TURBINAS DE CONDENSACION: Son la de mayor tamaño, utilizadas en centrales térmicas. La presión de descarga puede ser inferior a la atmosférica debido a la condensación del vapor de salida. Las turbinas de condensación se encuentran comúnmente en plantas de potencia eléctrica. Estas turbinas expelen vapor en estado parcialmente saturado, generalmente con calidad mayor al 90% a una presión bastante inferior a la atmosférica hacia un condensador. En la turbina de extracción/ condensación, una parte del vapor puede extraerse en uno o varios puntos de la turbina antes de la salida al condensador, obteniendo así, vapor al proceso a varias presiones, mientras que el resto del vapor se expande hasta la salida al condensador. 1. ¿Qué es una central térmica de ciclo combinado? La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad mediante la utilización conjunta de dos turbinas: Un turbogrupo de gas Un turbogrupo de vapor Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se superponen dos ciclos: El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la atmósfera y se somete a un calentamiento y compresión para aprovecharlo como energía mecánica o eléctrica. El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo o creación de energía a partir de vapor de agua. Central Térmica de Ciclo Combinado de Fuerteventura, Canarias 2. Ventajas del Ciclo Combinado Las características principales de las centrales térmicas de ciclo combinado son: Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales, hasta un mínimo de aproximadamente el 45% de la potencia máxima. Eficiencia elevada. El ciclo combinado proporciona mayor eficiencia por un margen más amplio de potencias. Una térmica convencional difícilmente supera un 30% de rendimiento, mientras que las de ciclo combinado pueden alcanzar el 55%. Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas convencionales. Coste de inversión bajo por MW instalado. Periodos de construcción cortos. Menor superficie por MW instalado si lo comparamos con las centrales termoeléctricas convencionales (lo que reduce el impacto visual). Bajo consumo de agua de refrigeración. Ahorro energético en forma de combustible. Centrales Térmicas de Gas Natural FUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS En vez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calienta utilizando diversos combustibles (gas, petróleo o diésel). El resultado de ésta combustión es que gases a altas temperaturas movilizan la turbina, y su energía cinética es transformada en electricidad por un generador. El uso de gas en las centrales térmicas, además de reducir el impacto ambiental, mejora la eficiencia energética. Menores costos de la energía empleada en el proceso de fabricación y menores emisiones de CO2 y otros contaminantes a la atmósfera. La eficiencia de éstas no supera el 35%. Las centrales de ciclo combinado de gas natural son mucho más eficientes (alcanzan el 50%) que una termoeléctrica convencional, aumentando la energía eléctrica generada (y por tanto, las ganancias) con la misma cantidad de combustible, y rebajando las emisiones citadas más arriba en un 20%, 0,35 kg de CO2, por kWh producido. Turbina K-500-240 = 500MW – 240 Bar (presión absoluta) Turbinas de vapor para las centrales nucleares El K-1000-60/3000-2 turbina (NPP "Kudankulam" en la India) está pensado para trabajar en conjunción operación con y reactor moderado por agua de 3.000 MW refrigerado por agua. Normalmente son motores de dos ejes, uno para la turbina de gas y otro para el ventilador
El control de temperatura de la turbina se basa en un sistema de temperatura (TC ), que es determinada por la obtención de la temperatura de salida de la turbina (CDC) con 12 termopares o termocuplas conectados en paralelo y la conversión de este promedio. En este tipo de motores la fuerza impulsora o empuje se obtiene por la cantidad de movimiento. Al lanzar grandes volúmenes de aire hacia atrás a gran velocidad, se produce una reacción que impulsa la aeronave hacia adelante. En el caso de los aviones militares, el empuje proviene prácticamente en su totalidad de los gases de escape.
Se necesita un elevado número de escalones porque la relación de compresión es alta, y se necesita elevar la presión de salida. En este esquema se observan las tres partes de una central nuclear tipo: Circuito Primario, (Edificio del Reactor) Circuito Secundario, (Generación de electricidad) Circuito de Refrigeración Circuito Primario El circuito primario es estanco y está formado por la vasija del reactor que contiene el núcleo, el presionador y tres lazos. Cada uno incorpora un generador de vapor y una bomba principal. El agua desmineralizada que circula por su interior toma el calor producido en el reactor por la fisión nuclear y lo transporta hasta el generador de vapor. En él, un segundo flujo de agua independiente del primero, absorbe el calor a través de su contacto exterior con las tuberías por las que circula el agua desmineralizada del circuito primario. Por fin, dicho fluido retorna a la vasija del reactor tras ser impulsado por las bombas principales. El reactor y su circuito de refrigeración están contenidos dentro de un recinto hermético y estanco, llamado "Contención" consistente en una estructura esférica de acero de 53 m de diámetro, construida mediante planchas de acero soldadas de 40 mm de espesor y que se soporta sobre una estructura de hormigón en forma de cáliz que se apoya sobre la losa de cimentación de 3'5 m de espesor. La Contención está ubicada en el interior de un segundo edificio, también de hormigón y cuyas paredes exteriores tienen un espesor de 60 cm, llamado edificio del Anillo del Reactor. Este tiene forma cilíndrica y está rematado por una cúpula semiesférica, que sirve de blindaje biológico. El funcionamiento del circuito primario se complementa con la presencia de una serie de sistemas auxiliares que aseguran el control de volumen, purificación y desgasificación del refrigerante. La salida al exterior tanto de la radiación como de productos radiactivos es imposible por tres barreras físicas, asegurando cada una de ellas, que la hipotética rotura de una barrera sea soportada por la siguiente. Circuito Secundario. La Generación de Electricidad En el circuito secundario, el vapor producido en los generadores se conduce al foco fr ío o condensador, a través de la turbina que transforma la energía térmica (calor) en energía mecánica. La rotación de los álabes de la turbina acciona directamente el alternador de la central y produce energía eléctrica. El vapor de agua que sale de la turbina pasa a estado líquido en el condensador, retornando, mediante el concurso de las bombas de condensado, al generador de vapor para reiniciar el ciclo. El sistema de refrigeración Mediante un caudal de agua de 44 .600 kg/s aportado por un tercer circuito semiabierto, denominado "Sistema de Circulación", se realiza la refrigeración del condensador. Este sistema consta de dos torres de refrigeración de tiro natural, un canal de recogida del agua y las correspondientes bombas de impulsión para la refrigeración del condensador y elevación del agua a las torres. El caudal de agua evaporado por la torre es restituido a partir de la toma de agua en un azud de un río próximo.
Turbinas Las viejas máquinas de vapor han ido dando paso a las turbinas por su durabilidad, seguridad, relativa simplicidad y mayor eficiencia. En la turbina, un chorro de vapor de agua a elevada presión y temperatura, se hace incidir de manera adecuada sobre una hélice con álabes de sección apropiada. Durante el paso del vapor entre los álabes de la hélice, este se expande y enfría entregando la energía y empujando los álabes para hacer girar la hélice colocada sobre el eje de salida de la turbina. El dibujo de la izquierda (figura 3) representa de manera esquemática como funciona la turbina. El chorro de vapor de entrada se dirige a través de un conducto para que incida sobre los álabes en el ángulo mas adecuado.En una turbina pueden haber varios conductos directores de flujo.Abajo están representados dos álabes contiguos y el flujo del vapor pasando entre ellos. Mientras pasa por los álabes, el vapor produce un empuje que hace girar la hélice, durante este proceso pierde energía por lo que se enfría y baja su presión. Al igual que en el caso de la máquina a émbolos el vapor de salida de la hélice de la turbina, aun posee energía suficiente para entregar trabajo, por lo que una turbina real tiene múltiples etapas, con hélices cada vez de mayor tamaño donde se extrae esa energía sobrante y así aumentar notablemente el rendimiento. El dibujo a continuación (figura 4) representa una turbina de varias etapas:
La tecnología utiliza un pistón pequeño pistón oscilante que oscila a 60 ciclos por segundo. Se utiliza de desplazamiento positivo y puede operar entre dos valores de un solo sentido. Las bombas de pistón son silenciosos, pequeños y tienen opciones de instalación flexibles.
TORRES DE ENFRIAMIENTOY MEDIO AMBIENTE Una alternativa eficaz y segura para el ahorro de energía.
El principio de refrigeración evaporativa, aplicado entre otros en las Torres de Enfriamiento y condensadores evaporativos, desempeña un papel fundamental en la industria moderna. Entre sus ventajas se cuentan el ahorro energético, el respeto hacia el medioambiente, la seguridad y una inmejorable relación entre la inversión y el rendimiento.
Las Torres de Enfriamiento y condensadores evaporativos son una de las alternativas más eficientes en el campo de la refrigeración industrial. Estos dispositivos utilizan una tecnología respetuosa con el medio ambiente, requieren una inversión inferior a la demandada por
soluciones similares y, sobre todo, son totalmente seguros en lo que a la salud humana se refiere.
Consecuencias económicas y medioambientales Las instalaciones frigoríficas de NH3 y la aplicación de CO2 a baja temperatura asociado al NH3 en sistemas de cascada y la sustitución de la condensación por agua por la condensación por aire supone incrementar el gasto energético del 20 al 80 por ciento o más para producir el mismo frío en comparación al uso de Torres de Enfriamiento; puesto que la temperatura de condensación aumenta en un intervalo que oscila entre 6 y 18 K. A nivel macroeconómico, estas cifras inciden en el desequilibrio de la balanza comercial exterior producido por la dependencia en Chile de combustibles foráneos y un grave impacto medioambiental causado por las emisiones de CO2 que, como se indicaba anteriormente, los acuerdos internacionales obligan a reducir. El hecho de condensar a temperatura más alta implica: - Presiones de condensación más elevadas, lo cual acarrea un mayor riesgo de fugas del refrigerante de la instalación y el consiguiente impacto ambiental, o efecto invernadero directo. - Incremento del costo de producción en la industria, con la consiguiente disminución de la competitividad de las empresas frente a otros proveedores sujetos a legislaciones menos restrictivas. Al aumentar la temperatura de condensación, disminuye la producción frigorífica de una instalación. Esto quiere decir que, para producir el mismo efecto frigorífico, se necesita: o un compresor mayor, más caro o un motor eléctrico de accionamiento mayor, más caro o un condensador mayor, más caro o un condensador con más ventiladores, más ruido, más coste de insonorización o mayor consumo de agua en origen: para producir 1 kWh se consumen como media 100 l. de agua o mayor consumo energético o mayor impacto ambiental por necesitarse más instalaciones generadoras de electricidad, las cuales emiten más CO2 a la atmósfera. Mayores costes por emisiones de CO2 o mayores pérdidas de energía en transportar esa mayor energía eléctrica demandada desde la central generadora hasta el punto donde se encuentra el equipo receptor o mayor valor absoluto de las puntas de demanda de energía eléctrica, lo que supone nuevas inversiones en centrales generadoras (2.839 MW<>3 nucleares/7 de ciclo combinado) y en líneas de distribución. A modo de ejemplo sobre el ahorro energético que suponen los equipos de refrigeración evaporativa, cabe decir que sustituir las torres y condensadores evaporativos de las instalaciones de refrigeración y aire acondicionado existentes en España por aerorefrigeradores y condensadores enfriados por aire supondría incrementar la potencia eléctrica generada necesaria en aproximadamente 2.839 MW, lo cual equivale a construir, para asumir tal incremento, 3 centrales nucleares de tipo medio o 7 centrales térmicas de ciclo combinado. Ventajas de las Torres de Enfriamiento
La primera de ellas es el ahorro energético, en la medida que, en las instalaciones de climatización y refrigeración, la eficiencia energética y el consumo de energía eléctrica están directamente relacionados con la temperatura de condensación del refrigerante utilizado. En una instalación de aire acondicionado típica, la comparación de los consumos energéticos arroja cifras ilustrativas: los equipos de condensación incluidas torres de refrigeración y condensadores evaporativo ofrecerían frente a los de condensación por aire un ahorro en el consumo de hasta el 45%. Otro ejemplo en la misma línea sería el que se produce en las instalaciones frigoríficas, donde las potencias absorbidas por las torres y condensadores evaporativos frente a las de aire son sensiblemente inferiores.
