Explicación del Condensador de Turbina de Vapor
Los condensadores de turbina de vapor se emplean en centrales térmicas para transformar el vapor en condensado (agua). Este artículo proporciona una visión general de los condensadores de turbina de vapor, sus diferentes diseños, componentes y funcionamiento.
Condensador de Superficie de Vapor
Es importante saber – los 'condensadores de turbina de vapor' también se denominan a veces 'condensadores de superficie', aunque los condensadores de superficie son en realidad solo un tipo específico de condensador de turbina de vapor.
¿Qué es un condensador de turbina de vapor?
Los condensadores de turbina de vapor se utilizan en centrales térmicas para convertir el vapor en condensado (agua). Una turbina de vapor de baja presión se coloca directamente sobre su condensador correspondiente, con una junta flexible que conecta la turbina de vapor al condensador. El vapor de escape de baja presión se descarga desde una turbina de baja presión directamente en su condensador asociado.
Condensador de Vapor Destacado en Caja Naranja
Es importante saber – la junta flexible es necesaria para acomodar la expansión térmica de las partes a medida que se calientan y enfrían; se producirían grietas y fugas si la junta no estuviera presente.
¿Por qué se necesitan los condensadores de turbina de vapor?
- Eficiencia – el enfriamiento del vapor de baja presión provoca una reducción de la presión del sistema resultante. La presión diferencial (DP) a través del sistema es un indicador directo de la eficiencia del sistema, por lo tanto, una DP mayor indica un sistema más eficiente, es decir, cuanto mayor sea la diferencia de presión entre la presión de descarga del vapor de la caldera y la presión del condensador, mayor será la eficiencia del sistema.
- Reutilización del Agua – convertir el vapor de baja presión de nuevo en agua permite que el agua sea reutilizada; la reutilización del agua reduce los costos operativos ya que requiere menos pretratamiento. El agua también se devuelve fácilmente al desaireador (aparato de pretratamiento) en grandes cantidades, pero esto no es cierto para el vapor de baja presión, que requeriría tuberías grandes y una mayor diferencia de presión para fluir.
- Desaireación – los condensadores liberan gases como oxígeno y CO2 del sistema, reduciendo así la probabilidad de corrosión dentro de los sistemas de agua de alimentación y vapor.
- Punto de Recolección – los condensadores sirven como el punto de recolección principal para otros sistemas de extracción de vapor y drenajes de condensado.
Es importante saber – el agua que ha sido tratada pero que aún no ha entrado en la caldera, se clasifica como 'agua de alimentación'. El agua que está dentro de la caldera, se clasifica como 'agua de caldera'. El vapor que se ha condensado de nuevo en agua, se clasifica como 'condensado'. El condensado se convierte en agua de alimentación después de haber sido tratado.
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Partes del Condensador de Turbina de Vapor
Las partes principales de un condensador de turbina de vapor se indican a continuación.
Partes del Condensador de Superficie de Vapor
Entrada de Vapor de Baja Presión
El vapor de baja presión de la turbina de vapor de baja presión se descarga al condensador. El condensador se mantiene a vacío para proporcionar una baja contrapresión para el escape de la turbina, lo que aumenta la eficiencia general de la planta.
Carcasa
La carcasa alberga los componentes internos del condensador, incluidos los placas de soporte de tubos, placas de tubos, tubos, pozo caliente (parte inferior del condensador) y tuberías de extracción; generalmente se fabrica a partir de placas de acero pesado que se sueldan en una sola pieza. Los tubos se espacian lejos de la carcasa para permitir que el vapor acceda a todas las partes de los tubos, aumentando así la eficiencia del condensador y reduciendo la probabilidad de sobrecalentamiento.
Haz de Tubos
Los tubos que pasan a través del condensador se ensamblan para formar un 'haz'; estos se montan en las placas de tubos. Los turbuladores a menudo se instalan dentro de los tubos para promover el flujo turbulento, lo que aumenta la capacidad de transferencia de calor de los tubos y, por lo tanto, la eficiencia general del condensador.
Tubo con Turbulador Instalado
Placas de Tubos
Las placas de tubos se montan en los extremos opuestos de los haces de tubos; mantienen los tubos en posición y proporcionan resistencia mecánica a los tubos. Cada tubo se enrolla y expande en su placa de tubos asociada.
Tuberías de Extracción
El vapor de extracción entra en el condensador a través de estas tuberías. El vapor de escape de las bombas de agua de alimentación de la caldera también se descarga al condensador.
Cajas de Agua
El agua de enfriamiento entra y sale de un condensador a través de las cajas de agua; estas se instalan en extremos opuestos del condensador. Un extremo del condensador forma la entrada, mientras que el otro forma la salida (descarga). Dependiendo del tamaño de la unidad, un condensador puede tener una o más entradas y descargas, aunque más de dos es inusual. Las cajas de agua deben tener un revestimiento resistente a la corrosión que cubra todas las superficies del lado del agua.
Es importante saber – es esencial que las cajas de agua permanezcan completamente cebadas con agua de enfriamiento cuando están en servicio, ya que si no lo hacen podría provocar un sobrecalentamiento localizado de los tubos.
Boquilla
La gran forma de una boquilla de caja de agua está diseñada para mantener bajas las velocidades del agua.
Pozo Caliente
El pozo caliente (pozo caliente) forma la parte inferior del condensador. El vapor condensado forma condensado, que se acumula en el pozo caliente y se descarga a través de tuberías en la base del pozo caliente.
Bomba de Extracción de Condensado
El condensado se descarga a través de una bomba de extracción de condensado. Como el condensado tiene un volumen mucho menor que el vapor (una proporción de 1600:1), la tubería de descarga es mucho más pequeña que la entrada principal de vapor del condensador.
Instrumentación
Los sensores se instalan en varias áreas del condensador para fines de monitoreo. Cada sensor registra datos operativos relacionados con el flujo, presión, nivel y temperatura. Todos los datos se envían a un sistema de monitoreo en tiempo real. Las alarmas y apagados se activan en función de los datos recibidos de los sensores instalados.
Calentador de Agua de Alimentación de Baja Presión
Las grandes centrales eléctricas a menudo instalan calentadores de agua de alimentación de baja presión en el cuello del condensador; las dos razones principales para esto son el espacio y el costo.
- Espacio – un calentador de agua de alimentación requiere mucho espacio, este espacio agrega costo a la construcción del edificio, lo cual no es deseado.
- Costo – instalar el calentador de agua de alimentación dentro del cuello del condensador reduce la longitud de la tubería de extracción de vapor necesaria, lo que reduce el número de soportes, juntas, válvulas, etc. requeridos; por lo tanto, se produce un ahorro de costos y espacio al ubicar el calentador de agua de alimentación de baja presión dentro del condensador.
¿Cómo funcionan los condensadores de turbina de vapor?
El vapor de escape de baja presión transfiere su calor (energía térmica) a un medio de enfriamiento, lo que provoca que se enfríe (disminución de temperatura) y se condense, mientras que la temperatura del medio de enfriamiento aumenta. El propósito principal de un condensador de vapor es enfriar el vapor de escape y hacer que cambie de estado a líquido.
Se requieren sumideros de calor para transferir la energía térmica del vapor de escape al medio ambiente. Un sumidero de calor típico puede ser un lago, río u océano. Si no hay un gran cuerpo de agua disponible para actuar como sumidero de calor, se utilizan torres de enfriamiento, y el agua de enfriamiento se recircula; también se pueden usar condensadores enfriados por aire, aunque esto es raro para grandes centrales eléctricas debido a sus altos requisitos de capacidad de enfriamiento.
En este ejemplo, asumimos que se utiliza una torre de enfriamiento de tiro natural como sumidero de calor. La torre de enfriamiento es responsable de disipar el calor del escape de la turbina de vapor. El agua de enfriamiento del depósito de la torre de enfriamiento se dirige a los condensadores donde fluye a través de los tubos. Cuando el vapor de escape entra en el condensador, rodea los tubos llenos de agua.
Sección Transversal de la Torre de Enfriamiento de Tiro Natural
A medida que el vapor se mueve sobre el exterior de los tubos, se enfría por el agua dentro de ellos, lo que lleva a su condensación. El agua de enfriamiento (dentro de los tubos) absorbe el calor del vapor, lo que provoca que su temperatura aumente correspondientemente. El agua de enfriamiento calentada se envía de nuevo a la torre de enfriamiento, donde se enfría mediante enfriamiento evaporativo antes de que el proceso se repita.
Condensadores Enfriados por Agua y Aire
El principio de funcionamiento de un condensador de turbina de vapor implica la transferencia de calor del escape de la turbina de vapor de baja presión a un medio de enfriamiento separado, típicamente agua o aire.
Es importante saber – consulte nuestro artículo sobre calor latente y sensible para comprender el calor y sus diversas propiedades.
Condensador Enfriado por Agua
En el caso de un condensador enfriado por agua, el agua de enfriamiento fluye a través de tubos dentro del condensador. El vapor de escape fluye alrededor de estos tubos y se condensa en agua a medida que se enfría. Este tipo de condensador es altamente eficiente en la transferencia de calor debido a la gran superficie de contacto entre los tubos y el vapor. El vapor condensado, ahora en forma de condensado, se recoge en la parte inferior del condensador y se bombea de nuevo al desaireador y luego a la caldera (generalmente una caldera acuotubular). El agua de enfriamiento calentada se enfría utilizando una torre de enfriamiento, si no hay un lago, río u océano disponible (hay varios tipos de sumideros de calor).
Condensador Enfriado por Aire
En condensadores enfriados por aire, el enfriamiento se logra mediante el flujo de aire sobre tubos aletados a través de los cuales pasa el vapor de escape. Los condensadores enfriados por aire se utilizan en áreas donde los recursos hídricos son limitados. Sin embargo, los condensadores enfriados por aire son generalmente menos eficientes que los tipos enfriados por agua debido a su menor tasa de transferencia de calor (esto se debe a que el aire tiene una menor densidad que el agua y, por lo tanto, no puede enfriar tan eficientemente).
Condensadores de Superficie y Enfriados por Aire
Existen varios tipos principales de condensadores de turbina de vapor y es importante discutir el enfriamiento directo e indirecto para comprender su diseño.
Condensadores de Superficie – estos son el tipo más común de condensadores; son esencialmente grandes intercambiadores de calor de carcasa y tubos. Enfrían indirectamente el vapor, es decir, el vapor no entra en contacto directo con el agua de enfriamiento.
Condensadores Enfriados por Aire – se utilizan cuando no hay una fuente de agua disponible. Hay dos tipos principales de condensadores enfriados por aire:
- Acción Directa – el vapor de escape fluye a través de tuberías con aletas de intercambiador de calor soldadas a ellas. Ventiladores eléctricos soplan aire a través de las tuberías y aletas, lo que enfría el vapor y lo hace condensar.
Condensador Enfriado por Aire Directo
- Acción Indirecta – el vapor de escape de la turbina se condensa mediante un circuito de agua de enfriamiento dentro de un condensador de superficie convencional. El agua de enfriamiento luego rechaza el calor a la atmósfera a través de un condensador enfriado por aire.
Condensador Enfriado por Aire Indirecto
Factores que Influyen en el Rendimiento del Condensador
Ambiente Ambiental
La temperatura del agua de enfriamiento está influenciada por el ambiente ambiental. Por ejemplo, en climas más fríos, el agua de enfriamiento tendrá una temperatura más baja. El agua más fría mejora la eficiencia general del condensador, pero no debe ser tan fría como para provocar un choque térmico en el condensador o para que se congele. Si el agua de enfriamiento está demasiado caliente, su capacidad de transferencia de calor y capacidad de enfriamiento disminuyen.
Calidad del Agua
El tipo de agua utilizada (agua dulce o salada) puede afectar el rendimiento de un condensador. El agua salada, al ser corrosiva, requiere que el condensador esté hecho de materiales resistentes a la corrosión. Todos los tipos de fuente de agua requerirán algún tipo de filtrado antes de su uso.
Es importante saber – el 'agua dulce' a veces se llama 'agua dulce'. El agua dulce también se escribe 'agua-dulce' o 'aguadulce', pero todas las grafías significan lo mismo.
Ensuciamiento
Los depósitos (escamas, etc.) que se acumulan dentro de los tubos o en las superficies externas de los tubos pueden reducir su tasa de transferencia de calor, lo que provoca una reducción correspondiente en la capacidad de enfriamiento del condensador.
Fuentes Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_condenser
https://engineering.fandom.com/wiki/Condenser_(steam_turbine)
https://www.powerplantandcalculations.com/2020/05/steam-condenservacuum-and-calculations.html
https://learnmech.com/steam-condenser-types-function-diagram-advantages
https://www.nuclear-power.net/nuclear-power-plant/turbine-generator-power-conversion-system/what-is-steam-turbine-description-and-characteristics/condensing-steam-turbine