Preguntas frecuentes de Turbinas de vapor ¿Qué diferencia hay entre presión absoluta (bar(a)) y presión relativa (barg)? La presión absoluta se refiere a la presión comparada con el vacío, mientras la presión relativa considera la diferencia de presión con respecto a la presión atmosférica. Siendo la presión atmosférica al nivel del mar aprox. 1 bar, la presión absoluta = la presión relativa + 1 bar. En estos proyectos es importante especificar a qué presión se refiere cuando se indica datos de presión de vapor, ya que la diferencia de energía que hay entre vapor saturado a 1 bar(a) y 2 bar(a) no es la misma que entre 1 barg y 2 barg (31 kJ/kg frente a 19 kJ/kg).
¿Qué significa y qué diferencia hay entre vapor húmedo, vapor saturado y vapor sobrecalentado? Se trata de conceptos básicos de termodinámica que intentaremos explicar de forma simplificada: Si se caliente agua líquida hasta llegar a la temperatura de ebullición (que depende de la presión), empieza a evaporar. Cuando todo el agua (líquido) se ha evaporado (gas), sin que haya cambiado la presión, hablamos de “vapor saturado”. Mientras se evap ora el agua líquida y el vapor coexisten y tienen la misma temperatura. El vapor saturado se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. El vapor sobrecalentado se crea por el sobrecalentamiento del vapor saturado. Este vapor tiene mayor temperatura comparado con el vapor saturado si están a la misma presión. Esto quiere decir que es un vapor que contiene mayor temperatura y menor densidad que el vapor saturado en una misma presión. El vapor húmedo es la forma más común de vapor que se pueda experimentar en instalaciones que trabajan con vapor. Cuando el vapor saturado se genera utilizando una caldera, generalmente contiene humedad proveniente de las partículas de agua no vaporizadas, las cuales son arrastradas hacia las líneas de distribución de vapor. Por eso la líneas de distribución de vapor disponen de separadores y purgadores, que sirven para separar ambas fases (liquido – gas) y evacuar el líquido de los tubos. En las turbinas S2E el vapor normalmente sale como vapor húmedo, y una parte del agua líquido contenido en este vapor ya se ha evacuado por el ramal de los condensados.
¿Qué rendimiento tiene la turbina? Si se considera la diferencia de la entalpía entre el vapor a la entrada y la salida, la turbina tiene un rendimiento eléctrico de >50%, es decir que transforma más de la mitad de la diferencia de energía en electricidad. Si se considera la diferencia de la entalpía entre el vapor a la entrada de la turbina y el agua (procedente del tanque de condensados) que entra a la caldera, el rendimiento eléctrico es <10%. Por eso es tan importante para la viabilidad económica del proyecto tener una aplicación térmica en el proceso, ya que si no se aprovecha el calor sería necesario disipar gran parte de la energía. Disipar energía no solo es ineficiente, sino que además cuesta dinero (torres de refrigeración, dispositivos de tratamiento de agua, etc.).
¿Qué requisitos tiene qué cumplir el vapor para que se pueda utilizar en la turbina? En proyectos con turbinas S2E la potencia de la turbina se selecciona según los datos del vapor disponible. Dicho de otra manera, las cantidades y condiciones del vapor no son establecidos de antemano, sino se selecciona la turbina adecuada según la cantidad y características del vapor del proyecto. El vapor puede estar saturado o sobrecalentado, y la calidad del vapor es aceptable si este ha sido generado en una caldera de vapor alimentada con agua que corresponde a la Norma UNE EN 1295310-2003. No debe arrastrar impurezas para impedir el desgaste de la turbina. Se debe disponer de un caudal mínimo de vapor, y no se debe superar cierto caudal máximo. Ambos valores no son absolutos, ya que dependen de las condiciones de entrada y salida del vapor. Aquí datos aproximados para el rango aproximado de parámetros para el vapor admisible:
Presión vapor entrada: min. 4 bar(a); max. 35 bar(a) Temperatura de vapor entrada: min. 130ºC; max. 350ºC Presión vapor salida: min. 1,1 bar(a); max.15 bar(a)
Temperatura de vapor salida: min. 105ºC Caudal de vapor: min. 1-3 tn/h; max. 20 tn/h
¿Qué criterios influyen para la viabilidad técnica de proyectos con turbinas de vapor S2E? Para la viabilidad técnica de la aplicación de la turbina hay 2 factores principales: la diferencia de entalpía entre el vapor a la entrada y la salida, y el caudal del vapor que pasa por la turbina. La posibilidad de aplicación de una turbina S2E en un proyecto depende básicamente de la combinación entre estos 2 factores. En principio interesa que la diferencia de entalpía entre el vapor que entra y el que sale sea grande. Por eso conviene tener un Δp (diferencia entre presión de entrada y de salida) g rande, y cuanto más baja este la presión de salida mejor. El caudal de vapor necesario para poder aplicar la turbina en un proyecto concreto dependerá de los valores de presión del vapor a la entrada y a la salida. Si el Δp (o más bien el Δh, que es la dif erencia de entalpía) no es muy grande, será necesario mayor caudal para permitir la viabilidad técnica de la aplicación de la turbina. Un ejemplo aproximado con vapor saturado: p1 = 12 barg; p2 = 0,5 barg Para accionar la turbina más pequeña de 50 kWe (S2E 50) serían necesario unos 1000 kg/h de este vapor, lo que corresponde a unos 700 kW térmicos. Habría que utilizar o disipar un total de casi 600 kW térmicos (disponibles en el vapor a la salida de la turbina) para producir 50 kW eléctricos. Al ser 1000 kg/h un caudal crítico (muy bajo), no sería posible modular la turbina, porque su operación no sería viable con un caudal menor.
¿Qué criterios influyen para la viabilidad económica? Las horas de funcionamiento a pleno régimen de la turbina. Cuanto más horas este funcionando menor tiempo de recuperación de la inversión. La turbina esta diseñada para trabajar en continuo durante >8000 horas anuales, y en principio solo requiere de una parada de mantenimiento anual. Que se aproveche 100% de la energía contenida en el vapor que sale de la turbina. La turbina se tiene que dimensionar según las necesidades térmicas de la aplicación. De esta manera, se cubren las necesidades térmicas del proceso, y de paso se produce electricidad. Si no se aprovecha el vapor a la salida de la turbina, tengo que disipar toda la energía necesaria para condensar el vapor y poder reintroducir el agua al generador de vapor. El coste de la electricidad ahorrado (si se autoconsumo lo generado en vez de comprar lo de la red eléctrica), y/o el valor de retribución por kWh (en caso de venta de la electricidad producida).
La turbina puede modular (trabajar a cargas parciales)? En principio si, pero el rango depende sobre todo del caudal del vapor a régimen nominal de cada caso. Cuanto más caudal mayor rango de modulación es posible (<50%). La operación de la turbina no es posible por debajo de cierto caudal, cuya cantidad depende básicamente de la diferencia de presión entre el vapor entrante y a la salida de la turbina. Si el caudal a plena carga es crítico, no se podrá modular la turbina y solo podrá funcionar a régimen nominal (véase ejemplo del punto 5).
¿Qué necesidades y costes de mantenimiento tiene la turbina? Revisión anual: El tiempo de parada de la turbina es de aprox. 8 horas, y el coste es de unos 1.500 €/revisión. Se lleva a cabo por técnicos mantenedores cualificados y autorizados por Industria, efectuando las siguientes operaciones:
cambio de aceite turbina y generador análisis visual del funcionamiento revisión de juntas de conexiones de entrada y salida de vapor, y de salida de condensados comprobación de temperatura y presión en la turbina comprobación temperatura de aceite de turbina comprobación de la potencia de la tur bina
Cambio de rodamientos: Cada 25.000 horas de funcionamiento es necesario cambiar los rodamientos de la turbina y del
generador. El tiempo de parada del equipo estimado previsto para esta operación es de unos 2 días, y el coste (incluyendo los rodamientos) es de aprox. 6000 €.
¿Qué vida útil tiene la turbina? Las turbinas de vapor S2E están diseñadas para una vida útil de 100.000 horas de funcionamiento.
¿Cómo se controla la turbina? En el suministro de la turbina se incluye una válvula para regular el caudal a la entrada de la turbina. Se controla por el cuadro de control principal del modulo, y se acciona mediante aire comprimido que se tiene que proveer por parte el cliente. Hay 2 parámetros de vapor a la salida: 1. 2.
la presión y temperatura del vapor que sale de la turbina (p2 y T2) la potencia de electricidad generada
Uno de estos 2 parámetros se tiene que definir como primario. Si el objetivo es mantener constante p2 y T2, la electricidad producida varía según varía el caudal de vapor disponible. Si el objetivo es mantener constante la generación eléctrica, los parámetros p2 y T2 pueden variar y dependerán directamente de las condiciones del vapor disponible a la entrada de la turbina (caudal, p1 y T1).