Tema IV. PLANTAS TÉRMICAS
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA
COMPLEJO ACADÉMICO PUNTO FIJO PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL CÁTEDRA: CONVERSION DE ENERGIA
PLANTAS DE FUERZA DE VAPOR
Definición:
Son instalaciones térmicas donde se transforma la energía en forma
de calor en trabajo.
Características:
La principal característica de estas instalaciones, es la
producción de energía eléctrica, a partir de la combustión de
carbón, fuel-oil, gas natural entre otros; en una caldera
diseñada al efecto. Para producir vapor a partir del agua que
circula por una red de tubos en la caldera, Este vapor hace
girar los alabes cuyo eje rotor gira unido a un generador para
producir energía eléctrica. El vapor se enfría en un
PLANTAS DE FUERZA DE VAPOR
Esquema de las Plantas de Fuerza:
Las plantas de fuerza se constituyen de una serie de sistemas esenciales tanto para los procesos, como para los equipos que lo conforman.
1) Sistema de abastecimiento de Agua:
PLANTAS DE FUERZA DE VAPOR
SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA
Descripción:
El agua como se encuentra en la naturaleza no es apta para su
empleo como agua de alimentación para las calderas y
sistemas de enfriamiento. Pero se puede usar después de un
tratamiento adecuado, es decir evitar los depósitos de lodos e
incrustaciones en la superficie interior de la caldera.
La forma de expresar la concentración de impurezas es en términos
de partes en peso del constituyente por millón de partes del
SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA
El tratamiento más apropiado y económicamente justificable
depende de las características del suministro de agua.
Entre los tipos de tratamientos tenemos:
Eliminación de sólidos suspendidos.
Tratamiento químico para eliminación de dureza.
Eliminación de dureza por intercambio cationico.
Desmineralización por eliminación completa de los sólidos disueltos.
DISPOSITIVOS Y ELEMENTOS PARA EL
ABASTECIMIENTO DE AGUA
Bombas:
Son dispositivos mecánicos, que ceden energía al fluido de trabajo
para incrementar la presión del mismo. Se utilizan para llevar o
DISPOSITIVOS Y ELEMENTOS PARA EL
ABASTECIMIENTO DE AGUA
Tanque de Agua:
Son contenedores metálicos, que se encargan del almacenaje del
SISTEMA DE GENERACION DE VAPOR
Objetivo:
Tiene por objetivo suministrar tanta energía, al fluido de
trabajo (agua), para la obtención de vapor.
Generadores de vapor:
Son unidades que se utilizan para colocar a
disponibilidad de un fluido, el calor de un
combustible (fuel-oil, carbón, gas) y todos los
elementos necesarios para transferir tanto calor como
SISTEMA DE GENERACION DE VAPOR
Accesorios de los Generadores de vapor:
Generadores de vapor.
Caldera o Hervidor:
Área donde se transfiere calor al agua para transformarlo en vapor.
Clasificación:
Las calderas generalmente son clasificadas en dos (2) grandes grupos, destacando que de hacer un análisis más riguroso este número puede aumentar:
Tubos de Humo o Pirotubulares.
Generadores de vapor.
Clasificación:
Generadores de vapor.
Clasificación:
Generadores de vapor.
Calderas de Tubos de Humo o Pirotubulares:
Tipos:
Tubos Horizontales
Tubos Verticales
De Barco
De Locomotora
Compactas
Ventajas:
Costos Relativamente bajos.
Ocupa poco espacio
Generadores de vapor.
Calderas de Tubos de Humo o Pirotubulares:
Desventajas:
Lenta circulación
Contenido de agua pequeño en relación a la producción de vapor.
Generadores de vapor.
Generadores de vapor.
Calderas de Tubo de agua o Acuotubulares:
Tipos:
Tubos Rectos
Tubos Doblados
Tubos Rectos (Ventajas)
Son simples, idénticos y fáciles de quitar
Facilidad de mantenimiento por métodos mecánicos
Mayor área de trasmisión de calor a una altura dada
Generadores de vapor.
Calderas de Tubo de agua o Acuotubulares: Tubos Doblados (Ventajas)
Mayor economía, en cuanto a fabricación, debido a soldaduras, aceros mejorados y nuevas técnicas de fabricación.
Mayor accesibilidad, para inspección, limpieza y mantenimiento.
Adaptabilidad para operar a mayores tasas de evaporación y producir vapor mas seco.
Desventajas de las Calderas Acutubulares:
Es de difícil realizar mantenimiento por lo incomodo el acceso a la zona de convección.
Mantenimiento más costoso.
El coeficiente de evaporación está estrechamente limitado por la circulación interna.
La superficie limitada para la liberación de vapor, dificulta la separación correcta del aguay el vapor durante los consumos altos.
Para su instalación requieren de una extensa área de terreno.
Generadores de vapor.
Caldera unitaria de tubos de agua; paso único del gas
Generadores de vapor.
Caldera radiante de circulación natural, alimentación con combustoleo y gas; 4200000 lb (1900t) de vapor por h; presión de 2600 lb/pulg2 (183 kgf/cm2); 1005
Generadores de vapor.
1.2 Componentes de un Generador de Vapor:
Hogar: Área donde se quema el combustible y se generan los gases calientes de la combustión.
Fuente de calor
Están ubicados frente a una pared
Tubos de Enfriamiento
Pared Refractaria
Generadores de vapor.
HOGARES
Generalidades:
El hogar de una unidad generadora de vapor, tiene como finalidad proporcionar:
• Un lugar para que funcione los quemadores y para alimentar el aire. • Un lugar para que se complete el proceso de combustión.
• Los medios para utilizar, tan completamente como sea posible, la energía dentro del mismo.
Generadores de vapor.
HOGARES
Las consideraciones principales que influyen en el diseño de un hogar:
1. La clase, condición, preparación y características del combustible. 2. Las propiedades de las cenizas o escorias que puedan formarse. 3. Las cargas normales, mínimas y máximas que se mantendrán y sus
respectivas duraciones.
4. El tamaño y la relación del hogar respecto a la caldera.
5. El tipo de parrilla o quemadores a usarse y el método de encendido. 6. El coeficiente de exceso de aire que se desea usar.
7. El arrastre permisible de carbón en las cenizas volantes y los depósitos. 8. Los costos iniciales.
Generadores de vapor.
SOBRECALENTADORES
Definición: Consisten de tubos a través de los cuales se hace pasar
vapor saturado que sale del tambor para que se calienten con los gases de escapes que pasan sobre su superficie.
Objetivo: La función de un sobrecalentador es levantar la temperatura del vapor por encima de su temperatura de saturación con la menor caída de presión posible.
Generadores de vapor.
SOBRECALENTADORES
Tipos de Sobrecalentadores:
Separados: requieren de una mampostería especial, espacio adicional y atención frecuente.
Integrales: se instalan dentro de la mampostería del generador de vapor, no requieren atención especial y son los que generalmente se usan en centrales termoeléctricas.
Los sobrecalentadores integrales se dividen en dos grandes grupos: de convección y de radiación.
Por Convección
Por Radiación
Generadores de vapor.
SOBRECALENTADORES
Tipos de Sobrecalentadores:
Generadores de vapor.
SOBRECALENTADORES
Tipos de Sobrecalentadores:
Generadores de vapor.
SOBRECALENTADORES
Tipos de Sobrecalentadores:
Equipos de Recuperación de Calor
Equipos de Recuperación de Calor
ECONOMIZADOR
Definición: Este elemento consiste de tubos que se colocan en la trayectoria de los gases de escape y a través de los cuales se hace pasar el agua de alimentación en camino hacia la caldera.
Función: el calor recuperado reduce la cantidad requerida de
combustible para convertir el agua de alimentación en vapor, aumentado así la eficiencia de la unidad.
PRECALENTADORES
Con la introducción del calentamiento regenerativo del agua de
Equipos de Recuperación de Calor
PRECALENTADORES
Función: En tales aparatos el aire que se usa para la combustión se calienta por contacto con las paredes de tubos o laminas. El calor así devuelto al hogar reduce la cantidad de combustible quemado.
Ventajas y desventajas de los economizadores y precalentadores de aire:
La ganancia térmica con su resultante elevación de la curva de rendimiento y ahorro en combustible.
El aplanamiento de la curva de rendimiento en la región de altas capacidades o la posibilidad de las calderas y hogares de trabajar a mayores capacidades manteniendo un alto rendimiento.
Proveen una reserva de suministro de agua caliente para hacer frente a fluctuaciones de demanda o fuertes demandas repentinas.
Equipos de Recuperación de Calor
Desventajas:
Impiden el flujo de productos de combustión y disminuyen su temperatura de la cual depende el tiro natural. Esto obliga a la instalación de tiro mecánico con su consecuente costo inicial
extra, espacio necesario, costo de potencia absorbida, atención y mantenimiento.
Corrosión que puede ocurrir si los gases se enfrían debajo del
punto de roció de los vapores de acido sulfúrico con contenido en los mismos.
Equipos de Recuperación de Calor
Tipos de Economizadores:
En la práctica moderna de centralestermoeléctricas se usan dos tipos principales de economizadores: El integral y el unitario.
Equipos de Recuperación de Calor
Equipos de Recuperación de Calor
Clasificación
de los Precalentadores:
Losprecalentadores de aire se clasifican en dos grandes grupos: recuperativos y regenerativos.
Equipos de Recuperación de Calor
Clasificación
de los Precalentadores:
Losprecalentadores de aire se clasifican en dos grandes grupos: recuperativos y regenerativos.
Sistema de Tiro
Tiro (Definición):
Tiro es la diferencia en la presión absoluta delgas en cualquier punto dado de un conducto y la de la atmósfera a la misma cota (altura).
Función: Esta consiste esencialmente en suministrar la energía necesaria para mantener el flujo requerido de aire y gas a través del sistema. Esta energía puede provenir de los ventiladores o los gases calientes de la chimenea.
Sistema de Tiro
Tipos
Sistema de Tiro
Tipos
Tiro Forzado (Ventiladores): Cualquier aparato que produce una corriente de aire, se podría llamar ventilador. Un ventilador consiste en una rueda o impulsor giratorio rodeado de una envolvente estática o
carcasa. En los ventiladores se comunica energía al gas trasegado mediante el impulsor o rodete, con lo cual se crea una diferencia de
Sistema de Tiro
Ventiladores
Clasificación: Una de las características para clasificar un ventilador es la naturaleza del flujo por los conductos de las paletas del impulsor.
De tipo axial (de hélice, tubo-axial, deflector axial),
De flujo radial o centrífugos,
Sistema de Tiro
Ventiladores
Clasificación:
Sistema de Tiro
Ventiladores
Clasificación:
Turbomaquinas
Definición:
El papel de la turbina de vapor consiste en transformaren energía mecánica la energía contenida en el vapor de agua bajo la forma de energía térmica y de energía de presión la suma de estas dos
formas de energía, expresada en kilocalorías por kilogramo de fluido, se caracteriza por la entalpía del vapor, función de la presión y de la temperatura.
El principio de funcionamiento de las turbomáquinas se basa en la interacción entre un rotor o impulsor que está constituido por álabes (fijos
y/o móviles), y un fluido específico (compresible o incompresible). Tipos
Turbomáquinas Hidráulicas
Turbomaquinas
Turbomaquinas
Turbomaquinas
Turbomaquinas
Turbomaquinas
Turbomaquinas
Turbomaquinas
SISTEMA DE COMBUSTIBLE
Definición:
Su función es suministrar combustible al quemador (Fuel oil, carbón, gas natural), para producir vapor, que es el medio utilizado para generar
calor y transformar el agua de la caldera en vapor.
Quemador:
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
Función:
Se utiliza con la finalidad de disminuir la temperatura del fluido de trabajo y refrigeración de los equipos.
Condensador:
Es un intercambiador de calor, que utiliza agua fría (de una corriente natural o enfriada por una torre de enfriamiento) para enfriar y condensar el vapor de escape de la turbina.
Tipos:
Superficie
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
Tipos de Condensadores:
Superficie: El agua fría circula por tubos y el vapor por el exterior de los
tubos (mayor área de transmisión de calor). El diseño busca minimizar las pérdidas de carga debidas al paso del vapor y aprovechar el intercambio entre el liquido ya condensado y el vapor. Parte del vapor puede utilizarse para volver a calentar el condensado a la salida, creando así un poco de regeneración ( el agua que retorna a la caldera esta menos fría que lo estaba al condensar).
