1. EQUIPOS PRINCIPALES
1.1. Turbina
1.2. Válvula de control de turbina
1.3. Generador
1.4. Acoplamiento
1.5. Interruptor de generación
1.6. Interruptor de la interconexión
2. VELOCIDAD DE GIRO
2.1. Velocidad de giro de un generador
2.2. Frecuencia de la red
2.3. Velocidad de giro de la turbina
2.4. Lucha de fuerza
1. EQUIPOS PRINCIPALES
1.1. Turbina
La “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 “P1” y alta temperatura “T1” y a la salida de la turbina nos encontraremos un vapor a una presión y temperatura mucho más baja “P2” y “T2”, normalmente muy próximo a la saturación (casi agua).
Esta energía perdida en el salto de presión y temperatura es la que se transforma en energía mecánica rotativa en la turbina.
1.2. Válvula de control de turbina
La “válvula de control de turbina” regula el caudal de vapor que entra en la turbina. El actuador de esta válvula suele disponer de un sistema hidráulico bastante preciso y complejo.
1.3. Generador
Se utilizan principalmente dos tipos de generadores, síncronos y asíncronos.
El “generador" transformará la energía mecánica rotativa en energía eléctrica.
El “generador" transformará la energía mecánica rotativa en energía eléctrica.
El generador consta principalmente de dos partes el rotor y el estator.
El "rotor" como su propio nombre indica gira (rota) por la energía transmitida por la turbina a través del acoplamiento. Además de girar, el rotor en los generadores síncronos, genera un campo magnético que atraviesa el estator.
Al atravesar el campo magnético rotativo del rotor los devanados del estator, se genera en este una tensión alterna que imita la posición del rotor en cada instante, este fenómeno es explicado por la ley de Faraday.
Al atravesar el campo magnético rotativo del rotor los devanados del estator, se genera en este una tensión alterna que imita la posición del rotor en cada instante, este fenómeno es explicado por la ley de Faraday.
1.4. Acoplamiento
La turbina está 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. 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, por lo que la turbina estará girando por acción del vapor y haciendo girar de forma solidaria al generador.
1.6. Interruptor de la interconexión
El "Interruptor de la Interconexión" aísla ó conecta 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" esté 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 la potencia consumida por la planta.
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 (o debería ser), lo principal es asegurar el sustento de energía, para mantener la producción de la planta (en este caso el papel).
2. VELOCIDAD DE GIRO
Una “máquina síncrona” podría actuar como un motor o como un generador. Esto quiere decir que si un generador lo conectásemos a la red, inyectando una mínima corriente de excitación en el rotor y sin aplicarle ninguna fuerza en el eje que lo haga girar, el generador se motorizaría, girando a la velocidad que le marque la red.
Si fuera la red la que hiciese girar al generador, al estar conectado solidariamente con la turbina haría girar la turbina, lo cual si la turbina no está en condiciones de girar, se podrían producir graves daños. En una planta de energía convencional esto no es posible, las protecciones eléctricas no nos permitirán que el generador se comporte como motor.
2.1. Velocidad de giro de un generador
“La velocidad de giro de un generador síncrono” (o un motor) conectado a la red eléctrica dependerá de la frecuencia de la red (50Hz en Europa, 60Hz América) y del número de polos del generador (normalmente un par de polos).
En una red de cincuenta hercios, con un generador de un par de polos, el generador girará a 3000 revoluciones por minutos.
Velocidad = 60 x (Frecuencia) / (Pares de polos) = 60 x 50 / 1 = 3000 r.p.m.
2.2. Frecuencia de la red
“La frecuencia” es las veces por segundo que la onda eléctrica se repite. Si la frecuencia de la red eléctrica es de 50 hercios. (La onda se repite 50 veces en un segundo)
2.3. Velocidad de giro de la turbina
“La velocidad de giro de la turbina” será igual a la velocidad de giro del generador por la relación en el acoplamiento normalmente es de “2,5”. Esto quiere decir que si el generador gira a 3000 r.p.m. la turbina estará girando a 7500 r.pm.
7500 r.pm. = 3000 r.p.m. X 2,5
Tras llegar a la conclusión de que normalmente la velocidad de giro de una turbina es de “7500 r.p.m.”, la relación del acoplamiento es fija y normalmente será “2,5”, la velocidad de giro del generador (de un par de polos) conectado a la red eléctrica es “3000 r.p.m.” si la frecuencia de la red es de “50 Hz”; debemos entender que cuando el generador está conectado a la red eléctrica da igual que le metamos más o menos vapor a la turbina, la velocidad de la turbina, del generador y la frecuencia de la red son valores solidarios entre si. Su valor es establecido por el elemento más fuerte de los tres que en la mayoría de los casos es la red eléctrica.
Nota: En resumen aunque resulte
curioso da igual que le aportemos más o menos vapor, la turbina en la mayoría
de los casos girará a la velocidad que le marque la red. Si aún no está convencido
de esto no se preocupe usted siga leyendo, este concepto lo podrá entender
mejor en el siguiente artículo “ANALOGÍA ENTRE UN GENERADOR Y LAS PIRÁMIDES DE EGIPTO”
2.4. Lucha de fuerzas
¿Dónde se va la energía?
Como dice el primer principio de la termodinámica “La energía ni se crea ni se destruye solo se transforma.”
¿Cómo se transforma la energía para que de un foco de calor se acabe obteniendo electricidad?
Parte de la energía calorífica acumulada en el combustible (por ejemplo el gas natural) se libera durante la combustión en forma de calor y parte de este calor es absorbido por el agua para transformase en vapor.
Obteniendo así energía termodinámica.
Parte de esta energía termodinámica es aprovechada por la turbina para transformarla en energía mecánica rotativa.
Parte de la energía mecánica provoca la rotación del campo magnético producido por el rotor.
Este campo magnético provoca una tensión en el estator que si está conectado a una carga irá acompañando de una corriente, esta corriente variable en el estator, a su vez provocará un campo magnético también variable / rotativo en el estator que atravesará también el rotor.
Este campo magnético provoca una tensión en el estator que si está conectado a una carga irá acompañando de una corriente, esta corriente variable en el estator, a su vez provocará un campo magnético también variable / rotativo en el estator que atravesará también el rotor.
Es en este último equipo el generador es donde la energía generada sufre su última transformación siendo absorbida por la red eléctrica.
En esta transferencia de energía electro-magnética el rotor lucha empujando el campo generado por el estator. Es importante entender que ambos quieren ir en el mismo sentido de giro, pero al rotor le gustaría ir más rápido e intenta empujar al campo generado por el estator.
Es algo parecido a intentar mover más rápido una piedra muy grande que ya se está moviendo en esa dirección.
Nota: Realmente la energía termodinámica
que disponemos tiene dos focos. El primero la energía aportada por las bombas de agua de alimentación que bombean el agua a la caldera, y
segundo la energía aportada por la caldera que genera un incremento del volumen en
el paso de agua a vapor sobrecalentado. El incremento del volumen provoca un incremento de la
velocidad del fluido. Tanto la presión como la velocidad, serán aprovechadas por la
turbina de vapor para obtener energía mecánica rotativa.
Nota: Antes de continuar, si este artículo ha sido su primera toma de contacto con este tema y ha conseguido entender los conceptos aquí expuestos le diría que por hoy ha aprendido bastante. Pero si se encuentra con fuerzas y tiene superados estos conceptos puede continuar con el siguiente tema. “ANALOGÍA ENTRE UN GENERADOR Y LAS PIRÁMIDES DE EGIPTO” -Pulsar aquí-
Julio César Fernández Losa 21/12/2014
Con la colaboración de Javier Escalonilla 21/08/2015
Con la colaboración de Javier Escalonilla 21/08/2015
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InstrumentacionHoy@gmail.com
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