El Condensador de una central termosolar 

Este artículo, extraído del libro OPERACIÓN Y MANTENMIENTO DE CENTRALES TERMOSOLARES, analiza el condensado,  uno de los equipos estrella del ciclo agua-vapor. Es el encargado de condensar el vapor “muerto”, que sale de la turbina sin capacidad para generar trabajo mecánico. La condensación del vapor para convertirlo de nuevo en agua líquida viene impuesta por la necesidad de aumentar la presión del fluido antes de entrar en el tren de generación de vapor.

foto condensador

 

Aumentar la presión de un gas es energéticamente muy caro, mientras que aumentar la presión de un líquido es mucho más sencillo (basta presionar, al ser prácticamente incompresible). De esta manera el aumento de presión se realiza en la bomba de alimentación, mientras que el aumento de temperatura se produce en los precalentadores y en los intercambiadores que forman parte del tren de generación de vapor. 

El condensador es un intercambiador carcasa-tubo en los que el agua de refrigeración (fluido refrigerante) circula por los tubos, y el vapor (fluido enfriado) circula por el lado de la carcasa (mayor área de transmisión de calor). Los tubos están agrupados en paquetes, dispuestos normalmente de forma horizontal, con una pequeña pendiente para poder ser drenados con facilidad. En la fotografía de la figura adjunta puede verse un intercambiador de un paso por el lado vapor y dos pasos por el lado de agua de refrigeración, con la entrada de vapor en disposición axial y situado en el exterior de la nave de turbina. Esta es una configuración muy habitual en centrales termosolares.

El condensador es un gran intercambiador de calor. En este intercambiador se usan grandes cantidades de agua de refrigeración para condensar el vapor, cantidad que depende fundamentalmente del caudal de vapor que se pretende condensar y del título del vapor a la salida de la turbina.  

Como simple ejemplo, en una planta de 50 MW a plena carga se requieren unos 2000 litros por segundo de agua de refrigeración. Por el interior de los tubos del condensador circula el agua fría, y por el exterior de los tubos circula el vapor. Al entrar en contacto con los tubos fríos el vapor se condensa, cediendo casi 80 MJ/s de flujo energético (o lo que es lo mismo, la potencia térmica que intercambia es de 80 MW).

El condensador trabaja normalmente a vacío, esto es, una presión inferior a la atmosférica. La razón es doble:

  • Que el salto de presión que se produzca en la turbina sea el mayor posible. Hay que recordar que una turbina de vapor funciona por diferencia de presión entre la entrada y la salida, de manera que cuanto mayor sea la diferencia entre ambos puntos mayor será la potencia que puede entregar la turbina. 
  • Que la temperatura de condensación o temperatura del equilibrio líquido-vapor sea la menor posible, facilitando el proceso de cesión de calor al circuito de refrigeración.
  •  Eliminar los gases incondensables que circulan con el vapor, ya que la mayor parte de ellos son perjudiciales para los equipos que forman el ciclo agua-vapor.

 

Normalmente el agua de refrigeración, en una buena parte de las centrales de generación termoeléctricas, cede el calor que ha adquirido en el condensador en torres evaporativas. En plantas en las que por falta de agua de refrigeración o por restricciones medioambientales no es posible utilizar torres se emplean aerocondensadores, que enfrían el agua de refrigeración por intercambio térmico con aire ambiental.

 

aerogenerador

 

Además de la función principal del condensador, que es condensar el vapor de escape de la turbina, éste tiene otra función: eliminar gases incondesables del condensado. Debe eliminarse el oxígeno y otros gases no condensables hasta los niveles requeridos por los materiales utilizados y por el tipo de tratamiento químico que se le dará al agua de alimentación.

 

esquema de funcionamiento de un aerogenerador

 

Estos gases incondensables por enfriamiento con el circuito de refrigeración son mayoritariamente O2, N2 y CO2, además de otros gases minoritarios. Para llevar a cabo la eliminación de estos gases incondensables el sistema se basa en la ley de Henry, que dice que “la concentración del gas disuelto en una solución es directamente proporcional a la presión parcial de ese gas en el espacio libre por encima del líquido, con la excepción de aquellos gases (por ejemplo, CO2 + NH3) que se enlazan químicamente con el disolvente”.  

Los gases incondensables se eliminan  gracias al sistema de producción de vacío en el condensador (eyectores y/o bombas de vacío), que por tanto, tienen dos funciones: hacer que el salto de presión sea mayor en la turbina de vapor y eliminar esos gases. Como con este sistema no se elimina todo el O2, al circuito se le añaden secuestrantes de oxigeno (como la hidrazina) para controlar el nivel de oxigeno disuelto. Existe otro punto en el que se eliminan estos gases incondensables: el desgasificador, cuyo funcionamiento se estudia más adelante. 

El condensador físicamente es un gran rectángulo o cilindro en el que se descarga el vapor, y en su interior tiene una gran cantidad de tubos por el que circulará el fluido refrigerante. 

 

 foto condensador dos

 

Las condiciones en que trabajan los tubos del condensador son especialmente duras, al ser condiciones en que la corrosión, las incrustaciones y la proliferación de especies biológicas están especialmente favorecidas. Los materiales recomendados para la construcción de los tubos interiores del condensador suelen ser los siguientes:

  • Almirantazgo BWG 18 si el fluido refrigerante es agua dulce.
  • Cobre-níquel 90 a 10, BWG 20, incluso titanio, para agua salada.

 

Los tubos deben estar bien fijados para soportar el efecto de las vibraciones provocadas por la alta velocidad del vapor.

 

tubos del condensador

 

¿Quieres conocer más?

Encontrarás más información en el libro OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CENTRALES TERMOSOLARES y en la página www.centralestermosolares.com

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