CONOCIMIENTOS BÁSICOS CENTRALES DE VAPOR...CONOCIMIENTOS BÁSICOS Las centrales de vapor adoptan un...
1
CONOCIMIENTOS BÁSICOS Las centrales de vapor adoptan un papel clave en el suministro de energía eléctrica. Con ello, el ciclo de vapor de Rankine sigue siendo hoy en día uno de los ciclos industriales utilizados más importante. Mediante optimizaciones de proceso ha podido aumen- tarse la eficiencia de la producción de energía eléctrica en los últimos años continuamente. Hoy en día se logra una eficiencia total aprox. de un 45%. Por tanto, el ciclo de vapor representa un papel sumamente importante también en la formación de los ingenieros. Con las centrales de vapor GUNT para el funciona- miento experimental se puede transmitir desde la práctica este importante campo en el estudio técnico. Con ellas se puede estudiar y comprender el compor- tamiento de las centrales de vapor bajo diversas condiciones de funcionamiento. Mediante la utilización de componentes reales también se pueden aprender aspectos como el mantenimiento, la reparación y las técnicas de medición, control y regulación. A caldera de vapor, B sobrecalentador, C turbina/ generador, D condensador, E bomba de condensado, F precalentador, G bomba de agua de alimentación Ciclo de Rankine representado en el diagrama T-s El ciclo de vapor más sencillo consta de cuatro cambios de estado: 1–2: El agua líquida bajo presión se evapora mediante la alimentación de calor en una caldera de vapor. 2–4: El vapor se expande en la turbina bajo el suministro de trabajo mecánico. En una central se transforma la energía mecánica a través de un generador en energía eléctrica. 4–5: El vapor expandido se condensa en agua mediante la cesión de calor en el conden- sador. 5–1: El agua se presuriza a través de una bomba de alimentación y se vuelve a suministrar a la caldera de vapor. El proceso parece más complicado en la realidad. Para aumentar la eficiencia se intenta lograr una temperatura del vapor de la turbina lo más alta posible. Para ello se sobrecalienta el vapor en un sobrecalentador (2–3). Se puede ahorrar energía mediante el precalentamiento del agua de alimen- tación (5–6). Para el precalentamiento se utiliza vapor de distintos niveles de presión del ciclo. En este ejemplo se utiliza una parte del vapor saturado directamente después de la caldera. En las centrales de vapor grandes, GUNT instala una turbina de vapor industrial típica, tal y como se representa en la parte superior. Se trata de una turbina de acción con una turbina Curtis de dos etapas. La energía de presión del vapor se transforma totalmente así en energía cinética en las toberas fijas (1). La energía cinética del vapor se transforma mediante una desviación doble en el rodete (2) en trabajo mecánico. El eje de rodete (3) con el rodete en el medio está colocado sobre dos rodamientos (4). La turbina dispone de un regulador de revoluciones (5), que controla la alimentación de vapor mediante una válvula de mariposa (6). La turbina está destinada al acciona- miento directo de las bombas y generadores y no tiene engranajes. El ciclo de vapor se puede representar claramente en el diagrama T-s. La temperatura T se traza sobre la entropía s. Las superficies formadas en el diagrama se interpretan del siguiente modo: mientras que la superficie azul corresponde al calor perdido, desprendido a través del condensador, la superficie naranja se refiere a la energía útil en la turbina. Con la optimización del ciclo se trata de maximizar la superficie naranja y reducir la azul. La condensación (4–5) debería realizarse con la temperatura más baja posible. Por otro lado, para la evaporación (1–2) se requiere una temperatura lo más alta posible. Esto supone una presión alta. El sobrecalentamiento (2–3) debe ser lo más alto posible desde el punto de vista técnico. CENTRALES DE VAPOR 111 CENTRALES DE VAPOR MÁQUINAS Y MOTORES TÉRMICOS 3 2 1 A B D E F G C 6 5 4 4 5 2 5 1 2 3 4 1 Q in Q out W out W in 6 5 3 1 2 4
Transcript of CONOCIMIENTOS BÁSICOS CENTRALES DE VAPOR...CONOCIMIENTOS BÁSICOS Las centrales de vapor adoptan un...
CONOCIMIENTOS BÁSICOS
Las centrales de vapor adoptan un papel clave en el suministro de energía eléctrica. Con ello, el ciclo de vapor de Rankine sigue siendo hoy en día uno de los ciclos industriales utilizados más importante.
Mediante optimizaciones de proceso ha podido aumen-tarse la eficiencia de la producción de energía eléctrica en los últimos años continuamente. Hoy en día se logra una eficiencia total aprox. de un 45%. Por tanto, el ciclo de vapor representa un papel sumamente importante también en la formación de los ingenieros.
Con las centrales de vapor GUNT para el funciona-miento experimental se puede transmitir desde la práctica este importante campo en el estudio técnico. Con ellas se puede estudiar y comprender el compor-tamiento de las centrales de vapor bajo diversas condiciones de funcionamiento. Mediante la utilización de componentes reales también se pueden aprender aspectos como el mantenimiento, la reparación y las técnicas de medición, control y regulación.
A caldera de vapor, B sobrecalentador, C turbina/generador, D condensador, E bomba de condensado, F precalentador, G bomba de agua de alimentación
Ciclo de Rankine representado en el diagrama T-sEl ciclo de vapor más sencillo consta de cuatro
cambios de estado:
1–2: El agua líquida bajo presión se evapora mediante la alimentación de calor en una caldera de vapor.
2–4: El vapor se expande en la turbina bajo el suministro de trabajo mecánico. En una central se transforma la energía mecánica a través de un generador en energía eléctrica.
4–5: El vapor expandido se condensa en agua mediante la cesión de calor en el conden- sador.
5–1: El agua se presuriza a través de una bomba de alimentación y se vuelve a suministrar a la caldera de vapor.
El proceso parece más complicado en la realidad. Para aumentar la eficiencia se intenta lograr una temperatura del vapor de la turbina lo más alta posible. Para ello se sobrecalienta el vapor en un sobrecalentador (2–3). Se puede ahorrar energía mediante el precalentamiento del agua de alimen-tación (5–6). Para el precalentamiento se utiliza vapor de distintos niveles de presión del ciclo. En este ejemplo se utiliza una parte del vapor saturado directamente después de la caldera.
En las centrales de vapor grandes, GUNT instala una turbina de vapor industrial típica, tal y como se representa en la parte superior. Se trata de una turbina de acción con una turbina Curtis de dos etapas. La energía de presión del vapor se transforma totalmente así en energía cinética en las toberas fijas (1). La energía cinética del vapor se transforma mediante una desviación doble en el rodete (2) en trabajo mecánico. El eje de rodete (3) con el rodete
en el medio está colocado sobre dos rodamientos (4). La turbina dispone de un regulador de revoluciones (5), que controla la alimentación de vapor mediante una válvula de mariposa (6). La turbina está destinada al acciona-miento directo de las bombas y generadores y no tiene engranajes.
El ciclo de vapor se puede representar claramente en el diagrama T-s. La temperatura T se traza sobre la entropía s. Las superficies formadas en el diagrama se interpretan del siguiente modo: mientras que la superficie azul corresponde al calor perdido, desprendido a través del condensador, la superficie naranja se refiere a la energía útil en la turbina. Con la optimización del ciclo se trata de maximizar la superficie naranja y reducir la azul. La condensación (4–5) debería realizarse con la temperatura más baja posible. Por otro lado, para la evaporación (1–2) se requiere una temperatura lo más alta posible. Esto supone una presión alta. El sobrecalentamiento (2–3) debe ser lo más alto posible desde el punto de vista técnico.
CENTRALES DE VAPOR
111
CENTRALES DE VAPOR MÁQUINAS Y MOTORES TÉRMICOS
3
2
1
A
B D
E
F
G
C
6
5
4
4
5
2
5
1 2
3
4
1
Qin Qout
Wout
Win
6
5 3
1 2
4
