TURBINAS DE VAPOR EN PLANTAS DE BIOMASA

La turbina de vapor de una central termoeléctrica de biomasa es un equipo robusto y sencillo, y como máquina industrial, es una máquina madura, bien conocida y muy experimentada. Se conoce casi todo de ella, de su comportamiento mecánico y de sus principios de funcionamiento termodinámicos. Más del 50 % de la energía eléctrica generada en el mundo se produce diariamente con turbinas de vapor.

 Este es un artículo extraído del libro CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE BIOMASA

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La turbina es el equipo encargado de transformar energía potencial en forma de presión de vapor en energía cinética de rotación. El funcionamiento es muy sencillo: se introduce vapor a una temperatura y presión determinadas y la expansión de este vapor en el interior de la carcasa hace girar los álabes unidos a un eje rotor; a la salida de la turbina, el vapor que se introdujo tiene una presión y una temperatura inferior.

La mayor parte de la energía perdida por el vapor entre la entrada y la salida se emplea en mover el rotor, y una pequeña parte se pierde en forma de roces del vapor con partes fijas, rozamiento del eje en los cojinetes, pérdidas de calor por la carcasa en forma de radiación, conducción o convección, y fugas de vapor, internas o externas.

La turbina necesita también de unos equipos auxiliares muy sencillos, como un sistema de lubricación, de refrigeración del aceite de lubricación, un sistema de regulación y control, conductos de entrada y salida de vapor, un recinto de insonorización debidamente ventilado y una cimentación y soportes en que apoyarse. 

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La turbina es un equipo tan conocido y robusto que si se respetan una serie de normas elementales tiene una vida útil larga y exenta de problemas. Las cuatro normas que hay que cumplir de forma estricta son las siguientes:

1. Utilizar un vapor de las características físico-químicas apropiadas.

2. Respetar las instrucciones de operación en arranques, durante las variaciones de carga y durante las paradas del equipo, especialmente las rampas de calentamiento y enfriamiento del equipo.

3. Respetar las consignas de protección del equipo, y si se observa algún síntoma de mal funcionamiento (vibraciones, temperaturas elevadas, falta de potencia, etc.) se debe parar y revisar el equipo. En ningún caso se deben sobrepasar los límites establecidos de determinados parámetros para poder continuar la producción con ella en producción o realizar su puesta en marcha. No deben alterarse pues los valores de las alarmas y consignas de protección, y es necesario vigilar de forma constante los avisos que emite el sistema de control.

4. Realizar los mantenimientos programados con la periodicidad prevista por el fabricante. 

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Otros puntos tratados en el capítulo TURBINAS 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                                                                                                                                           

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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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