Condensador de vapor para una turbina: Una guía completa
¿Qué es un condensador de vapor para una turbina?
Un condensador de vapor para una turbina es un dispositivo que convierte el vapor de escape de baja presión de una turbina de vapor en agua utilizando agua de enfriamiento. La función principal de un condensador de vapor para una turbina es mantener una baja presión de retroceso en el lado de escape de la turbina de vapor, lo que aumenta la eficiencia y la potencia de la planta de energía.
El vapor de escape de la turbina debe expandirse en gran medida para convertir su energía disponible en trabajo mecánico. Si el vapor no se condensa después de realizar su trabajo, no creará suficiente espacio para que el siguiente vapor se expanda al volumen necesario. Por lo tanto, la condensación del vapor en un sistema cerrado reduce su volumen y crea un vacío que disminuye la presión en la salida de la turbina.
Un condensador de vapor para una turbina consta de varios componentes, como una cámara de condensador, suministro de agua de enfriamiento, bombas de aire húmedo y un pozo caliente. La cámara de condensador es donde el vapor se condensa transfiriendo su calor al agua de enfriamiento.
El suministro de agua de enfriamiento proporciona agua fría desde una torre de enfriamiento u otra fuente para circular dentro del condensador. Las bombas de aire húmedo recogen el vapor condensado, aire, vapor de agua no condensado y otros gases del condensador y los descargan a la atmósfera o a un desaerador. El pozo caliente es donde se recoge el vapor condensado y desde donde se puede bombear de vuelta a la caldera de vapor como agua de alimentación.
Existen principalmente dos tipos de condensadores de vapor para turbinas: condensadores de chorro y condensadores de superficie. En los condensadores de chorro, el agua de enfriamiento se rocía sobre el vapor de escape y se mezcla con él. Este es un proceso rápido de condensación de vapor, pero resulta en agua contaminada que no se puede reutilizar como agua de alimentación.
En los condensadores de superficie, el agua de enfriamiento y el vapor de escape están separados por una barrera, como tubos o placas, y la condensación ocurre por intercambio de calor a través de esta barrera. Este es un proceso más lento de condensación de vapor, pero produce agua pura que se puede reutilizar como agua de alimentación.
¿Por qué usar un condensador de vapor para una turbina?
Usar un condensador de vapor para una turbina tiene varias ventajas para la generación de energía, tales como:
Aumenta la eficiencia térmica de la planta de energía al reducir el consumo específico de vapor e incrementar la producción de trabajo por unidad de masa de vapor.
Mejora la calidad del agua de alimentación eliminando gases disueltos e impurezas del vapor condensado.
Reduce la corrosión y la formación de incrustaciones en la caldera y la turbina al evitar el contacto directo entre el vapor y el agua de enfriamiento.
Reduce la contaminación ambiental minimizando el vertido de vapor y agua de enfriamiento a la atmósfera o cuerpos de agua.
Ahorra recursos hídricos reciclando el vapor condensado como agua de alimentación.
¿Cómo funciona un condensador de vapor para una turbina?
El principio de funcionamiento de un condensador de vapor para una turbina se basa en la transferencia de calor y el cambio de fase. El vapor de escape de la turbina entra en el condensador a baja presión y alta temperatura. El agua de enfriamiento entra en el condensador a baja temperatura y alta presión. La transferencia de calor entre los dos fluidos ocurre a través de una barrera que los separa físicamente. La barrera puede ser tubos o placas, dependiendo del tipo de condensador.
A medida que se produce la transferencia de calor, la temperatura del vapor de escape disminuye y libera su calor latente. El calor latente es absorbido por el agua de enfriamiento, que aumenta su temperatura. El vapor de escape cambia su fase de vapor a líquido y se convierte en agua condensada. El agua condensada se acumula en el pozo caliente en la parte inferior del condensador. El agua de enfriamiento sale del condensador a alta temperatura y baja presión.
El agua condensada luego es bombeada por una bomba de extracción de condensado a un desaerador o directamente a una bomba de alimentación de la caldera. El desaerador elimina cualquier aire o gas restante del agua condensada y la calienta antes de enviarla a la bomba de alimentación de la caldera. La bomba de alimentación de la caldera aumenta la presión del agua de alimentación y la entrega a la caldera.
El agua de enfriamiento se descarga a una torre de enfriamiento u otra fuente o se recircula a través de un intercambiador de calor o un economizador. La torre de enfriamiento reduce la temperatura del agua de enfriamiento evaporando parte de ella en el aire. El intercambiador de calor o economizador transfiere parte del calor del agua de enfriamiento a otro fluido, como aire o agua de alimentación.
¿Cuáles son los tipos de condensadores de vapor para turbinas?
Dependiendo de la técnica de condensación, existen principalmente dos tipos de condensadores de vapor para turbinas: condensadores de chorro y condensadores de superficie.
Condensadores de chorro
En los condensadores de chorro, el agua de enfriamiento se rocía sobre el vapor de escape y se mezcla con él. Este es un proceso rápido de condensación de vapor, pero resulta en agua contaminada que no se puede reutilizar como agua de alimentación. La mezcla de agua y vapor se descarga a un pozo caliente, donde es bombeada por una bomba de aire húmedo a un desaerador o a una torre de enfriamiento.
Existen tres subtipos de condensadores de chorro: de nivel bajo, de nivel alto y de chorro eyector. En los condensadores de chorro de nivel bajo, el pozo caliente está colocado al mismo nivel que el condensador, y la mezcla fluye por gravedad. En los condensadores de chorro de nivel alto, el pozo caliente está colocado por encima del condensador y la mezcla es elevada por una bomba. En los condensadores de chorro eyector, el agua de enfriamiento se inyecta a alta velocidad en el vapor de escape y crea un vacío que aspira la mezcla al pozo caliente.
Las ventajas de los condensadores de chorro son:
Son simples, baratos y fáciles de instalar y operar.
Tienen una alta tasa de transferencia de calor y una baja caída de presión.
No requieren un gran suministro de agua de enfriamiento ni un sistema de extracción de aire separado.
Las desventajas de los condensadores de chorro son:
Producen agua impura que no se puede reutilizar como agua de alimentación y requiere tratamiento antes de su disposición.
Tienen un alto consumo de energía para bombear el agua de enfriamiento y la mezcla.
Se ven afectados por la calidad y la temperatura del agua de enfriamiento.
Condensadores de superficie
En los condensadores de superficie, el agua de enfriamiento y el vapor de escape están separados por una barrera, como tubos o placas, y la condensación ocurre por intercambio de calor a través de esta barrera. El agua de enfriamiento pasa a través de una serie de tubos o placas, y el vapor de escape fluye sobre su superficie externa. El calor del vapor es absorbido por el agua de enfriamiento, que aumenta su temperatura.
El vapor de escape cambia su fase de vapor a líquido y se convierte en agua condensada. El agua condensada se acumula en el pozo caliente en la parte inferior del condensador. El agua de enfriamiento sale del condensador a alta temperatura y baja presión.
Existen dos subtipos de condensadores de superficie: de flujo descendente y de flujo contracorriente. En los condensadores de superficie de flujo descendente, el vapor de escape entra por la parte superior y fluye hacia abajo sobre los tubos o placas. En los condensadores de superficie de flujo contracorriente, el vapor de escape entra por un extremo y fluye hacia arriba sobre los tubos o placas, mientras que el agua de enfriamiento entra por el otro extremo y fluye hacia abajo a través de ellos.
Las ventajas de los condensadores de superficie son:
Producen agua pura que se puede reutilizar como agua de alimentación y reducen la corrosión y la formación de incrustaciones en la caldera y la turbina.
Tienen un bajo consumo de energía para bombear el agua de enfriamiento y el agua condensada.
No se ven afectados por la calidad y la temperatura del agua de enfriamiento.
Las desventajas de los condensadores de superficie son:
Son complejos, costosos y difíciles de instalar y operar.
Tienen una baja tasa de transferencia de calor y una alta caída de presión.
Requieren un gran suministro de agua de enfriamiento y un sistema de extracción de aire separado.
¿Cómo elegir un condensador de vapor para una turbina?
La elección de un condensador de vapor para una turbina depende de varios factores, como:
El tamaño y capacidad de la planta de energía
La disponibilidad y costo del agua de enfri
