PLANTAS DE FUERZA DE VAPOR

Son instalaciones trmicas donde se transforma la energa en forma de calor en trabajo

Combustibles que usan?Los combustibles mas comnmente usados son:Combustibles slidos:Carbn de piedraCarboncilloLeaBasuras o desperdicio domesticoCombustibles lquidos:PetrleoKerosnAlquitrn combustibleCombustibles gaseososGas licuado de petrleoGas de alumbrado de carbnComponentes principalesLa flecha superior indica la excitatriz

BA Bomba de Alimentacin de CalderaBC Bomba de CondensadoBE Bomba de Enfriamiento o de CirculacinVTF Ventilador de Tiro ForzadoVTI Ventilador de Tiro Inducido

Descripcin de los componentes teniendo en cuenta caractersticas principalesCALDERA: Cubierta exterior de lminas y perfiles metlicos autosoportados, con paredes interiores hechas de ladrillos refractarios, sobre las que se colocan las tuberas, las que terminan en cabezales comunes que se conectan al tanque de evaporacin. Dependiendo del combustible empleado y del patrn de combustin, se ajusta la geometra de la caldera.El aire tomado de la atmsfera por el ventilador de tiro inducido., frecuentemente es precalentado, para recuperar parte de la energa trmica que se escapa por la chimenea.

Para mejorar el flujo de los gases en combustin y aumentar la transferencia de calor a los tubos evaporadores, las calderas se dotan de ventiladores de tiro inducido, que succionan los gases y los envan a la chimenea. Debido a las altas temperaturas y presencia de elementos extraos en el combustible, los tubos de la caldera deben ser revisados y limpiados peridicamente. Los residuos de la combustin y el producto de la limpieza de los tubos constituyen elementos contaminantes cuyo destino puede crear serios problemas. Los gases que se devuelven a la atmsfera, tambin deben ser motivo de especial atencin por su contenido de CO2, azufre y otros contaminantes.

Dependiendo de la instalacin y de los objetivos que tenga, es posible que varias calderas se conecten a un cabezal comn, al cual se conecten a la vez varios turbogeneradores. Eso tiene la ventaja de que cuando se pierde un elemento operativo (turbogenerador o caldera) los restantes equipos pueden redistribuirse la demanda. La ms frecuente prctica actual es tener unidades independientes.

Para mejorar la eficiencia trmica de la plantas, se recalienta el vapor antes llevarlo a la turbina.

Es fundamental mantener el nivel indicado de agua en las calderas, as como tambin someter el agua a un tratamiento adecuado.

TURBINA: La turbina convierte la energa trmica del vapor en energa mecnica que impulsa el generador. El vapor se expande progresivamente a medida que pasa por las varias etapas de la turbina y se pueden realizar varias extracciones de vapor, bien sea utilizndolo para aumentar la temperatura del agua que se inyecta a la caldera, bien sea para llevarlo de nuevo a la caldera para aumentar su temperatura y volumen antes de pasarlo por la siguiente etapa de la turbina.

En el diagrama se muestra la turbina dentro de un solo envoltorio o carcasa, en la prctica puede darse el caso que las diferentes etapas de la turbina se instalen en carcasas diferentes, aunque mantengan un eje comn, que comparten con el generador.

CONDENSADOR: En la etapa final de su recorrido el vapor es llevado a presiones por debajo de la presin atmosfrica, para lo cual es necesario mantener un vaco a la salida de la turbina. En esas condiciones el vapor pasa por el condensador, donde un conjunto de tubos por cuyo interior circula agua a baja temperatura, lo que produce su condensacin. Obtener agua de la temperatura y cantidades adecuadas es un factor determinante para definir la ubicacin de una planta. Por cuanto el proceso de condensacin eleva la temperatura del agua utilizada para el enfriamiento, es preciso tomar las previsiones del caso para evitar la recirculacin de dicha agua. Junto con los gases de escape de la caldera, la contaminacin trmica derivada de la condensacin del vapor es un problema ambiental importante.

Pese a las previsiones que se toman para preservar los sellos del circuito vapor/condensado, dados los volmenes que se manejan se producen prdidas cuantiosas de agua y vapor, las cuales es necesario reponer adems de reponer el agua, las plantas requieren un cuidadoso tratamiento de aguas.

La(s) bomba(s) de alimentacin son otro componente fundamental y con frecuencia se instalan duplicadas o tres unidades de 50% de capacidad c/u. Frecuentemente son movidas por turbinas de vapor.

CONSIDERACION FUNDAMENTALUna termoelctrica de vapor, est compuesta por un variado y numeroso conjunto de subsistemas, cada uno de los cuales maneja similares, pero caractersticos procesos de conversin energtica, tanto en equipos fijos con constante movimiento de fluidos, como es el caso de los intercambiadores de calor (caldera, condensador), como en equipos rotativos donde ocurre generalmente una doble conversin: hidromecnica y electro-mecnica. Incluyndose dentro del concepto hidromecnico, el fluido de gases de combustin impulsado por los ventiladores, as como el fluido de lubricantes lquidos impulsado por bombas.Principio de funcionamiento

CICLOS DE POTENCIA DE VAPOREl vapor es el fluido de trabajo ms empleado en los ciclos de potencia de vapor gracias a sus numerosas ventajas, como bajo costo, disponibilidad y alta entalpa de vaporizacin. Otros fluidos de trabajo incluyen al sodio, el potasio y el mercurio en aplicaciones de alta temperatura. El objetivo principal de una planta de potencia de vapor es producir energa elctrica. El ciclo de Carnot no es un modelo adecuado para los ciclos de potencia de vapor porque no se puede alcanzar en la prctica. El ciclo modelo para los ciclos de potencia de vapor es el ciclo Rankine.EL CICLO RANKINE El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las plantas de potencia de vapor. El ciclo ideal Rankine, Figura 2.28, no incluye ninguna irreversibilidad interna y est compuesto por los siguientes cuatro procesos reversibles:ANLISIS DE ENERGA DEL CICLO IDEAL RANKINE

Los componentes del ciclo Rankine (bomba, caldera, turbina y condensador) son dispositivos de flujo estacionario. Los cambios en la energa cintica y potencial del vapor suelen ser pequeos respecto de los trminos de trabajo y de transferencia de calor y, por consiguiente, casi siempre se ignoran. Por lo tanto, se aplican las ecuaciones 2.62 y 2.63 que corresponden a la ecuacin de conservacin de la masa y a la de conservacin de la energa para flujo estacionario.

CICLO DE POTENCIA DE VAPOR REAL

En el ciclo real se consideran las irreversibilidades en diversos componentes. La friccin del fluido y las prdidas de calor indeseables hacia los alrededores son las dos fuentes ms comunes de irreversibilidades. De particular importancia son las irreversibilidades que suceden dentro de la bomba y la turbina. Una bomba requiere una entrada de trabajo mayor, y una turbina produce una salida de trabajo ms pequea como consecuencia de las irreversibilidades. En condiciones ideales, el flujo por estos dispositivos es isoentrpico. La desviacin de las bombas y turbinas reales de las isoentrpicas se compensa exactamente empleando eficiencias adiabticas, definidasLA EFICIENCIA TRMICA DEL CICLO Es la eficiencia para una mquina trmica

INCREMENTO DE LA EFICIENCIA DEL CICLO RANKINE

La eficiencia trmica del ciclo Rankine se incrementa elevando la temperatura promedio a la cual se aade calor al fluido de trabajo y/o disminuyendo la temperatura promedio a la cual se rechaza el calor hacia el medio de enfriamiento, como un lago o un ro. La temperatura promedio durante el rechazo de calor se reduce bajando la presin de salida de la turbina. En consecuencia, la presin del condensador esta bastante por debajo de la presin atmosfrica es decir corresponde a presin de vaco. La temperatura promedio durante la adicin de calor se incrementa elevando la presin de la caldera o sobrecalentando el fluido altas temperaturas. Sin embargo, hay un lmite para el grado de sobrecalentamiento, puesto que no se permite que la temperatura del fluido exceda un valor metalrgicamente seguro.

CICLO IDEAL RANKINE CON RECALENTAMIENTO

El sobrecalentamiento tiene la ventaja adicional de disminuir el contenido de humedad del vapor a la salida de la turbina. Sin embargo, al disminuir la presin de escape o elevar la presin de la caldera se aumenta el contenido de humedad. Para aprovechar las mejores eficiencias a presiones ms altas en la caldera y presiones menores en el condensador, el vapor suele recalentarse despus de que se expande parcialmente en la turbina de alta presin, como nuestra la Figura 2.30. Esto se logra recalentando el vapor nuevamente en la caldera, despus de haberse expandido en la turbina de alta presin. El vapor recalentado sale de la caldera y se expande en la turbina de baja presin hasta la presin del condensador. El recalentamiento disminuye el contenido de humedad a la salida de la turbina.

CICLO IDEAL RANKINE CON REGENERACION

Otra manera de aumentar la eficiencia trmica del ciclo Rankine es por medio de la regeneracin. Durante un proceso de este tipo, el agua lquida (agua de alimentacin) que sale de la bomba se calienta mediante algo de vapor extrado de la turbina a cierta presin intermedia en dispositivos denominados calentadores de agua de alimentacin. Figura 2.31. Las dos corrientes se mezclan en calentadores de agua de alimentacin abiertos, y la mezcla sale como un lquido saturado a la presin del calentador. En calentadores de agua de alimentacin cerrados, el calor se transfiere del vapor al agua de alimentacin sin mezcla. Por tanto, un calentador de agua de alimentacin abierto es, en esencia, una cmara de mezcla, y un calentador de agua de alimentacin cerrado es un intercambiador de calor.