Generadores De Vapor

Introducción

Antes de proceder a la descripción de los generadores de vapor, es importante hace referencia a qué entendemos por vapor y cuáles son las acepciones de esta palabra. El vapor es un estado de la materia (cuando un cuerpo puede presentar distintos estados de agregación), donde la unión de las moléculas es mínima, de hecho, las mismas casi no interactúan entre sí.

Asimismo, el vapor también puede ser considerado como un fluido, ya que su desplazamiento por el medio ambiente ocurre con facilidad. En cuanto a la confusión que despierta la similitud entre vapor y gas, hay una diferencia clara entre ambos.

En este tema se habla sobre los generadores de vapor que son grandes intercambiadores térmicos en los que el calor es transferido de un circuito de agua a otro, transformando el agua del segundo circuito en vapor, el que luego es usado para impulsar las turbinas y los generadores eléctricos.

Los generadores de vapor funcionan de forma similar al radiador de un automóvil: toman el agua calentada por el reactor nuclear y transfieren el calor mediante a una segunda fuente de agua para producir vapor.

El vapor de alta presión luego ingresa a las turbinas, donde palas en forma de hélices giran para generar electricidad.

Las aplicaciones más comunes de los generadores de vapor hoy en día varían mucho, pero en la vida cotidiana de nuestra sociedad se ha convertido en un artículo presente en muchas de nuestras actividades cotidianas y que en un momento dado puede ser también un artículo que puede servir de mucho en la mejora de la calidad de vida en nuestros hogares.

Generador de vapor

Un generador de vapor es un conjunto de aparatos y equipos auxiliares que se combinan para generar vapor. (Caldera, economizador, sobrecalentador de vapor, precalentador de aire, etc.)

Una caldera de vapor es un recipiente cerrado en el cual se genera vapor de agua, utilizando el calor extraído de un combustible o por el uso de electricidad o energía nuclear.

Generalmente es utilizado en las turbinas de vapor para generar vapor, habitualmente vapor de agua, con energía suficiente como para hacer funcionar una turbina en un ciclo de Rankine modificado. Pero ¿Qué es un ciclo de Rankine?

El ciclo más simple de vapor es el de Rankine:

1-2: bomba de alimentación.

2-3: calentamiento de agua a p=cte.

3-4: ebullición a p y T =cte.

4-5: expansión en turbina, máquina de vapor.

5-1: condensación del vapor húmedo.

Este ciclo es inadecuado para turbo máquinas ya que el vapor húmedo (4-5) arrastra gotas de agua que dañan rápidamente los álabes de las turbo máquinas.

Para evitar esto se continúa sobrecalentando el vapor seco a p=cte., lográndose el ciclo Rankine con sobrecalentamiento o ciclo Hirn:

Este ciclo es inadecuado para turbo máquinas ya que el vapor húmedo (4-5) arrastra gotas de agua que dañan rápidamente los álabes de las turbomàquinas.

Para evitar esto se continúa sobrecalentando el vapor seco a p=cte, lográndose el ciclo Rankine con sobrecalentamiento o ciclo Hirn:

Obtenido esto el circuito típico sería el de la figura:

Para maximizar el trabajo útil 4’-5 se pueden intentar diversos métodos:

a. Aumentar la p de operación (energía de la bomba, materiales)

b. Aumentar la T de sobrecalentamiento (materiales)

c. Recalentar

d. Reducir la presión del condensador.

El ciclo con recalentamiento consiste en extraer vapor de etapas intermedias de la turbina y volver a calentarlo a

p=cte en la caldera:

Ciclo Hirn con recalentamiento

Con esto se logra un mayor salto entálpico sin exceder los límites impuestos por los materiales.

La presión de condensación es fundamental ya que no sólo controla el área del ciclo si no también asegura que la turbina no opere con vapor húmedo en las últimas etapas. El límite inferior está dado en general por la presión de vapor del agua a la temperatura a que el condensador es capaz de enfriarla.

Con esto se logra un mayor salto entálpico sin exceder los límites impuestos por los materiales.

La presión de condensación es fundamental ya que no sólo controla el área del ciclo si no también asegura que la turbina no opere con vapor húmedo en las últimas etapas. El límite inferior está dado en general por la presión de vapor del agua a la temperatura a que el condensador es capaz de enfriarla.

Funcionamiento del generador de vapor

El agua se impulsa al generador de vapor mediante la bomba de alimentación, la que la hace circular de forma forzada por el economizador; éste es un equipo formado por bancadas de tubos interconectados mediante colectores o cabezales, por dentro de los tubos circula el agua y por fuera los gases calientes. La función del economizador es calentar el agua, generalmente hasta una temperatura inferior a la de saturación correspondiente a la presión a la que se encuentra el agua; esto se hace con el objetivo de que el agua no entre fría al domo y evitar contracciones que pueden provocar rotura. El agua entra al domo después de salir del economizador; en él se produce la separación del vapor y el agua, el agua que entra al domo sale de éste por los tubos llamados descendentes que alimentan los colectores inferiores de las paredes de agua; éstos son tubos que cubren la mayor parte de la superficie interior del horno, por los tubos circula el aire y por y por fuera están los gases calientes y las llamas, éstas transfieren a los tubos una gran cantidad de calor por radiación y por convección; se forma entonces en el interior del de los tubos una mezcla de de vapor y agua que asciende por la pared de tubos producto a la disminución de su densidad. Las paredes de agua tienen colectores en su parte superior, a través de los cuales se descarga la mezcla agua-vapor al domo. En el domo,

...