REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LAFUERZA ARMADA BOLIVARIANA

CENTRALES A VAPOR(Gua de estudio)

Profesor: Autores:Ing. Marialis Romero Juan Borregales Carmen Hernandez Felix Rodriguez Aguasay, Julio, 2015

COMPONENTES DE UNA CENTRAL DE VAPOR (DIAGRAMA)

CALDERA DE VAPORLa caldera, en la industria, es una mquina o dispositivo de ingeniera diseado para generar vapor. Este vapor se genera a travs de una transferencia de calor a presin constante, en la cual el fluido, originalmente en estado lquido, se calienta y cambia su fase a vapor saturado.La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Adems, es recipiente de presin, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

CICLO DE VAPOREl ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinmico que tiene lugar en una central trmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, tpicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgnicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presin para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecnico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador elctrico, es el que generar la electricidad en la central trmica). El vapor de baja presin que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado lquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeracin procedente del mar, de un ro o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presin del fluido en fase lquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.

CAPACIDAD DE PRODUCCIN DE VAPOR DE LAS CALDERAS. La produccin de un generador de vapor se da frecuentemente en kilogramos de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energa, aquel sistema no mide exactamente la energa producida. La capacidad de una caldera de vapor se expresa ms concretamente en forma del calor total transmitido por las superficies de caldeo en kcal por hora.Q = m, (h h1) kcal por hora en donde Q = produccin de la caldera, en kcal por hora.m = peso del vapor producido por la caldera (o bien recalentado), en kg por hora. h = entalpia de 1 kg de vapor a la presin y ttulo O temperatura observados, en kcal por kg. H1 = entalpa del lquido de 1 kg de agua do alimentacin en las condiciones en que dicha agua llega a la caldera (o economizador), en kcal por kg.

RENDIMIENTO DE UNA CALDERAEl rendimiento global de una caldera de vapor en condiciones de funcionamiento cualesquiera es la relacin entre el calor transmitido y la energa suministrada en forma de combustible es decir:eb =eb = rendimiento del generador de vapor, en % incluyendo caldera, recalentador, hogar, camisas de agua, calentador del aire y economizador. = peso total de combustible quemado por hora, en kg; m3 por hora tratndose de combustibles gaseosos.F = potencia calorfica superior del combustible quemado, en kcal por kg; kcal por m3 tratndose de combustible quemado.

CARACTERSTICAS DEL RENDIMIENTO DE LAS CALDERAS

El rendimiento aumenta con la capacidad de la caldera y velocidad de combustin hasta alcanzar un valor mximo, el cual disminuye al aumentar la capacidad de produccin. El rendimiento disminuye debido al aumento de las prdidas calorficas producidas al crecer la temperatura de los gases de la chimenea y al aumentar la cantidad de combustible sin quemar que queda con las cenizas y escorias. Las calderas provistas de hogares mecnicos pueden alcanzar un rendimiento comprendido entre 60 y 85 %, dependiendo principalmente del tamao de la caldera, forma del hogar y de los equipos auxiliares instalados para la recuperacin de calor. Grandes instalaciones que queman carbn pulverizado tienen un rendimiento de caldera comprendido entre 80 y 88 %. Si en estas centrales se utilizan pre-calentadores de aire y economizadores, se consiguen en ocasiones rendimientos 80 globales del 85 al 92 %.

SOBRECALENTADORES, ECONOMIZADORES CALENTADORES DE AIRECalentadores de aireLos calentadores de aire son muy tiles en grandes instalaciones, su funcionamiento se basa en aprovechar el calor de los gases de escape que salen hacia la chimenea. Otra ventaja interesante que presentan los calentadores de aire es que aumentan la vida del ladrillo refractario ya que el aire frio a la entrada de la caja de fuegos provoca agrietamiento y desconchamiento. Los tipos bsicos de calentadores de aire son los de conveccin y los regenerativos.

Sobrecalentadores:Es la seccin de tubos que aprovecha el calor de los gases de escape para elevar la temperatura del vapor generado por encima de la temperatura de saturacin. El vapor sobrecalentado aumenta el rendimiento del ciclo del vapor

Economizador: Los economizadores cubren la misma funcin que los calentadores de agua, estos se usan en lugar de incrementar la superficie generadora de vapor dentro de la caldera, ya que el agua absorbe calor al estar a una temperatura menor que la de saturacin, los gases pueden enfriarse an ms, para lograr mayor recuperacin de calor y aumentar laeficiencia. Este elemento est suspendido desde el techo, colocado debajo del recalentador de presin media.

Tipos de turbinas.La turbina es un motor rotativo que convierte enenerga mecnicala energa de una corriente de agua, vapor de agua o gas.Turbinas hidrulicasSon aqullas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio dedensidadconsiderable a travs de su paso por el rodete o por el esttor; stas son generalmente las turbinas de agua.Dentro de este gnero suele hablarse de:-Turbinas de accin:Son aquellas en las que elfluido de trabajono sufre un cambio de presin importante en su paso a travs de rodete.-Turbinas de reaccin:Son aquellas en las que elfluido de trabajosi sufre un cambio de presin importante en su paso a travs de rodete.Turbinas trmicasSon aqullas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a travs de su paso por la mquina.Estas se suelen clasificar en dos subconjuntos distintos debido a sus diferencias fundamentales de diseo: Turbinas a vapor: su fluido de trabajo puede sufrir un cambio de fase durante su paso por el rodete; este es el caso de las turbinas a mercurio, que fueron populares en algn momento, y el de las turbinas a vapor de agua, que son las ms comunes. Turbinas a gas: En este tipo de turbinas no se espera un cambio de fase del fluido durante su paso por el rodete.Turbinas elicasUna turbina elica es un mecanismo que transforma la energa delvientoen otra forma de energa til comomecnicao elctrica. La energa cintica del viento es transformada en energa mecnica por medio de la rotacin de un eje. Esta energa mecnica puede ser aprovechada para moler, como ocurra en los antiguos molinos de viento, o para bombear agua, como en el caso del molino multipala.Turbina submarinaUna Turbina submarina es un dispositivo mecnico que convierte la energa de lascorrientes submarinasen energa elctrica. Consiste en aprovechar laenerga cinticade las corrientes submarinas, fijando al fondo submarino turbinas montadas sobre torres prefabricadas para que puedan rotar en busca de las corrientes submarinas. Ya que la velocidad de estas corrientes vara a lo largo de un ao.

-flujo de vapor en las turbinas.Este vapor se genera en un caldera, de la que sale en una condicin de elevada temperatura y presin, en la turbina se transforma la energa interna del vapor en energa mecnica que tpicamente es aprovechada por un generador para producir electricidad. la utilizacin del vapor como fluido de trabajo se debe a la elevada energa disponible por unidad en kg de fluido de trabajo, al pasar por las toberas de la turbina se reduce la presin del vapor, (se expande)aumentando as su velocidad. Este vapor de alta velocidad es el que hace que los alabes mviles de la turbina giren alrededor de su eje al incidir sobre el mismo.-funcin de las toberas.Es un dispositivo que convierte la energa trmica y de presin de un fluido en energa cintica, el fluido sufre un aumento de velocidad a medida que la seccin de la tobera va disminuyendo, por lo que sufre tambin una disminucin de presin y temperatura al conservarse la energa, . Existen diseos y tipos de tobera muy usados en diferentes campos de la ingeniera, como la de Laval, Rateau, Curtis. Al pasar por las toberas de la turbina, se reduce la presin del vapor (se expande) aumentando as su velocidad. Este vapor a alta velocidad es el que hace que los labes mviles de la turbina giren alrededor de su eje al incidir sobre los mismos.

-turbinas con extraccin de vapor.Se realiza en etapas de alta presin, enviando parte del vapor de vuelta a la caldera para sobrecalentarlo y reenviarlo a etapas intermedias. En algunas ocasiones el vapor tambin puede ser extrado de alguna etapa para derivarlo a otros procesos industriales.-acoplamiento de turbinas.El acoplamiento en las turbinas es esencial no solo para garantizar el tiempo de funcionamiento, sino tambin para reducir los tiempos de parada, ya que los trabajos en la mquina o las reconstrucciones pueden durar desde horas hasta das para retirar e instalar el acoplamiento en caso de que las piezas se hayan enganchado o bloqueado.-engranajes de reduccin.El engranaje de reduccin es parte de un sistema mecnico de engranajes y ejes utilizados para reducir la velocidad de rotacin del eje de entrada a una velocidad de rotacin ms lenta en el eje de salida. Esta reduccin de la velocidad de salida ayuda a aumentar el par del motor. Los engranajes de reduccin se utilizan comnmente en transmisiones de automviles y camiones para reducir las altas velocidades de rotacin del motor a una velocidad utilizable.

Un engranaje de reduccin simple consiste de dos engranajes que tienen los mismos tamaos de dientes, pero son de diferentes dimetros. El nmero de dientes es proporcional a la circunferencia de la rueda dentada, y el engranaje de circunferencia menor tendr menos dientes que la ms grande.Turbinas industriales

Turbinaes el nombre genrico que se da a la mayora de lasturbo mquinas motoras. stas son mquinas de fluido, a travs de las cuales pasa un fluido en forma continua y ste le entrega su energa a travs de un rodete con paletas o labes.La turbina es un motor rotativo que convierte enenerga mecnicala energa de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento bsico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hlices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energa mecnica se transfiere a travs de un eje para proporcionar el movimiento de unamquina, un compresor, ungenerador elctricoo unahlice.Las turbinas constan de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y esttor, siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el movimiento de rotacin.Hasta el momento, la turbina es uno de los motores ms eficientes que existen (alrededor del 50%) con respecto a los motores de combustin internay hasta algunoselctricos. Ya en los aos 20, unos inventores, entre ellos uno de apellido Thyssen, patentaron una turbina de combustin interna a la que atribuyeron un rendimiento termodinmico del 31%.El trminoturbinasuele aplicarse tambin, por ser el componente principal, al conjunto de varias turbinas conectadas a un generadorpara la obtencin deenerga elctrica.

ACOPLAMIENTO DE LAS TURBINAS INDUSTRIALESConectar con un mayor tiempo de funcionamientoOfreciendo el vnculo mecnico entre los ejes de la turbina y del generador, los acoplamientos para turbinas de vapor operan bajo tremendas cargas y velocidades.Las soluciones de acoplamiento avanzadas son esenciales no solo para garantizar el tiempo de funcionamiento, sino tambin para reducir los tiempos de parada, ya que los trabajos en la mquina o las reconstrucciones pueden durar desde horas hasta das para retirar e instalar el acoplamiento en caso de que las piezas se hayan enganchado o bloqueado.

Central generadora.

La Central consiste en una unidad turbogeneradora a vapor, compuesta por una turbina de dos cilindros en tndem, de tres etapas, con doble exhosto al condensador y seis extracciones; que opera con vapor a 127 kg/cm y 538C con una capacidad de 163 000 Kw; un generador de 204 400 kVA, totalmente cerrado, enfriado por hidrgeno y factor de potencia 0.85. Est provista de una caldera colgante, de un tambor, radiante, con recirculacin y circulacin natural la cual utiliza carbn pulverizado, produce 495 toneladas/hora de vapor a 538C y 127 kg/cm; tiene precipitadores electrostticos y altura de chimenea de 90 metros para proteccin del medio ambiente.La unidad tiene un consumo trmico especfico garantizado de 2.410 kcal/kWh y una eficiencia neta de 35,7%.

Caractersticas de la Central.Capacidad bruta:163.000 kW

Capacidad Neta:153.000 kW

Tipo de Combustible:Carbn (principal)Fuel-Oil y ACPM (auxiliares)

Eficiencia neta:35,7%

Consumo especfico trmico neto:2.410 kcal/kWh

Caractersticas de la caldera.Tipo:Combustin Engineering, un tambor, radiante,circulacin natural. Recalentamiento., Intemperie

Generacin de vapor:495 t/h (MCR)

Presin de diseo:152,57 kg/cm2

Temperatura de vapor:541 C (sobrecalentado)

Sistema de tiro:Balanceado

Fabricante:Distrital S.A.

Caractersticas de la turbina a vapor.Tipo:Dos cilindros en tndem. 3 etapas,doble exhosto al condensador

Capacidad de generacin:163.000 kW

Presin de vapor:127 kg/cm2(sobrecalentado)30 kg/cm (recalentado)541 C (sobrecalentado)

Temperatura de vapor:538 C (sobrecalentado)538 C (recalentado)

Velocidad:3.600 rpm

Presin de exhosto:63,5 mm Hg a 40C

Extracciones de vapor:6

Fabricante:Mitsubishi Heavy Industries

Caractersticas del generador.Tipo:Totalmente cerrado, enfriado por hidrgeno,3 fases A.C

Capacidad:204.400 MVA

Voltaje en Bornes:20 kV.

Frecuencia:60 Hz.

Factor de potencia:0,85

Temperatura de vapor:538 C (sobrecalentado)

Fabricante:Mitsubishi Electric Co.

Las caractersticas del transformador principal son las siguientes:Tipo:Intemperie Flujo aceite forzado Enfriamiento:ONAN/ONAF/OFAF

Capacidad:43/54/67 MVA

Voltaje:20 kV (primario)245/%3 kV (secundario)

Fabricante:Mitsubishi Electric Co.

Clases de energa

En el proceso general de la Central Termoelctrica se desarrollan cuatro clases de energa:Energa Qumica:

Se desarrolla en la caldera a partir de la reaccin exotrmica del oxgeno presente en el aire y el combustible.

Energa Trmica:

El calor producido en la caldera es absorbido por el agua, transformndola en vapor de alto contenido entlpico.

Energa Mecnica:

Se desarrolla a partir de la energa trmica, que entrega vapor para mover, a velocidad constante, la turbina.

Energa Elctrica:

Por medio del generador la energa mecnica se transforma en energa elctrica, la cual es transmitida a los centros de consumo.

Generador elctricoUngenerador elctricoes todo dispositivo capaz de mantener unadiferencia de potencialelctrica entre dos de sus puntos (llamadospolos,terminalesobornes) transformando laenerga mecnicaenelctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de uncampo magnticosobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura (denominada tambinesttor). Si se produce mecnicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generar unafuerza electromotriz(F.E.M.). Este sistema est basado en laley de Faraday.Aunque la corriente generada escorriente alterna, puede ser rectificada para obtener unacorriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayora de los generadores de corriente alterna son de tres fases.El proceso inverso sera el realizado por unmotor elctrico, que transforma energa elctrica en mecnica.Generador de una fase que genera una corriente elctrica alterna (cambia peridicamente de sentido), haciendo girar unimnpermanente cerca de una bobina.RENDIMIENTOElrendimiento o eficiencia de una turbinase define como el cociente entre la energa producida por la misma y la energa disponible, es por ello que el conocimiento del rendimiento de una central hidroelctrica, dotada con uno o varios grupos turbina-alternador, se traduce en una mejor explotacin de la misma mediante la optimizacin del aprovechamiento del agua disponible, adicionalmente sirve para realizar un seguimiento del estado de la unidad, cuyo desgaste y deterioro se traduce en una prdida de rendimiento de la instalacin.

El rendimiento de una turbina hidrulica de una central hidroelctrica puede determinarse por dos mtodos:Mediante la realizacin de ensayos sobre el modelo, aplicando las correspondientes leyes de semejanza.