) Las torres evaporativas de tiro forzado están generalmente dotadas de un ventilador con su eje horizontal en el lado de la torre, el cual descarga aire hacia atrás. El flujo de aire es dirigido después hacia arriba por mamparas, haciéndolo pasar a través de la corriente descendente del agua, después de lo cual es descargado por la parte superior a través de un sistema que elimina el rocío. Ya que la totalidad de la superficie de la parte superior de la torre es usada para la descarga de aire, la velocidad del aire de salida es más baja que las velocidades de descarga de la torres de tiro inducido. Los elementos que componen estas torres son prácticamente los mismos que los que componen las torres de tiro inducido. En las torres de tiro inducido natural, el aire se mueve por el efecto chimenea. No se consume ningún tipo de energía para efectuar el movimiento de este aire. Son particularmente seguras en su funcionamiento y generalmente se emplean para el enfriamiento de grandes caudales de agua. Ocupan un volumen mayor a igualdad de capacidad de enfriamiento que las torres de tiro inducido o forzado esto se debe a que las velocidades del aire son frecuentemente bajas..

    Figura 2. Torres tiro forzado.

  • 2. REFRIGERACION CON AEROCONDENSADORES.

  • De los dos sistemas de refrigeración, el que emplea aerocondensadores es el menos agresivo con el medio ambiente, pero el que tiene un coste más elevado y el que provoca en la planta una mayor disminución del rendimiento. Su funcionamiento se basa en el intercambio de calor entre el aire atmosférico y el vapor muerto procedente de la salida de la turbina. Es muy parecido al sistema que emplea el radiador del automóvil. El vapor se hace pasar a través de unos haces tubulares que aumentan la superficie de contacto del vapor. Éste se enfría en contacto con el metal del aerocondensador, que a su vez es enfriado por la poderosa corriente de aire que provocan unos gigantescos ventiladores, colocados generalmente en el plano horizontal. Los haces tubulares tienen forma de tejado de casa, y en el interior de ese tejado están colocados los ventiladores. La pérdida de rendimiento de la planta es consecuencia de la disminución del salto térmico en la turbina de vapor, al estar el foco frío de la turbina (es decir, la salida) a un nivel mayor. La pérdida puede cuantificarse, como ya hemos dicho, en unos 10 MW par una planta de 400 MW, sobre la potencia que alcanzaría una central igual refrigerada en circuito abierto.

    Figura 3. Esquema de funcionamiento de un aerogenerador.

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