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Son intercambiadores de calor, que están destinados a comunicar energía adicional al vapor saturado procedente de la caldera, además de la que posee en estado de saturación a una presión dada. Los recalentadores pueden ser:
Recalentadores de convección: cuando toman su energía de los gases de combustión que se dirigen a la chimenea.
Recalentadores de radiación: si están directamente expuestos a la energía radiante de las llamas del hogar.
Equipos auxiliares de las centrales térmicas Circuito de Agua-Vapor
Recalentadores
Los recalentadores también se pueden clasificar según la función que desempeñan en el ciclo de funcionamiento de una central térmica:
Recalentadores primarios: si su objeto es llevar directamente el vapor recalentado a la entrada de las turbinas de vapor.
Recalentadores secundarios: llamados también recalentadores intermedios si tienen como misión llevar el vapor parcialmente expansionado en la turbina, a la temperatura de recalentamiento para llevarlo después nuevamente a la turbina pero esta vez a menos presión que cuando sale del recalentador primario.
Recalentadores
El condensador es un elemento intercambiador térmico, en cual se pretende que cierto fluido que lo recorre, cambie a fase líquida desde su fase gaseosa mediante el intercambio de calor con otro medio. Las ventajas que se pueden obtener si se emplea una instalación condensadora en una central térmica son las siguientes:
Disminuir la temperatura final del vapor, con lo que se aumenta
su rendimiento termodinámico.
Disminuir la presión de escape del vapor, con lo que se aumenta la energía utilizable.
Recuperar el vapor condensado para utilizarlo como agua de alimentación de las calderas.
Condensadores
En las centrales térmicas se utilizan dos tipos de condensadores:
Condensadores de superficie.
Condensadores de mezcla o de chorro.
Tipos de Condensadores
El condensador de superficie proporciona un elevado grado de vacío con un pequeño consumo de fuerza, obteniendo un producto condensado de mucha pureza, ya que no hay mezcla, ni contacto directo, entre el agua de refrigeración y el vapor que se debe condensar.
Condensador de superficie
Representación esquemática de un condensador de superficie: 1- Entrada de vapor. 2- Recipiente del condensador. 3- Tubos refrigeradores. 4- Placas de cierre. 5- Bomba de agua de refrigeración. 6- Bomba de agua condensada.
Para un buen funcionamiento, los condensadores de superficie necesitan de unos dispositivos auxiliares: a) Bomba de agua de refrigeración
b) Bomba de aire
c) Bomba de agua condensada
Instalaciones auxiliares de los condensadores de superficie
El vapor procedente de la turbina pasa al condensador, en el cual se mezcla con el agua de refrigeración, que circula dentro de él o entra dividida en finos chorros. El vapor que se ha de condensar y el agua fría circulan en sentidos contrarios. La mezcla condensada, se reúne en la parte inferior del condensador, de donde se extrae mediante una bomba. Otra bomba se encarga de sacar el aire del interior del condensador, con objeto de conseguir el mayor grado posible de vacío.
Condensadores de mezcla
En las centrales modernas, el calor que podría perderse en el vapor de escape, o en los gases quemados que van a la chimenea, se aprovecha para calentar el agua de alimentación de las calderas.
• En general, cuando el suministro de calor de un calentador de agua
procede del vapor de escape o del vapor de extracción, el aparato se denomina precalentador del agua de alimentación.
• Cuando este suministro de calor procede de los gases de escape que se dirigen a la chimenea, el dispositivo se llama economizador.
Calentamiento del agua de alimentación
Las principales ventajas que se obtienen con el calentamiento del agua de alimentación, son las siguientes:
• Reducción de las tensiones mecánicas de origen térmico en las
planchas y tubos de las calderas.
• Mejor rendimiento térmico de las instalaciones con extracción de vapor en los escalonamientos de las turbinas.
• Purificación parcial del agua no tratada.
• Utilización de la energía térmica que de otro modo se perdería.
• Aumento de la capacidad de la caldera.
Calentamiento del agua de alimentación
Clasificación de la dureza según aniones asociados al calcio y magnesio: - La dureza total corresponde a la cantidad total de sales de magnesio
y de calcio contenidas en el agua.
- La dureza temporal corresponde a los contenidos de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio. Puede ser eliminada por ebullición del agua y posterior eliminación por filtración de los precipitados formados.
- La dureza permanente corresponde a la dureza que queda en el agua después de la ebullición, incluye sulfatos, cloruros y nitratos de calcio y magnesio.
Dureza del agua
Existen dos sistemas para obtener agua en condiciones de alimentar las calderas: - Tratamiento por procedimientos químicos.
- Tratamiento por procedimientos térmicos.
Procedimientos para el tratamiento del agua de alimentación
Consiste en añadir al agua que se ha de tratar, determinadas sustancias que produzcan la precipitación de las materias incrustantes que esta agua contenga. Entre los procedimientos, los que más se utilizan son: - Procedimiento de la cal-sosa.
- Procedimiento de la permutita.
Tratamiento del agua de alimentación por procedimientos químicos
El procedimiento de la cal-sosa está basado en que si añadimos al agua cal y sosa (es decir, carbonato sódico), los compuestos cálcicos y magnésicos del agua se descomponen, pudiendo separarse posteriormente por filtración.
Procedimiento de la cal-sosa
Procedimiento de la permutita
En este procedimiento se utilizan ciertos silicatos hidratados de aluminio y sodio, naturales o artificiales, denominados permutitas y que tienen la propiedad de absorber el calcio y el magnesio de las aguas que atraviesan, permutándolos con el aluminio y el sodio, que son sus elementos constituyentes.
Si se destila el agua de alimentación, puede obtenerse agua casi pura. En las centrales térmicas donde se emplean condensadores de superficie, y el vapor condensado vuelve a las calderas, el agua que hay que destilar es solamente la necesaria para compensar el agua perdida por fugas. Los dispositivos utilizados para producir agua destilada para la alimentación de las calderas, se denominan vaporizadores.
Tratamiento del agua de alimentación por procedimientos térmicos
Los grupos electrógenos son equipos que proveen energía eléctrica de forma autónoma ante interrupciones prolongadas y desconexiones programadas de mantenimiento. Todos los grupos electrógenos están formados por diferentes componentes comunes a todas las máquinas, tales como:
Motor. Panel de control. Chasis de base y depósito de combustible. Alternador. Disyuntor de línea. Protecciones. Sistema de refrigeración.
GRUPOS ELECTROGENOS DE SOCORRO
El campo de aplicación de estos grupos puede clasificarse en tres grandes divisiones, en las que resulta primordial el criterio de seguridad. 1. Grandes edificios públicos y privados. Escuelas, hospitales,
grandes almacenes, garages, bancos, teatros, estaciones de bombeo, túneles de carretera, estaciones de ferrocarril, estudios de radiodifusión y televisión.
2. Construcciones militares y de protección civil. Instalaciones subterráneas, refugios antiaéreos, puestos sanitarios, hospitales y cocinas de socorro.
3. Industria. Protección de procesos importantes de fabricación, industrias textiles, imprentas, industrias de productos alimenticios, industrias químicas.
CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS DE SOCORRO
El proyecto de grupos electrógenos depende de las siguientes consideraciones: Potencia total de todos los receptores a alimentar con energía
eléctrica de socorro.
Arranque individual de los grandes motores eléctricos de ascensores, compresores, bombas, etc., o coincidencia de arranque y de funcionamiento de varias de estas máquinas.
Constancia de la tensión en los bornes del alternador en función de las fluctuaciones de carga.
Constancia de la frecuencia del grupo electrógeno de socorro.
DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA A INSTALAR
El motor de explosión se emplea todavía para el accionamiento de pequeños grupos electrógenos. Varias fábricas de automóviles construyen también motores industriales, estacionarios con los correspondientes accesorios. Para los grupos de socorro, estos motores de explosión giran, generalmente, a 3.000 r.p.m. Su ejecución ligera y su producción en grandes series los hacen económicamente ventajosos.
MÁQUINAS MOTRICES UTILIZADAS POR EL ACCIONAMIENTO DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS DE SOCORRO
Sin embargo, el riesgo de incendio que presenta el carburante, limita el campo de aplicación del motor de explosión. Generalmente, los motores de explosión utilizados están refrigerados por aire, a causa de las pequeñas potencias que entran en consideración.
MÁQUINAS MOTRICES UTILIZADAS POR EL ACCIONAMIENTO DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS DE SOCORRO
Por muchas razones, el motor Diesel es la máquina motriz más empleada en los grupos electrógenos de socorro. Su robustez y su moderada velocidad de rotación lo hacen particularmente apto para servicios de larga duración. El combustible es económico y no explosivo, por lo que puede almacenarse fácilmente.
Para los grupos de socorro, la velocidad de los motores Diesel es, generalmente, de 1.500 r.p.m. Hasta potencias de 200 CV y para velocidades de 1.500 r.p.m. se han propuesto motores Diesel con refrigeración por aire.
MÁQUINAS MOTRICES UTILIZADAS POR EL ACCIONAMIENTO DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS DE SOCORRO
Los motores Diesel con refrigeración por agua existen para todas las potencias requeridas. Una ventaja de estos motores es la refrigeración uniforme de todos los cilindros. El precalentamiento del agua puede mejorar el tiempo de arranque del motor frío.
MÁQUINAS MOTRICES UTILIZADAS POR EL ACCIONAMIENTO DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS DE SOCORRO
Grupo electrógeno con motor Diesel: Comprende un generador AEG de 96 kVA, 400/231 V, 1500 rpm y un motor Mercedes Benz de 116 CV, con refrigeración por agua.
MÁQUINAS MOTRICES UTILIZADAS POR EL ACCIONAMIENTO DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS DE SOCORRO
Generalmente, se utilizan generadores trifásicos de 4 polos, es decir, 1.500 r.p.m. que pueden ser, sin ninguna dificultad, máquinas de serie, no de fabricación especial. En lo que se refiere al sistema de excitación en la práctica se utiliza casi siempre uno de los tres procedimientos que citamos a continuación:
Excitación con excitatriz de corriente continua. Autoexcitación. Excitación con excitatriz de corriente alterna.
GENERADORES ELÉCTRICOS UTILIZADOS EN LOS GRUPOS ELECTRÓGENEOS DE SOCORRO
La limitación de la gama de potencias de los grupos electrógenos, permite prever generadores de baja tensión, lo que siempre resulta más económico. Para la mayoría de grupos electrógenos, se exige un funcionamiento totalmente automático. Además de que esto es lo más cómodo, estas instalaciones quedan de esta forma rápidamente en disposición de funcionar y, por otro lado, se evitan falsas maniobras.
INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS
Un esquema de principio de los circuitos principales de un sistema “normal-socorro”.
Circuitos principales
Circuitos principales de una instalación electrógena de socorro con doble juego de barras: 1- Alimentación de la red. 2- Medidas. 3- Salidas de los consumidores no prioritarios. 4- Protección de la red. 5- Grupo electrógeno. 6- Instrumento de control. 7- Protección del alternador. 8- Salida de los consumidores prioritarios. 9- Cortacircuitos principales de la red. 10- Cortacircuitos del alternador. 11- Cortacircuitos de las salidas. 12- Seccionador. 13- Regulación de la tensión.
Un esquema de principio de los circuitos principales de un sistema “normal-socorro”.
Circuitos principales
Las salidas 8 que van a los receptores que deben alimentarse con corriente de socorro, cuando la red local funciona, están alimentadas por medio del contactor 4. En caso de avería en la red, estos receptores se conectan sobre el alternador por medio del contactor 7, después de que el grupo ha llegado a su velocidad de régimen, mientras que las salidas 3 para los otros receptores de energía, permanecen no alimentadas hasta el fin de la avería de la red. El seccionador 12 permite acoplar conjuntamente los dos juegos de barras. Para trabajos de revisión, se desconecta el conjunto de la instalación de socorro, retirando los fusibles, o abriendo los seccionadores 11 y 12.
Un esquema de principio de los circuitos principales de un sistema “normal-socorro”.
Circuitos principales
En caso de restablecimiento de la tensión de la red, los receptores no alimentados quedan inmediatamente alimentados de nuevo por la red, mientras que los receptores que estaban alimentados con corriente de socorro, por razones de seguridad, permanecen todavía cierto tiempo alimentados por el alternador del grupo electrógeno.
El más corriente es el arranque eléctrico. Además de un precio más ventajoso, la principal razón de su empleo es que el dispositivo puede estar constituido por piezas normalizadas y fáciles de suministrar, ya que también se utilizan en la técnica del automóvil. Además la batería necesaria para el arranque puede emplearse también cómo fuente de corriente para la alimentación de los dispositivos de mando y de vigilancia.
Dispositivo de arranque
Arranque neumático. Para los grupos de gran potencia, se emplean preferentemente los sistemas de arranque neumático en los que el aire comprimido a una presión de 30 kg/cm² actúa directamente sobre los cilindros. Los sistemas de baja presión, hasta unos 5 kg/cm², funcionan con motores de aire comprimido que sirven como arrancadores de los motores Diesel de pequeña y medianas potencias. La ventaja de los sistemas neumáticos es que pueden utilizarse las instalaciones normales de aire comprimido.
Dispositivo de arranque
Arranque oleohidráulico. Los sistemas de arranque oleohidráulico exigen muy altas presiones para el aceite (hasta 200 kg/cm²) que, en caso de arranque, se expansiona en el motor de lanzamiento. Se presentan problemas de estanqueidad relativamente complicados y resulta difícil encontrar piezas de recambio, ya que este tipo de arranque no está muy extendido. Su principal ventaja es un fácil arranque aun para grandes motores y, si es necesario, la posibilidad de producir la presión de arranque con ayuda de una bomba de funcionamiento manual.
Dispositivo de arranque
