Por Santiago García Garrido
Director Técnico de RENOVETEC



Este artículo pertenece al manual del curso CICLO AGUA-VAPOR EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS, publicado por RENOVETEC. Infórmate del curso en www.renovetec.com, en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. o en el teléfono 91 126 37 66.


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Se denomina ciclo agua-vapor al conjunto de equipos, tuberías  y elementos encargados de la conducción del agua y el vapor entre el generador de vapor hasta la turbina de vapor y viceversa.

 

La función del ciclo agua vapor es pues transportar energía en forma de potencial (vapor a una cierta presión y temperatura) desde el lugar donde se genera y donde aumenta su nivel energético hasta la máquina consumidora de esa energía, la turbina de vapor. La transformación de la energía potencial contenida en el vapor en energía mecánica rotativa supone la fuente de generación de más del 60% de la energía eléctrica que se consume en el mundo.

La utilización del agua como fluido caloportador se basa entre otras razones, en que es un fluido barato, abundante y perfectamente conocido, de forma que es posible controlar perfectamente su temperatura y presión. Los principales inconvenientes están en las altas presiones necesarias para el manejo de vapor a alta temperatura y el estricto control químico a que es necesario someterlo para evitar corrosiones e incrustaciones en los metales que componen los equipos del ciclo agua-vapor.

La necesidad de condensación del vapor una vez utilizado para convertirlo de nuevo en agua está motivado principalmente por dos razones:

  • La disminución de presión en el condensador que origina la condensación, y que hace aumentar el salto de presión entre la entrada y la salida de la turbina
  • La necesidad de aumentar la presión del vapor nuevamente. El aumento de presión es más económico en forma de agua líquida.
EL VAPOR DE AGUA EN LA INDUSTRIA

El vapor es uno de los fluidos más comúnmente utilizados para calentar equipos o instalaciones en cualquier tipo de industria: química, petroquímica, alimentación, farmacéutica, en procesos de como el de producción de papel, lavandería, humidificación y en todos aquellos procesos en los que se requiera transportar calor a cortas distancias. 

Las razones por las que se usa vapor como fluido transportador de energía son las siguientes: 

  • La producción de vapor es un proceso sencillo: basta calentarlo por cualquier medio. Para obtener vapor a presión basta añadir una válvula que limite el caudal de salida, de forma que la cantidad de vapor generado sea menor que el vapor que deja la caldera.
  • No necesita bombas para ser transportado desde el generador de vapor en adelante.
  • No es combustible, y por lo tanto, tiene peligro de incendio.
  • Es un fluido muy conocido y mediante válvulas es posible controlar de forma muy precisa la presión y la temperatura en cualquier punto de la instalación.
  • A alta presión almacena gran cantidad de energía en forma de energía potencial, que puede transformarse con facilidad en energía cinética primero y en energía mecánica después. Ese potencial energético puede ser utilizado para producir trabajo en turbinas (producir energía eléctrica) o bombas (producir energía mecánica).
  • El vapor tiene un elevado calor específico. El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (un Kelvin o un grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial.
Como el calor específico varia con la presión y con la temperatura, habitualmente se prefiere el empleo de la entalpía del vapor para realizar cálculos termodinámicos. La entalpia se define como la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno, su unidad más habitual es el KJ/Kg y se representa por la letra H. La entalpía del vapor puede encontrarse fácilmente en tablas. Teniendo en cuenta que la entalpía del vapor a 314 ºC es de 2.718,98 KJ/Kg, y la del vapor a 380 ºC es de 3029,12 KJ/Kg, es posible calcular fácilmente cuanta energía (KJ) es necesaria para elevar una determinada masa o caudal de vapor desde una temperatura a la otra. Si quisiéramos elevar un caudal de 54 Kg/s de vapor a 314 ºC hasta 380 ºC sería necesario el siguiente flujo de energía:

Flujo de Energía (KJ/s) = 54 x (3.029,14—2.718,98) = 16.913 KJ/s 

O lo que es lo mismo, teniendo en cuenta que KJ/s = KW x s /s = KW, el sobrecalentador de vapor debería tener una potencia térmica de 16.900 KW. 

  • Tiene un excelente coeficiente de transferencia térmica (2,3 a 2,9 kW/m² °C). O sea, resulta fácil que el vapor ceda el calor que transporta en un punto más frío.
  • Mediante los equipos necesarios puede ser utilizado para producir vacío. 



INDICE COMPLETO DEL CURSO CICLO AGUA-VAPOR EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

EL VAPOR COMO FLUIDO CALOPORTADOR
  • El vapor en la industria
  • Calor sensible y calor latente 
  • Tipos de vapor
    • Vapor saturado
    • Vapor sobrecalentado 
    • Vapor recalentado 
EL CICLO RANKINE 
  • Procesos del ciclo rankine 
  • Conceptos básicos de termodinámica 
    • Diagrama termodinámicos 
    • Diagrama presión temperatura 
    • Diagrama temperatura-volumen específico 
    • Diagrama presión-volumen específico
    • Diagrama P-V-T tridimensional 
    • Diagrama temperatura-entropía 
    • Diagrama entalpía-entropía 
  • Entropía, energía y temperatura en un ciclo rankine 
  • Diagrama t-s del ciclo rankine 
    • Ciclo Rankine simple 
    • Sobrecalentamiento
    • Recalentamiento 
    • Regeneración
    • Pérdidas 
  • Ciclo rankine completo 
  • Ciclo rankine en una central termosolar ccp 
EL CICLO AGUA-VAPOR EN CENTRALES TERMOSOLARES 
  • Esquema general del ciclo agua-vapor 
  • El inicio del ciclo: el condensado 
  • El tanque de agua de alimentación 
  • Las bombas de agua de alimentación 
  • El tren de generación de vapor 
  • Válvulas de bypass 
  • Turbina de vapor de alta presión 
  • Circuito de baja presión: el recalentador 
  • La turbina de vapor de baja presión 
  • El condensador
  • Resumen de los principales equipos del ciclo agua-vapor
EL CONDENSADOR
  • La función del condensador
  • Tipos de condensadores 
  • Principales partes del condensador 
  • La ubicación del condensador 
  • El sistema de limpieza en continuo del condensador 
  • El aporte de agua al condensador 
  • El sistema de vacío 
    • Bombas de anillo líquido 
    • Eyectores 
EL CIRCUITO DE CONDENSADO 
  • El sistema de condensado 
  • Las bombas de condensado 
  • Filtros 
  • El condensador del vapor de sellos 
    • La función del condensador del vapor de sellos 
    • La necesidad del vapor de sellos 
  • Los precalentadores de baja presión 
  • Precalentadores de alta presión 
  • Otros consumidores de condensado 
EL TANQUE DE AGUA DE ALIMENTACIÓN
  • La función del tanque de agua de alimentación 
  • Principales elementos del tanque de agua de alimentación 
  • El desaireador o desgasificador 
  • Entradas y salidas del tanque de agua de alimentación
BOMBAS DE ALIMENTACIÓN DE ALTA PRESIÓN 
  • Función de las bombas de alta presión 
  • Tipo de bomba 
  • Tipo de motor 
  • Parámetros característicos 
    • Caudal 
    • NPSH requerido 
    • Tipo de bomba 
    • Nº de etapas 
    • Tipo de motor 
    • Tensión de alimentación 
    • Tipo de regulación 
    • Tipo de cierre 
    • Potencia eléctrica o potencia térmica 
    • Potencia hidráulica 
    • Altura manométrica, o presión en la descarga 
    • Rendimiento o eficiencia 
    • Curva característica 
  • Configuración 
EL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR 
  • El ciclo rankine 
  • Equipos que forman parte del tren de generación de vapor
  • Configuración del tren de generación de vapor 
  • Reparto de fluido 
  • El economizador 
  • Evaporador 
  • El sobrecalentador 
  • Recalentador 
  • Visión general del tren de generación de vapor 
VÁLVULAS DE BY-PASS DE TURBINA 
  • La función de la válvula de bypass
  • Partes de un conjunto by-pass 
    • Válvula de corte 
    • Actuador hidráulico de la válvula de regulación 
    • Tubería de entrada de vapor 
    • Vástago 
    • Obturador 
    • Asiento 
    • Laberintos 
    • Válvula de control de  agua de atemperación 
    • Atemperadores 
    • Tubería de salida 
    • Dump tube 
    • Drenajes 
    • Grupo hidráulico 
    • Instrumentación 
  • Parámetros característicos de una válvula de by-pass
  • Funcionamiento en modo bypass en transitorios
    • El by-pass durante el arranque frío 
    • El bypass durante el arranque templado 
    • El by-pass durante el arranque caliente 
    • Rechazo de carga y rearranque rápido
    • Parada de emergencia de la turbina 
    • Bajada rápida de carga 
  • Lazos de control de presión y temperatura 
    • Control de presión de by-pass de turbina de alta presión 
    • Control de temperatura de atemperación de by-pass A.P. 
    • Control de presión de by-pass de turbina de baja presión 
    • Control de temperatura de atemperación de by-pass B.P. 
INSTRUMENTACIÓN DEL CICLO AGUA-VAPOR 
  • Mediciones de temperatura 
  • Mediciones de presión 
  • Mediciones de caudal 
  • Medición de nivel 
  • Medición de variables químicas 
  • La importancia de la calibración periódica 
EL CONTROL DEL CICLO AGUA-VAPOR 
  • El sistema de control 
  • La arquitectura del sistema y el prot. De comunicación 
  • Alarmas y disparos 
  • El lazo de control del evaporador 
  • Lazo de nivel del tanque de agua de alimentación 
  • Lazo de control de nivel del condensador 
  • Lazo de los by-pass de la turbina de alta y baja presión 
  • Control de presión de la línea de vapor sobrecalentado
  • Control de presión deslizante 
  • Control por potencia en el generador 
  • Lazo de temperatura de vapor sobrecalentado 
  • Control de conductividad del evaporador 
  • Otros lazos 
SISTEMAS AUXILIARES (BOP) 
  • Sistema de refrigeración principal 
    • Circuito abierto 
    • Circuito semiabierto con torre de refrigeración 
    • Circuito cerrado, con aerocondensador 
  • Sistema de refrigeración de equipos 
  • Planta de tratamiento de agua (pta) 
  • Planta de tratamiento de efluentes 
  • Sistema de aire comprimido 
  • Sistema contraincendios 

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