EL CICLO AGUA-VAPOR

El fluido agua/vapor en una central termoeléctrica con sistema de generación de energía mecánica a partir de una turbina de vapor sigue el ciclo ideado por el escocés William John Macquorn Rankine a mediados del siglo XIX.

Este es un artículo extraído del libro CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE BIOMASA

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El esquema de dicho ciclo puede verse en la figura adjunta. En el ciclo Rankine se distinguen cuatro procesos, dos isoentrópicos (misma entropía) y dos isobáricos (misma presión). La bomba y la turbina son los equipos que operan según procesos isoentrópicos (adiabáticos e internamente reversibles). La caldera y el condensador operan sin pérdidas de carga y por tanto sin caídas de presión.

foto biomasa 34

El ciclo completo comprende pues los siguientes procesos:

Proceso 1-2: Compresión isoentrópica del fluido de trabajo en fase líquida mediante una bomba, lo cual implica un consumo de potencia. Se aumenta la presión del fluido de trabajo hasta el valor de presión en el generador de vapor. Aunque es un proceso que consume energía, la compresión de un líquido es mucho más económica energéticamente hablando que la compresión de un gas, razón por la cual se aumenta la presión en el líquido con un equipo mecánico, en vez de hacer aumentar la presión del vapor que sería mucho más costoso.

Proceso 2-3: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera o el generador de vapor. En un primer tramo del proceso el fluido de trabajo se calienta hasta la temperatura de saturación o ebullición, y luego tiene lugar el cambio de fase líquido-vapor. Este vapor es el utilizado por la turbina para generar la potencia del ciclo (la potencia neta del ciclo se obtiene realmente descontando la consumida por la bomba, aunque esta suele muy pequeña en comparación).

Proceso 3-4: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador. Se realiza en una turbina de vapor y se genera potencia en el eje de la misma.

Proceso 4-1: Transmisión de calor a presión constante desde el fluido de trabajo hacia el circuito de refrigeración, de forma que el fluido de trabajo alcanza el estado de líquido saturado. Se realiza en un condensador (intercambiador de calor), idealmente sin pérdidas de carga. 

foto biomasa 32

 El capítulo dedicado al ciclo agua-vapor estudia además los siguientes puntos:

  • 10.1 EL CICLO RANKINE
  • 10.2 LA FUNCIÓN DEL CICLO AGUA-VAPOR
  • 10.3 EL ESQUEMA DE CICLO AGUA-VAPOR
  • 10.4 EL CONDENSADOR
  • 10.5 LAS BOMBAS DE CONDENSADO
  • 10.6 PRECALENTADORES DE BAJA PRESIÓN
  • 10.7 TANQUE DE AGUA DE ALIMENTACIÓN
  • 10.8 BOMBAS DE AGUA DE ALIMENTACIÓN
  • 10.9 PRECALENTADORES DE ALTA PRESIÓN
  • 10.10 VÁLVULA DE BY-PASS DE ALTA PRESIÓN

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INDICE COMPLETO DEL LIBRO "CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE BIOMASA"

1 LA BIOMASA 

 1.1 QUÉ ES LA BIOMASA          
 1.2 LA BIOMASA COMO FUENTE ENERGÉTICA                                                    
 1.3 LA COMBUSTIÓN Y EL EFECTO INVERNADERO 
 1.4 LA PRODUCCIÓN MUNDIAL DE BIOMASA 
 1.5 APLICACIONES DE LA BIOMASA EN LAS INDUSTRIAS 
 1.6 LA IMPORTANCIA ECONÓMICA DE LA BIOMASA 
 1.7 EL PLAN DE ENERGÍAS RENOVABLES 2005-2010 
 1.8 VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN EL USO DE BIOMASA 
 1.9 LA GENERACIÓN ELÉCTRICA A PARTIR DE BIOMASA 
 1.10 PLANTAS DE BIOMASA EN ESPAÑA 
             1.10.1 Plantas de biomasa en Andalucía 
             1.10.2 Resto de España 
 2 TIPOS DE BIOMASA 
 2.1 BIOMASA NATURAL 
 2.2 BIOMASA RESIDUAL 
             2.2.1 Residuos agrícolas 
             2.2.2 Residuos forestales 
             2.2.3 Residuos de industrias agrícolas y agroalimentarias 
             2.2.4 Residuos de industrias forestales 
             2.2.5 Residuos ganaderos 
             2.2.6 Residuos urbanos 
 2.3 EXCEDENTES AGRÍCOLAS 
 2.4 CULTIVOS ENERGÉTICOS 
             2.4.1 Qué son los cultivos energéticos 
             2.4.2 Características que deben tener los cultivos energéticos 
             2.4.3 Clasificación de los cultivos energéticos 
             2.4.4 Los cultivos energéticos en España 
             2.4.5 Ventajas e inconvenientes de los cultivos energéticos 
             2.4.6 Aspectos económicos a tener en cuenta 
             2.4.7 Aspectos medioambientales a tener en cuenta 
             2.4.8 La paulownia 
             2.4.9 El cardo 
             2.4.10 La planta de tabaco 
 3 PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA 
 3.1 PROCESOS FÍSICOS 
 3.2 PROCESOS TERMOQUÍMICOS 
             3.2.1 Combustión 
             3.2.2 Gasificación 
             3.2.3 Pirolisis 
 3.3 PROCESOS BIOLÓGICOS 
             3.3.1 La fermentación alcohólica 
             3.3.2 La fermentación metánica 
 3.4 PROCESOS QUÍMICOS: TRANSESTERIFICACIÓN 
 4 LA COMBUSTIÓN 
 4.1 QUÉ ES LA COMBUSTIÓN 
 4.2 REACCIONES QUÍMICAS DEL PROCESO 
 4.3 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE LA BIOMASA 
 4.4 EL PODER CALORÍFICO DE LA BIOMASA 
             4.4.1 Poder calorífico superior e inferior 
             4.4.2 Poder calorífico de diversas biomasas 
 4.5 TIPOS DE COMBUSTIÓN 
             4.5.1. Combustión completa 
             4.5.2. Combustión incompleta 
             4.5.3. Combustión estequiométrica 
             4.5.4. Combustión con exceso de aire 
             4.5.5. Combustión con defecto de aire o rica 
 5 EL MERCADO ELÉCTRICO
 5.1 EL MERCADO ELÉCTRICO 
 5.2 LOS 6 MERCADOS INTRADIARIOS 
             5.2.1 Ofertas de venta en los mercados intradiarios 
             5.2.2 Ofertas de compra en los mercados intradiarios 
             5.2.3. Procesos de casación y resultados 
 5.3 LA OPERACIÓN DEL SISTEMA 
             5.3.1 Mercados de servicios de ajuste del sistema 
             5.3.2 Solución de restricciones técnicas 
             5.3.3 Servicios complementarios 
 5.4 EL MERCADO ELÉCTRICO Y LAS ENERGÍAS RENOVABLES 
             5.4.1 La venta a tarifa 
             5.4.2 La venta a mercado + prima 
             5.4.3 Contratos bilaterales 
             5.4.4 Los mercados intradiarios 
             5.4.5 Desvíos 
             5.4.6 Complementos 
             5.4.7 La retribución final 
 6 SITUACIÓN ACTUAL Y MARCO LEGISLATIVO 
 6.1 LEY 54/1997 
 6.2 LEY  17/2007 
 6.3 RD 1955/2000 
 6.4 RD 661/2007 
 6.5 RDL 6/2009 
 6.6 RD 1565/2010 
 6.7 RDL1/2008 SOBRE EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL 
 7 LAS CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE BIOMASA
 7.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DE UNA CENTRAL DE BIOMASA 
 7.2 MODOS DE FUNCIONAMIENTO HABITUALES 
             7.2.1 Funcionamiento en paralelo con la red 
             7.2.2 Funcionamiento en isla 
             7.2.3 Funcionamiento sin la central de generación 
 7.3 PARÁMETROS CARACTERÍSITICOS DE UNA P. DE BIOMASA 
 7.4 SISTEMAS QUE COMPONEN UNA PLANTA DE BIOMASA 
 8 PRETRATAMIENTO DE LA BIOMASA 
 8.1 ALMACENAMIENTO DE LA BIOMASA 
             8.1.1 Tipos de almacenes 
             8.1.2 Criterios de selección del tipo de almacenamiento 
             8.1.3 Controles a efectuar en el parque de biomasa 
 8.2 TRANSPORTE HASTA LA CALDERA 
 8.3 NECESIDAD DE LOS TRATAMIENTOS PREVIOS 
 8.4 EL SECADO 
 8.5 ASTILLADO 
 8.6 MOLIENDA 
 8.7 CRIBADO 
 8.8 PELLETS 

 8.9 ALMACENAMIENTO INTERMEDIO 

 8.10 PESAJE: EL CONTROL DE LA CANTIDAD INTRODUCIDA 
 8.11 DOSIFICACIÓN EN LA CALDERA 
 

9 LA CALDERA DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA 

 9.1 LA CALDERA DE COMBUSTIÓN 
 9.2 FASES EN EL PROCESO DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA 
 9.3 TIPOS DE CALDERA SEGÚN LA CIRCULACIÓN DE AGUA 
             9.3.1 Calderas pirotubulares 
             9.3.2 Calderas acuotubulares 
 9.4 TIPOS DE CALDERAS SEGÚN LA FORMA DE COMBUSTIÓN 
             9.4.1 Calderas de parrillas móviles 
             9.4.2 Calderas de lecho fluidizado 
             9.4.3 Calderas de quemador de suspensión 
             9.4.4 Comparación de tecnologías parrilla—lecho fluido 
 9.5 TIPOS DE CALDERAS SEGÚN LA PRESIÓN DEL HOGAR 
 9.6 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE CALDERAS DE BIOMASA 
 9.7 LA ENTRADA DE AIRE COMBUSTIBLE 
 9.8 LA ENTRADA DE COMBUSTIBLE 
 9.9 EL HOGAR. ZONA DE RADIACIÓN 
 9.10 EL SOBRECALENTADOR 
 9.11 EL EVAPORADOR 
 9.12 EL ECONOMIZADOR 
 9.13 SALIDA DE GASES 
             9.13.1 Separadores ciclónicos 
             9.13.2 Filtros de mangas 
             9.13.3 Electrofiltros 
             9.13.4 Sistema de monitorización continua de emisiones gaseosas
 9.14 SALIDA DE CENIZAS 
 9.15 PROBLEMAS EN CALDERAS DE BIOMASA 
 10 EL CICLO AGUA-VAPOR 
 10.1 EL CICLO RANKINE 
 10.2 LA FUNCIÓN DEL CICLO AGUA-VAPOR 
 10.3 EL ESQUEMA DE CICLO AGUA-VAPOR 
 10.4 EL CONDENSADOR 
 10.5 LAS BOMBAS DE CONDENSADO 
 10.6 PRECALENTADORES DE BAJA PRESIÓN 
 10.7 TANQUE DE AGUA DE ALIMENTACIÓN 
 10.8 BOMBAS DE AGUA DE ALIMENTACIÓN 
 10.9 PRECALENTADORES DE ALTA PRESIÓN 
 10.10 VÁLVULA DE BY-PASS DE ALTA PRESIÓN 
 11 LA TURBINA DE VAPOR 
 11.1 LA TURBINA DE VAPOR, UNA MÁQUINA EXPERIMENTADA 
 11.2 CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS DE VAPOR 
             11.2.1 Según la transformación de e. potencial en rotación 
             11.2.2 Según la presión a la entrada de la turbina 
             11.2.3 Según la presión del vapor de salida 
             11.2.4 Según la dirección del flujo en el rotor 
             11.2.5 Según la presencia de tomas intermedias de vapor 
             11.2.6 Según su conexión mecánica con otras turbinas 
 11.3 PARTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA DE VAPOR 
             11.3.1 Sistema de admisión 
             11.3.2 El rotor 
             11.3.3 La carcasa 
             11.3.4 Álabes 
             11.3.5 Cojinetes de apoyo, de bancada o radiales 
             11.3.6 Cojinete de empuje o axial 
             11.3.7 Sistema de lubricación 
             11.3.8 Sistema de extracción de vahos 
             11.3.9 Sistema de refrigeración de aceite 
             11.3.10 Sistema de aceite de control 
             11.3.11 Sistema de sellado de vapor 
             11.3.12 Virador 
 11.4 EL SISTEMA DE CONTROL 
 11.5 ELEMENTOS AUXILIARES DE LA TURBINA 
             11.5.1 Bancada 
             11.5.2 Nave de turbina 
             11.5.3 Puente grúa 
             11.5.4 Reductor 
 12 SISTEMAS ELÉCTRICOS DE ALTA Y BAJA TENSIÓN 
 12.1 EL GENERADOR ELÉCTRICO 
 12.2. LOS SISTEMAS DE ALTA Y MEDIA TENSIÓN 
             12.2.1 Transformador principal 
             12.2.2 Transformador de servicios auxiliares 
             12.2.3 Interruptor de máquina 
             12.2.4 Interruptor automático 
             12.2.5 Seccionadores de barras y línea 
             12.2.6 Barra de media tensión 
             12.2.7 Línea de evacuación 
             12.2.8 Protección contra rayos 
             12.2.9 Red de tierras 
             12.2.10 Transformadores tensión (TT) 
             12.2.11 Transformadores de intensidad (TI) 
             12.2.12 Protecciones 
 12.3 EL SISTEMA DE BAJA TENSIÓN 
 13 SISTEMAS AUXILIARES 
 13.1 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN PRINCIPAL 
             13.1.1 Circuito abierto 
             13.1.2 Circuito semiabierto con torre de refrigeración 
             13.1.3 Circuito cerrado, con aerocondensador 
 13.2 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE EQUIPOS 
 13.3 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA (PTA) 
 13.4 PLANTA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES 
 13.5 SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO

  13.6 SISTEMA CONTRAINCENDIOS

 

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