Introduccin

Las instalaciones de turbina de vapor son las plantas de potencia (motores trmicos) utilizadas de forma masiva para la produccin de electricidad en el mundo, tanto en centrales trmicas convencionales como en las nucleares. En ellas se emplea vapor de agua como fluido de trabajo por su abundancia y buenas caractersticas termodinmicas.

El ciclo bsico de trabajo en estas instalaciones es el ciclo de Rankine formado por un calentamiento vaporizacin a presin constante, una expansin adiabtica, un enfriamiento condensacin a presin constante y una compresin en fase liquida adiabtica. Estos procesos se realizan en la caldera, turbina de vapor, condensador y bomba respectivamente.

Las mejoras habituales para mejorar el trabajo y el rendimiento del ciclo de Rankine son el recalentamiento del vapor y el calentamiento regenerativo del agua de alimentacin a la turbina.

Objetivos

Definir el ciclo de potencia de vapor Rankine regenerativo. Puntualizar las tcnicas de regeneracin en ciclos de turbinas.

Ciclo regenerativo La tcnica de regeneracin en los ciclos de mquinas trmicas consiste en la utilizacin de la propia energa del fluido del trabajo del ciclo para hacer procesos de calentamiento. La ventaja de esto no es que no se utilice energa exterior al sistema, esto es que no se queme combustible para realizare el calentamiento ya que el calor que sede el fluido de trabajo previamente lo ha recibido de combustible.El fluido de trabajo suele estar a menor temperatura que el foco caliente, por lo que el calentamiento se hace con menor diferencia de temperatura por lo que las irreversibilidades son menores y la eficiencia del calentamiento mayor. Se podra decir que el calentamiento se ha realizado con un fluido a menor temperatura del que ya se podra extraer trabajo con rendimiento aceptable.

Tcnicas de regeneracin en ciclos de turbinas

al contrario que en la turbina de gas, la realizacin de la tcnica de regeneracin en ciclos de turbina de vapor no es sencilla. Lo ms simple seria utilizar el vapor de salida de la turbina para realizar el calentamiento. Sin embargo, ya que en el proceso de condensacin se ha acercado la temperatura del vapor lo ms posible a la del ambiente, aquella no permite hacer un calentamiento a la bomba de la salida y antes de entrar a la caldera.

Otra forma de realizar esta tcnica seria aprovechar la energa del vapor a su paso por la turbina, no solamente para obtener trabajo, sino tambin para obtener calor. En este caso la turbina dejara de ser una turbina adiabtica, puesto que el vapor perdera calor y tambin perdera entropa. As, el ttulo del vapor a la salida de la turbina bajara, por lo que esta tcnica de regeneracin no es apropiada.

Por ltimo, la tercera forma de realizar la regeneracin consiste en la extraccin de parte del vapor que evoluciona por la turbina para utilizarla en el calentamiento del agua de alimentacin. Se distinguen diferentes mtodos de regeneracin en funcin del tipo de calentador de agua empleado y de la disposicin de los flujos, como se describe en los siguientes apartados. Las ventajas de hacer este tipo de regeneracin es que el ttulo del vapor a la salida de la turbina no se modifica. Simplemente se modifica el caudal.

Al hacer una extraccin del vapor de la turbina se reduce el trabajo que puede realizar la turbina y por lo tanto la potencia de la instalacin. Sin embargo, el rendimiento del ciclo se mejora porque, como se ha comentado ya, el calentamiento del agua lquida de la caldera se realiza con una diferencia de temperatura que cuando se realiza con gases de la caldera. Tambin se manifiesta el aumento del rendimiento del ciclo por una disminucin del calor necesario a evacuar en el condensador.

Regeneracin con calentador de mezclaEn este caso se utiliza un calentador de agua en el cual se produce la mezcla entre el vapor extrado de la turbina con el agua salida del condensador que va hacia la caldera.

Por simplicidad, en la figura anterior la extraccin de vapor en la lnea de recalentamiento de vapor. En general, la extraccin se realiza en la propia turbina de vapor, aunque cuando se ponen varios calentadores, se aprovecha la lnea de recalentamiento para alimentar uno de ellos. La ventaja de este mtodo para hacer recalentamiento, es que con l se alcanza un buen rendimiento del ciclo.

Regeneracin en cascada AscendenteEn este mtodo de regeneracin se emplea un calentador de agua de superficie en el que no hay contacto entre el vapor de la extraccin de la turbina con el agua de alimentacin. Esto permite que ambos fluidos tengan presiones muy diferentes, lo que permite seleccionar con mas libertad la temperatura a la que se realiza el calentamiento. Tambien por no haber una mezcla entre las corrientes, el vapor de la extraccin se condensara y eventualmente, se sub- enfriara hasta una temperatura similar a la del agua de alimentacin. Estos drenajes se bombean entonces hasta la presin de agua de alimentacin y se mezclan con esta a la salida del calentador como se presenta en la figura:

Regeneracin en cascada descendente

Este mtodo, como el anterior, utiliza un calentador de agua de alimentacin de caldera de superficie. La nica diferencia es que, en este caso, los drenajes del calentador se envan al condensador expandindolos en una vlvula. El inters que tiene este mtodo es eliminar las bombas necesarias en los dos mtodos anteriores. Esto es especialmente importante para instalaciones en las que se realizan distintas etapas de calentamiento regenerativo. Por el contrario, el rendimiento que se alcanza con este mtodo que ligeramente es inferior a los anteriores. Esto se puede entender si pensamos que estamos enviando vapor al condensador. Aumentando el calor cedido del ciclo.(aguerre, Broatch, & Lujan, 2002)Bibliografaaguerre, j., Broatch, J., & Lujan, J. (2002). Procesos Y Tecnologa de Mquinas Y Motores Trmicos. Valencia: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA. SERVICIO DE PUBLICACION.