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ÍNDICE:
1.
PRINCIPIOS BÁSICOS DEL CICLO DE LA TURBINA DE
VAPOR.
2.
ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL CICLO AGUA-VAPOR.
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PRINCIPIOS
BÁSICOS DEL CICLO DE LA TURBINA DE
VAPOR.
El ciclo de las turbinas de vapor corresponde al ciclo de Ranking y es
la aplicación tecnológica del ciclo de Carnot
para el caso de que el fluido
motor sea un fluido condensable y durante su evolución se
produzcan cambios de
fase. De forma simplificada, y para el ciclo básico, la
evolución del fluido
sigue las siguientes etapas:
1)
Una
etapa de expansión del fluido en fase vapor, realizada en
una
máquina térmica denominada turbina de vapor y lo
más isentrópica posible.
2)
A
la salida de la turbina de vapor, una cesión de calor
residual del
vapor a presión constante en un dispositivo llamado
condensador. En este
dispositivo se realiza la condensación total del mismo y su
paso a fase
líquida.
3)
Una
o varias etapas de elevación de la presión del
fluido. El proceso se
realiza con el fluido en fase líquida, con bombas y fuera de
la zona de cambio
de fase. Ésta es una de las principales diferencias con el
ciclo de Carnot ya
que, en sentido estricto, para obtener la máxima eficiencia
sería necesario
realizar la compresión de un fluido bifásico, con
la dificultad tecnológica que
ello conlleva.
4)
Una
etapa de aportación de calor a presión constante,
que en los ciclos
combinados se hace en la caldera de recuperación de calor
por los gases de
escape de la turbina de gas. El fluido realiza una etapa de
calentamiento
previo en fase líquida, un proceso de cambio de fase y una
elevación posterior
de la temperatura del vapor en lo que se denomina sobrecalentador,
motivada por
la necesidad de disminuir la humedad en el vapor en las
últimas etapas de
expansión de la turbina. Esto último constituye
la segunda particularidad del
ciclo de Ranking y otra diferencia fundamental con el ciclo de Carnot.
Figura
1.
Ciclo básico de una turbina
de vapor.
El
fluido motor empleado suele ser agua desmineralizada,
fundamentalmente por su facilidad de manejo, reposición y
abundancia, aunque
conceptualmente no es el único y podrían
emplearse otros fluidos tales como
mercurio o fluidos orgánicos.
2.
ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL CICLO AGUA-VAPOR.
A continuación se detalla el recorrido del agua-vapor una
vez sale de la
turbina de vapor hasta que vuelve a entrar a la caldera de
recuperación de
calor, detallando por los elemento donde circula y lo que realiza en
ellos.
Los
pasos que sigue el fluido en esta parte son
los siguientes, podemos guiarnos por la
figura 2:
Figura
2.
Esquema del funcionamiento del Ciclo Agua-Vapor
1
Condensador
(9):
Es un intercambiador de
calor formado por multitud de tubos, a través de los cuales
circula el fluido
refrigerante normalmente agua, su función es condensar el
vapor que sale de la
turbina de vapor, también se aprovecha en este punto para
eliminar gases
incondesables y nocivos ya que algunos son
muy corrosivos como el oxígeno, se
eliminan por métodos físico o químicos
como la hidracina. Los tubos del
condensador deben estar especialmente preparados ya que van a trabajar
en unas
condiciones muy duras, donde se producirán
depósitos que podrían atascarlos o
reducir sus propiedades para el intercambio térmico,
también están expuestos a
agentes biológicos. Los tubos deben estar firmemente fijados
para poder
resistir las vibraciones provocadas por las vibraciones que provocan
las altas
velocidades del vapor al entrar en el intercambiador.
2
Bombas
de condensado (13):
son las
encargadas de enviar el agua condensada en el condensador al
depósito de agua
de alimentación.
3
Tanque
de alimentación y Desgasificador (11):
Es el depósito donde almacenamos el agua de
alimentación que ira a la
caldera para convertirse en vapor y después ser conducido a
la turbina de gas.
El tanque también puede llevar acoplado un desgasificador ya
que aprovechamos
para eliminar los restos de oxígeno que no hemos podido
quitar en el
condensador, para eliminar el oxígeno calentamos el agua que
hay en el depósito
por medio de vapor que ha sido extraído de la turbina de
vapor.
4
Bombas
de alimentación (12):
son las
encargadas de enviar el agua desde el tanque de alimentación
al economizador,
para que así vuelva a empezar el ciclo.
Normalmente
en los ciclos combinados hay tres etapas de expansión en el
lado de la turbina de vapor, están son de alta, media y baja
presión, a
continuación se pueden ver en la figura 3.
Figura
3.
Ejemplo típico de un ciclo combinado.
En
este sistema hay 3 turbinas de vapor para cada uno de los niveles de
presión y 3 calderines, con sus correspondientes sistemas de
bombeo y
calentamiento, existiendo un solo tanque de alimentación
desgasificador donde
van a parar todos los condensados de las turbinas.
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