1. EQUIPOS PRINCIPALES
A continuación se mostrarán algunos de los equipos más relevantes de una planta de energía (ciclo agua-vapor).
Se debe tener en cuenta que no siempre se encontrarán estos equipos en la disposición mostrada, esto es sólo un ejemplo:
1.1-CALDERA
1.1.1-Economizador
1.1.2-Generador de Vapor
1.1.3-Sobrecalentador
1.1.4-Válvula de Control del Nivel de la Caldera
1.1.5-Bombas de Agua de Alimentación de Caldera
1.1.6-Otro equipos relacionados con la Caldera
1.2-TURBINA
1.2.1-Válvula de Control de la Turbina
1.2.1-Válvula de Control de la Turbina
1.3-BY-PASS DE TURBINA
1.4-EL GENERADOR
1.4.1-Acoplamiento
1.4.1-Acoplamiento
1.5-SISTEMA ELÉCTRICO
1.5.1-Interruptor de Generación
1.5.2-Interruptor de la Interconexión
1.6-EL CONDENSADOR
1.6.1-Bombas de condensado
1.7-TORRE DE REFRIGERACIÓN
1.7.1-Torre de ventilación natural
1.7.2-Torre de ventilación forzada
1.7.3-Bombas del sistema de refrigeración principal
1.8-INTERCAMBIADORES DE CALOR
1.9-EXTRACCIONES DE LA TURBINA
1.10-DESGASIFICADOR
1.11-OTROS EQUIPOS
1.12-RESUMEN
1.5.1-Interruptor de Generación
1.5.2-Interruptor de la Interconexión
1.6-EL CONDENSADOR
1.6.1-Bombas de condensado
1.7-TORRE DE REFRIGERACIÓN
1.7.1-Torre de ventilación natural
1.7.2-Torre de ventilación forzada
1.7.3-Bombas del sistema de refrigeración principal
1.8-INTERCAMBIADORES DE CALOR
1.9-EXTRACCIONES DE LA TURBINA
1.10-DESGASIFICADOR
1.11-OTROS EQUIPOS
1.12-RESUMEN
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1.1-CALDERA
La caldera se encarga de transferir energía térmica al agua hasta transformarlo en vapor.
La caldera se encarga de transferir energía térmica al agua hasta transformarlo en vapor.
“Economizador”, “Generador de Vapor” y “Sobrecalentador”
1.1.1-Economizador
El “Economizador” es un intercambiador que aprovecha los últimos gases de la caldera para elevar la temperatura del agua antes de introducirla en el "Generador de Vapor".
El "Generador de Vapor" es un depósito que genera el vapor saturado. Siempre que el agua cambie de fase en un equipo pasará a ser vapor saturado, se requerirá de un segundo equipo para pasar de vapor saturado a vapor sobre-calentado
El "Generador de Vapor" de una caldera de gas dispone de un "Tanque de Expansión".
Debajo de este tanque encontraremos un intercambiador con un montón de tubos por donde pasan los gases de la caldera.
1.1.3-Sobrecalentador
El “Sobrecalentador” calienta el vapor sobrecalentándolo y alejándolo del punto de saturación. El vapor sobrecalentado será el que enviaremos finalmente a la turbina.
El vapor sobrecalentado es realmente peligroso ya que no es visible como el vapor saturado y sin embargo está a mucha más temperatura.
Una pequeña fuga de vapor sobrecalentado no se podrá ver y apenas se podrá oír (y menos aún si nos encontramos cerca de una turbina) y nos podría quemar gravemente cualquier parte del cuerpo.
1.1.4-Válvula de Control del Nivel de la Caldera
El control del nivel de agua del generador de vapor es uno de los controles más interesantes que podremos estudiar en un planta de energía, este lazo junto con el control del by-pass lo expondremos en otro artículo.
1.1.5-Bombas de Agua de Alimentación de Caldera
El vapor generado en la caldera sale a un valor muy alto de presión (Esa presión será la que utilizará la turbina para obtener energía).
1.1.4-Válvula de Control del Nivel de la Caldera
Para controlar el nivel de agua del generador de vapor se utiliza una válvula de regulación instalada entre las bombas de agua de alimentación y la caldera.
1.1.5-Bombas de Agua de Alimentación de Caldera
Estas bombas bombearán el agua desde el desgasificador a la caldera.
Para poder aportar agua al mismo recipiente por donde sale vapor a mucha presión, debemos aportar el agua a más presión que la del propio vapor, por ello las bombas de agua alimentación trabajan a una presión muy alta en su impulsión, mayor aún que la presión de vapor que entra en la turbina.
1.1.6-Otro equipos relacionados con la Caldera
"Válvula de control del Venteo" y "Válvula de Seguridad de Caldera".
Estas válvulas actuarán cuando la presión del vapor que sale de la caldera aumente por encima de un valor establecido, venteando directamente a la atmósfera el vapor generado.
La apertura de estas válvulas además de suponer un gasto debido a la energía desaprovechada (Energía = "$"), será un desperdicio de agua desmineralizada que se va directamente a la atmosfera (Agua = "$").
La válvula de venteo la podemos abrir y cerrar desde el sistema de control de la caldera, sin embargo la válvula de seguridad será totalmente mecánica e independiente, esta válvula nos debe garantizar que la presión de la caldera no llegue a los límites para los que fue diseñada.
Normalmente por norma las calderas cuentan con varios elementos mecánicos de seguridad, como por ejemplo un par de válvulas de seguridad y discos de ruptura.
Normalmente por norma las calderas cuentan con varios elementos mecánicos de seguridad, como por ejemplo un par de válvulas de seguridad y discos de ruptura.
1.2-TURBINA
Es un equipo mecánico diseñado para transformar la energía termodinámica del vapor en energía mecánica rotativa.
En la entrada de la turbina tendremos vapor de agua a alta presión y a la salida de la turbina nos encontraremos un vapor a una presión y temperatura mucho más baja, normalmente muy próximo a la saturación (casi agua).
Esta energía perdida en la caída de presión y temperatura es la que se transforma en energía mecánica rotativa en la turbina.
1.2.1-Válvula de Control de la Turbina
Justo antes de la turbina nos encontramos la “Válvula de Control de la Turbina”.
1.3-BY-PASS DE TURBINA
Esta válvula desviará parte del vapor en la entrada de la turbina hacia otro sitio (normalmente hacia el condensador), adecuando la presión y la temperatura del vapor a su nuevo destino.
La válvula de By-Pass es capaz de transformar el vapor de alta presión a vapor en baja presión, la válvula de atemperación se encarga de enfriar dicho vapor (echando agua desmineralizada), para adecuarlo a su destino (en este caso el condensador).
Normalmente la válvula de By-Pass limita la presión del vapor antes de la válvula de control de la turbina, si la presión subiera por encima de un valor esta válvula comenzaría a abrir.
A:Vapor sobrecalentado a alta presión
B:Vapor a la entrada de la turbina
C:Vapor a baja presión (Cerca de la saturación)
D:Agua desmineralizada
Normalmente esta válvula solo debería de utilizarse en los arranques, sin embargo también acabará abriendo siempre que la demanda de vapor de la turbina sea menor que el vapor generado por la caldera.
El problema es que normalmente la caldera es un equipo con mucha inercia por lo cual su respuesta es más lenta que la respuesta de la turbina. Si la caldera genera más vapor del requerido llevará un poco de tiempo corregir esa tendencia y durante ese tiempo puede que el By-Pass acabe abriendo.
El tener esta válvula abierta lo más mínimo supone un derroche directo de energía lo que se puede traducir en un derroche directo de dinero.
Nota: Un director de una planta de energía tenía una bombilla en su despacho que se encendía cada vez que abría el By-Pass de turbina y acto y seguido se iba a la sala de control, a cortarle la cabeza a alguien.
1.4-EL GENERADOR
Este equipo transformará la energía mecánica rotativa en energía eléctrica.
1.4.1-Acoplamiento
La turbina está a acoplada al generador. Normalmente a través de un juego de engranajes fijo que asegura que cada equipo gire a la velocidad en la que fue diseñado.
1.5-SISTEMA ELÉCTRICO
En este artículo, no nos centraremos en detalle en los distintos equipos que forman el Sistema Eléctrico ya que esto supondría un artículo aparte.
Sólo os presentamos los "Interruptor de Generación" y el "Interruptor de Interconexión", viendo el estado de estos equipos nos pueden indicar rápidamente en que modo de funcionamiento se encuentra nuestra planta.
Algunos de los equipos que podríamos exponer en próximos artículos:
Subestación, UPS, Grupo Electrógeno, Cuadros de Control de Motores, Cabinas Eléctricas, Transformadores, Diseño del Sistema de Protección Eléctrica, Sistemas de Conmutación Automática, Control de la Excitación del Generador, Protecciones del Generador...etc…
1.5.1-Interruptor de Generación
En este artículo, no nos centraremos en detalle en los distintos equipos que forman el Sistema Eléctrico ya que esto supondría un artículo aparte.
Sólo os presentamos los "Interruptor de Generación" y el "Interruptor de Interconexión", viendo el estado de estos equipos nos pueden indicar rápidamente en que modo de funcionamiento se encuentra nuestra planta.
Algunos de los equipos que podríamos exponer en próximos artículos:
Subestación, UPS, Grupo Electrógeno, Cuadros de Control de Motores, Cabinas Eléctricas, Transformadores, Diseño del Sistema de Protección Eléctrica, Sistemas de Conmutación Automática, Control de la Excitación del Generador, Protecciones del Generador...etc…
1.5.1-Interruptor de Generación
El "Interruptor de Generación" conecta el "Generador" a la red de la planta. Siempre que este interruptor esté conectado significa que la planta está generando energía eléctrica.
1.5.2-Interruptor de la Interconexión
El "Interruptor de la Interconexión" aísla la planta de la red eléctrica exterior.
En la mayoría de las plantas este interruptor permanece cerrado a no ser que haya una anomalía.
El estado habitual de una planta debería ser con el "Interruptor de Generación" y el "Interruptor de la Interconexión" cerrados. En este estado podemos asegurar que la planta está aportando energía a la red, la planta se encuentra en Modo Red.
Otro estado muy habitual es que el "Interruptor de la Interconexión" este cerrado y el "Interruptor de Generación" este abierto, en este caso podemos decir que la planta está parada (no está generando), seguramente esté esperando a que le permitan generar o se esté realizando alguna actividad de mantenimiento.
Si el "Interruptor de Generación" está cerrado y el "Interruptor de la Interconexión" está abierto la planta se encuentra en “Modo Isla”, está aislada de la red y genera para auto-consumir.
Nota: El "Modo Isla" se puede ver en plantas con cogeneraciones, (como por ejemplo en una papelera), en estas plantas la generación de energía es algo secundario lo principal es asegurar el sustento de energía para mantener la producción de la planta (por ejemplo papel).
1.6-EL CONDENSADOR
Nota: El "Modo Isla" se puede ver en plantas con cogeneraciones, (como por ejemplo en una papelera), en estas plantas la generación de energía es algo secundario lo principal es asegurar el sustento de energía para mantener la producción de la planta (por ejemplo papel).
1.6-EL CONDENSADOR
Como su propio nombre indica se encarga de condensar el vapor que sale de la turbina.
El vapor es enfriado por el sistema de refrigeración principal. Esto provoca la condensación del vapor haciendo que cambie a estado líquido.
El agua del circuito de refrigeración puede ser un circuito cerrado que retorna al condensador tras ser refrigerado por una torre de refrigeración o un circuito abierto que vuelve al mar o al rio.
Nota: Como se trata de explicar en el "Tema 2" el vació en el condensador se produce por el paso del vapor a agua, todo gas que no sea vapor de agua y que no se condense perjudicará para poder obtener un mejor vacío a la salida de la turbina. No obstante en el condensador el turbinero suele instalar un sistema de espiración que se encarga absorber los gases incondensables.
1.6.1-Bombas de condensado
1.7.2-Torre de ventilación forzada
2º Entre el desgasificador y la caldera.
Esté equipo requiere de vapor para funcionar correctamente, este vapor suele venir de otra extracción de la turbina, aunque en los arranques se puede by-pasear directamente de la salida de la caldera (ya que en los arranque la turbina no tiene vapor aún).
1.11-OTROS EQUIPOS
Las bombas de condensado, bombean el agua recién condensada del condensador hacia el intercambiador.
1.7-TORRE DE REFRIGERACIÓN
El agua del sistema de refrigeración entrará en el condensador fría y saldrá agua más caliente. La torre de refrigeración se encargará de enfriarlo de nuevo para que vuelva a refrigerar el condensador.
Hay varios tipos de torres de refrigeración. Quizás las más representativas son las grandes torres de ventilación natural
1.7.1-Torre de ventilación natural
El agua cae pulverizada desde lo alto de la torre, y se enfría por la corriente de aire ascendente que se produce, de forma natural, por el interior de la torre. El aire penetra por la base de la torre, aprovechando la diferencia de temperaturas entre la parte superior e inferior de la estructura.
Estas son las torres que más asustan a la gente por lo grandes que son y por el penacho de vapor que forman.
1.7.2-Torre de ventilación forzada
Esta torre refrigera a través de unos ventiladores que fuerzan la circulación ascendente del aire en contra de las gotas de agua caliente que son pulverizadas hacia la balsa. Este sistema es muy utilizado actualmente ya que se obtiene un alto rendimiento.
1.7.3-Bombas del sistema de refrigeración principal
Estas bombas se encargarán de re-circular el agua de refrigeración.
1.8-INTERCAMBIADOR DE CALOR
Una vez el vapor ha vuelto a ser agua volverá a retornar hacia la caldera.
De camino hacia la caldera haremos pasar el agua por varios equipos para adecuarla. Uno de estos equipos son los intercambiadores y el desgasificador.
Los intercambiadores de calor tienen la función de incrementar un poco la temperatura del agua para facilitarle el trabajo a la caldera y mejorar el rendimiento del ciclo.
Normalmente utilizaremos el vapor de una extracción de la turbina para calentar cada intercambiador.
Por ejemplo podíamos tener un par de extracciones que utilizaríamos para calentar el agua en dos etapas.
1º De camino del condensador hacia el desgasificador.
2º Entre el desgasificador y la caldera.
Para regular el nivel de condensado en los intercambiadores disponemos de una válvula de control que regula el caudal de vapor extraido de la turbina.
1.9-EXTRACCIONES DE LA TURBINA
Normalmente no todo el vapor que entra en la turbina es turbinado hasta el final, en muchas ocasiones disponemos de extracciones de vapor en distintos puntos de la turbina.
Las extracciones son tomas en medio de la turbina que redirigen el vapor hacia otros sitios que lo demandan.
Nota: En una planta de generación, las extracciones son únicamente para mejorar el rendimiento. Sin embargo en una cogeneración, el control de las extracción es más prioritario que la propia generación de electricidad. En estos casos el vapor de las extracciones se usa para los procesos de fabricación de la propia planta. Por ejemplo: en una papelera el vapor de las extracciones, se usa para fabricar el papel.
1.10-DESGASIFICADOR
1.10-DESGASIFICADOR
El desgasificador es un depósito un poco especial que se coloca normalmente después del primer intercambiador que hay tras el condensador.
Para controlar la presión del vapor auxiliar de la extracción de la turbina contamos con una válvula de regulación.
El vapor es introducido en el depósito desde el fondo, y las burbujas de vapor arrastran los gases disueltos en el agua.
Esto tiene la función de evitar que los gases corroan la turbina y la caldera antes de tiempo.
2ªAl eliminar algunos gases en el circuito, lograremos que en el condensador llegue más vapor, ya que todo gas que entre en la turbina y que en el condensador no se pueda condesar perjudicará para hacer el vació.
Nota: A pesar de todo en algunas plantas de energía se ha optado por no instalar desgasificador, esto ocasiona que rápidamente se genere una capa de oxida alrededor de los alabes de la turbina, algunos argumentan que dicha capa ralentiza la propia oxidación y que la vida útil de la turbina sigue siendo la misma (otros muchos discrepan).
En los puntos anteriores se ha intentado exponer de forma breve los equipos que consideramos más relevantes, pero es necesario hacer mención a otros sin los cuales estas plantas no podrían funcionar.
Algunos de los siguientes sistemas podríamos dedicar una vida para poder saber al detalle cada una de sus peculiaridades:
-La planta de tratamiento de agua: Este sistema se encarga producir el agua desmineralizada que usaremos en la planta.
-EL sistema de protección contra incendios: El diseño del sistema contra incendios tiene un poco de todo: bombas redundantes, centralita de control, arquitectura de comunicaciones, sensores, y válvulas….etc. (Todo un mundo de posibilidades)
-Circuito cerrado de refrigeración: Los grandes equipos requieren de refrigeración asistida y de ello se encarga el sistema de refrigeración cerrado. Este sistema debe permanecer funcionando aunque los demás sistemas fallen.
-Sistema de climatización: La adecuación de las salas y edificios en toda planta industrial cumple un papel muy importante; además de tener que garantizar el confort de los trabajadores nos debemos asegurar que los cuadros y demás equipos están lo suficientemente ventilados y a la temperatura requerida.
-Sistema de traceado: Bien sea con agua caliente, vapor o con resistencias eléctricas este sistema mantiene a la temperatura adecuada los equipos y líneas, principalmente para evitar la congelación.
-Sistema de análisis de muestras: Con este sistema estudiamos las características del agua y del vapor.
-Sistema de dosificación: Manual o automáticamente se asegura que el agua mantenga las propiedades requeridas en cada circuito.
-CEMs: Control de emisiones de la caldera, muestrea las emisiones generadas para asegurase
que se cumple con la normativa medio ambiental.
que se cumple con la normativa medio ambiental.
-Sistema de drenajes y vertidos: El sistema de drenajes en una planta, cumple la misma función que los riñones en el cuerpo humano. Este sistema debe ser diseñado adecuadamente para que todo el sistema no colapse. Se debe seguir siempre el cumplimiento de las normativas medioambientales en todo los vertidos que hagamos adecuando dichos vertidos a lo que exija la ley.
-Tanques de almacenamientos: Todo compuesto necesario en la planta suele requerir de un almacenaje adecuado; desde el combustible de la caldera, a las distintas aguas tratadas u otros compuestos químicos.
-Sistema de vapor de sellos de turbina: La turbina es un equipo "rotativo" donde introducimos mucho vapor a "alta presión", ambos aspectos dificultan que no haya fugas de vapor, para evitarlo está el sistema de sellos de la turbina. Este sistema se encarga de introducimos vapor a presión a su alrededor evitando las fugas y manteniendo la turbina caliente.
-Sistema de filtros y limpieza de la caldera: Típico en calderas de carbón y biomasa. Con un tamaño que puede llegar a ser mayor que la propia caldera, el sistema filtros nos permitirá reducir significativamente las emisiones de partículas.
-Sistema de aire comprimido: Asiste a toda la instrumentación y resto de servicios que requieran aire a presión.
-Virador de la turbina: Cada vez que la turbina se detenga, debe entrar en funcionamiento el virador. El virador mantiene girando la turbina poco a poco hasta que el eje se enfríe. Si el virador no funciona hay una manivela manual que nos permitiría mantenerla girando con la ayuda de un par de forzudos a turnos.
Nota: Si una turbina se detiene y no actúa el virador, es muy posible que a medida que se enfríe se vaya deformando su eje causando un deterioro muy serio.
Al enfriarse sin girar el eje provoca el efecto banana (quedándose doblado como si fuera una banana). Al contrario de lo que mucha gente cree el efecto banana provoca que el eje se doble hacia arriba (elevándose la parte más central del eje), esto se debe a que el calor tiende a subir en el metal por lo que se irá enfriando primero la parte de abajo y al estar la parte de arriba del eje de la turbina más caliente permanecerá más dilatada provocando tensiones que provocarán que se doble.
1.12-RESUMEN
Al enfriarse sin girar el eje provoca el efecto banana (quedándose doblado como si fuera una banana). Al contrario de lo que mucha gente cree el efecto banana provoca que el eje se doble hacia arriba (elevándose la parte más central del eje), esto se debe a que el calor tiende a subir en el metal por lo que se irá enfriando primero la parte de abajo y al estar la parte de arriba del eje de la turbina más caliente permanecerá más dilatada provocando tensiones que provocarán que se doble.
1.12-RESUMEN
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"Pulsar aquí" Para ver el Tema 2
Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a:
InstrumentacionHoy@gmail.com
Julio César Fernández Losa 13/12/2014
excelente. muy didáctico
ResponderEliminarMuy bueno.Me habian dicho del efecto banana era al reves por el peso radial que efectuan la corona de alabes sobre el eje. Pero tu logíca tambien es aceptable.Gracias por tan interesante articulo.Sigue así.
ResponderEliminarMuchas gracias, lo cierto es que durante bastante tiempo pensé lo mismo. Pero, parece ser que la temperatura que adquiere no es la suficiente para que un eje se vuelva dúctil, no obstante, digo parece ser porq por "suerte" nunca he llegado a ver el eje doblado, sólo me lo han contado :) Un saludo
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