Como funciona un generador de vapor
Generador de vapor wikipedia
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Un generador de vapor es un dispositivo que utiliza una fuente de calor para hervir agua líquida y convertirla en su fase vapor, denominada vapor. El calor puede proceder de la combustión de un combustible como el carbón, el fuel-oil de petróleo, el gas natural, los residuos urbanos o la biomasa, un reactor nuclear de fisión y otras fuentes.
Hay muchos tipos diferentes de generadores de vapor, desde pequeños humidificadores médicos y domésticos hasta grandes generadores de vapor utilizados en centrales eléctricas de carbón convencionales que generan unos 3.500 kilogramos de vapor por megavatio-hora de producción de energía. La foto adyacente muestra una central eléctrica de 1.150 MW con tres generadores de vapor que generan en total unos 4.025.000 kg/hora de vapor.
¿Cómo produce electricidad un generador de vapor?
La producción de electricidad a partir del vapor suele ser un proceso de tres pasos: el agua se convierte en vapor a alta presión, el vapor a alta presión se convierte en rotación mecánica del eje de una turbina y el eje de la turbina en rotación acciona un generador eléctrico.
¿Cuál es la física de un generador de vapor?
Conversión de calor en electricidad
La alta presión del vapor empuja los numerosos álabes acodados de la turbina, haciendo girar el eje. Esta energía mecánica se convierte en electricidad utilizando la fuerza del eje giratorio para hacer girar un generador eléctrico.
¿Cómo funciona un generador de vapor de caldera?
El vapor a presión se genera dentro de la caldera calentando agua. A continuación, el vapor se transporta por tuberías hasta el punto de uso, como la calefacción radiante de espacios, el accionamiento de una turbina o el calentamiento de un proceso. Cuando el agua se convierte en vapor, los sólidos disueltos se quedan concentrados en el agua de la caldera.
Componentes del generador de vapor
Los generadores de vapor son dispositivos muy prácticos utilizados por personas de todo el mundo para producir corriente eléctrica utilizando vapor caliente. Estos dispositivos utilizan combustible para calentar agua y convertirla en vapor caliente a alta presión que se utiliza para crear electricidad produciendo algún tipo de trabajo mecánico. Son aparatos asequibles que resultan útiles en muchos entornos, tanto comerciales como domésticos.
Los generadores de vapor suelen utilizarse para producir electricidad con una gran cantidad de presión a partir del agua. Funcionan calentando el agua, empujándola a través de una turbina y hacia un condensador. Tras liberar la presión del vapor en la turbina, que a su vez genera electricidad, el vapor se condensa y se reutiliza. Aunque la mayoría de las unidades utilizan la combustión para calentar el agua (como la gasolina o el gasóleo), algunas también pueden funcionar con un panel solar o una batería.
Estas unidades utilizan la energía térmica para convertir el agua en vapor, que a su vez produce energía suficiente para realizar el trabajo necesario para producir electricidad. Este vapor, también conocido como agua caliente, se comprime y presuriza para realizar el trabajo que necesita.
Central eléctrica con generador de vapor
Un generador de vapor es una forma de caldera de bajo contenido en agua, similar a una caldera de vapor flash. La construcción habitual es la de un serpentín en espiral de tubos de agua, dispuestos como un serpentín único o monotubo. La circulación se realiza una sola vez y se bombea a presión, como una caldera de circulación forzada[1]. La construcción de tubos estrechos, sin tambores ni depósitos de gran diámetro, significa que están a salvo de los efectos de la explosión,[nota 1] incluso si trabajan a altas presiones[2]. El caudal de la bomba es ajustable, según la cantidad de vapor que se necesite en ese momento. La potencia del quemador se regula para mantener una temperatura de trabajo constante. La potencia necesaria del quemador varía en función de la cantidad de agua que se evapora: puede ajustarse mediante un control en bucle abierto en función del caudal de la bomba, o mediante un control en bucle cerrado para mantener la temperatura medida.
Uno de los diseños más conocidos es el Stone-Vapor[3][4] La carcasa interior de la caldera forma una campana vertical, con una carcasa cilíndrica exterior hermética. El quemador de gasóleo o gas está montado en la parte superior, por encima de los serpentines y orientado hacia abajo. El elemento calefactor es un tubo único, dispuesto en varios cilindros helicoidales. Las primeras hélices (en la dirección del flujo) son tubos de pequeño diámetro, envueltos en espiras de gran diámetro. Las vueltas siguientes se enrollan dentro de éstas y el tubo aumenta progresivamente de diámetro, para permitir un caudal constante a medida que el agua se evapora en vapor y forma burbujas. La salida de vapor se produce en la última espira, en la parte inferior de la hélice interior. La salida tiene aproximadamente un 90% de vapor (en masa)[4] y el agua residual se separa haciéndola pasar por un separador de vapor y agua. Los gases de escape giran hacia arriba y fluyen por el exterior de la campana, pasando normalmente por hélices adicionales que se utilizan como calentador inicial de agua de alimentación.
Generador de vapor frente a caldera
Las calderas suelen encenderse con fuelóleo pesado. Si, debido a la insuficiencia de vapor para calentar el combustible, es necesario utilizar gasóleo u otro combustible de menor viscosidad, se utilizará un quemador de chorro a presión con la boquilla más pequeña disponible. Si no se dispone de ella, se puede utilizar la boquilla de atomización de vapor o asistida por vapor más pequeña, siempre que las conexiones de vapor estén obturadas. La caldera volverá a funcionar con fuelóleo pesado una vez que se alcance la presión de calentamiento de vapor adecuada.
Si el horno u hornos de la caldera están equipados con sistemas automáticos de purga, éstos deberán estar plenamente operativos. Si el horno u hornos no están equipados con sistemas automáticos de secuencia de purga o no están operativos, antes de encender el quemador, y en cada ocasión posterior antes de volver a encender el quemador o quemadores, los espacios del horno se purgarán utilizando los ventiladores de tiro forzado para proporcionar un mínimo de cinco cambios completos de aire del horno.
El procedimiento de encendido debe seguir las instrucciones del fabricante. El calentamiento debe ser gradual y uniforme, comenzando con un quemador utilizando la punta más pequeña disponible. Normalmente, debe preverse un período de seis horas para elevar el vapor, pero en los casos en que se hayan efectuado reparaciones en el refractario, o en piezas sometidas a presión, el período debe ampliarse a 24 horas utilizando registros alternativos.