Turbina de vapor con generador

Tipos de turbina de vapor con generadores

Una turbina de vapor con generador es un equipo de planta de energía que convierte la energía térmica del vapor a alta presión en energía mecánica y luego en energía eléctrica. Las turbinas de vapor industriales se pueden clasificar en varios tipos principales según su diseño, operación y aplicación.

• Turbina de vapor de condensación

  Las turbinas de vapor de condensación son los tipos de turbinas más utilizados en la generación de energía. Se utilizan principalmente en plantas de energía de combustibles fósiles y nucleares a gran escala. El vapor de escape de la turbina se condensa en agua mediante un sistema de refrigeración (generalmente una torre de refrigeración) mediante el intercambio de calor con un medio de refrigeración, creando un vacío en la turbina. Este proceso aumenta el flujo del medio de trabajo en la turbina, mejorando así su eficiencia de conversión de energía. Las turbinas de vapor de condensación suelen proporcionar una conversión de energía en el rango de 100 kW a varios cientos de miles de kW.

• Turbina de vapor de extracción

  Las turbinas de vapor de extracción permiten la extracción de vapor desde el interior de la turbina para otros usos, como calefacción u operaciones de proceso. Además, al igual que las turbinas de condensación, las turbinas de extracción también dependen de un condensador para funcionar. Los condensadores suelen estar ubicados fuera de la turbina de extracción. En comparación con las turbinas de vapor de condensación, las turbinas de extracción tienen un tamaño más pequeño. Además, la eficiencia de conversión de energía es alta y la potencia de salida es grande. Por lo tanto, son adecuadas para su uso en sistemas de cogeneración. Además, también son aplicables en procesos industriales que requieren vapor.

• Turbina de vapor de contrapresión

  Las turbinas de vapor de contrapresión se diferencian de las turbinas de condensación y de extracción en que el vapor de escape va directamente a una válvula reguladora de presión en lugar de condensarse. Esto permite que la turbina de vapor de contrapresión mantenga una contrapresión más alta, lo que permite su uso en procesos que requieren vapor de alta presión. Además, la turbina de vapor de contrapresión puede proporcionar simultáneamente energía eléctrica y vapor de alta presión, lo que la convierte en un equipo ideal para sistemas de cogeneración. Las turbinas de vapor de contrapresión se utilizan comúnmente en industrias como la química y la fabricación de papel que necesitan tanto electricidad como vapor de proceso.

Especificación y mantenimiento de los generadores de turbinas de vapor

Varios fabricantes pueden tener diferentes especificaciones para sus generadores de turbinas de vapor. Dicho esto, aquí hay una breve descripción general de sus especificaciones generales junto con sus requisitos de mantenimiento:

• Clasificaciones de potencia

  Los generadores de turbinas de vapor tienen clasificaciones de potencia que van desde 100 kilovatios hasta varios cientos de megavatios. Suelen ser más grandes en tamaño y capaces de generar más potencia en comparación con otras turbinas. Para que generen la potencia de salida nominal de manera eficiente, deben mantenerse correctamente y operar dentro de los parámetros de diseño.

• Presión y temperatura del vapor

  Asegurar que el generador de turbinas opere bajo la presión y temperatura del vapor correctas es vital para su rendimiento y eficiencia. La presión del vapor producida por los sistemas de calderas puede variar típicamente de 10 a 100 bares. Por otro lado, la temperatura del vapor puede variar de 400 a 600 grados Celsius. Los fabricantes suelen recomendar una inspección regular de los sistemas de calderas y el generador de turbinas para asegurar que la presión y temperatura del vapor estén dentro del rango especificado.

• Sistemas de vacío

  Los generadores de turbinas de vapor modernos tienen unidades de condensador en la salida de la turbina que funcionan bajo vacío. El condensador extrae calor del vapor de escape de la turbina, enfriándolo y convirtiéndolo nuevamente en agua para ser reutilizado en la caldera. Operar el generador de turbinas bajo vacío aumenta la eficiencia al reducir la contrapresión contra la cual rotan las palas de la turbina. El condensador también evita la pérdida de calor al medio ambiente. Para el mantenimiento, el condensador debe mantenerse libre de obstrucciones o cualquier residuo para evitar una disminución del rendimiento y la eficiencia.

• Rodamientos

  Los rodamientos de un generador de turbinas de vapor soportan el rotor y permiten que gire libremente. Dependiendo de la carga y el tamaño, cada turbina puede tener más o menos rodamientos. Deben estar adecuadamente lubricados y mantenidos para evitar fallas prematuras y cualquier tiempo de inactividad innecesario. El programa de mantenimiento debe basarse en el manual y las recomendaciones del fabricante.

• Auditoría y monitoreo

  Los usuarios de generadores de turbinas de vapor deben verificar y monitorear regularmente la presión, la temperatura, la potencia de salida y otros parámetros críticos. Cualquier cambio en las lecturas debe investigarse y corregirse rápidamente para evitar disminuir la efectividad y la eficiencia de la máquina. Además, los usuarios deben seguir las instrucciones del fabricante y el programa para el mantenimiento de rutina y el servicio de turbinas.

Escenarios

• Generación de energía:

  Las turbinas de vapor con generadores son el componente central de las plantas de energía térmica, convirtiendo la energía del vapor en electricidad. Las fuentes de calor pueden ser diversas, incluyendo la combustión de combustibles fósiles (carbón, gas natural o petróleo), energía geotérmica o combustión de biomasa. Además, esos dispositivos también sirven como el equipo principal de conversión de energía y salida en las plantas de energía solar de concentración y las plantas de cogeneración industrial.

• Propulsión marina:

  Las turbinas de vapor se utilizaron ampliamente en el diseño de sistemas de propulsión de barcos. Si bien los barcos modernos utilizan principalmente motores diésel para la propulsión, las turbinas todavía se utilizan en algunos buques de carga grandes y barcos de pasajeros de alta velocidad.

• Aplicaciones industriales:

  Las turbinas de vapor con generadores se pueden utilizar ampliamente en las industrias. Por ejemplo, en las plantas de fabricación de productos químicos, hay bastantes procesos que necesitan altas temperaturas y presiones, como la polimerización de monómeros como el etileno y el acetileno. Esos procesos también deben ir acompañados de procesos de reacción complejos, que requieren una gran cantidad de energía, la cual puede ser proporcionada por turbinas de vapor. Además, en la industria metalúrgica, las turbinas de vapor se utilizan para generar energía a partir del vapor producido en los procesos de fundición y metalurgia, como en la extracción y procesamiento de minerales metálicos como cobre, zinc y aluminio.

• Generación de energía de hidrógeno:

  Algunas plantas de energía utilizan turbinas de vapor de hidrógeno para convertir el vapor generado por la combustión de hidrógeno en energía eléctrica, lo que sirve como una tecnología de conversión de energía significativa para la utilización de energía de hidrógeno.

Cómo elegir turbinas de vapor con generadores

Los compradores deben buscar generadores de turbinas de vapor eficientes para satisfacer las demandas de energía al mismo tiempo que reducen los gastos operativos. Deben considerar los siguientes aspectos relacionados con la eficiencia y la economía.

• ¿Es beneficioso el diseño sin engranajes? Una conexión sin engranajes entre el rotor de la turbina y el rotor del generador puede reducir las pérdidas por fricción del sistema. La fricción normalmente provoca una caída en la eficiencia, lo que aumenta los costes de funcionamiento. Un acoplamiento sin fricción puede ayudar a reducir esos costes, pero la baja fricción no debe ir en detrimento de la fiabilidad. Compruebe si la turbina tiene un acoplamiento sin fricción pero fiable.
• Capacidad de seguimiento de carga: La capacidad de seguimiento de carga significa que una máquina puede cambiar su producción para seguir las variaciones en la demanda de carga. Un generador de turbinas con esta capacidad puede ajustar su producción para satisfacer los cambios en la demanda de electricidad, por lo que no producirá energía en exceso que pueda aumentar los costes operativos.
• Flujo secundario de vapor seco: Un flujo secundario de vapor seco puede ser valioso ya que permite la devolución del vapor no consumido a la caldera para su reutilización. Hacer circular el vapor más de una vez en el sistema puede mejorar la eficiencia de toda la planta. Este método puede reducir aún más los costes de combustible y las emisiones, ya que permite que la instalación utilice el combustible de forma más eficaz.
• Integración del sistema: Integrar el generador de turbinas de vapor con sistemas de control avanzados y otros componentes de la planta puede optimizar el rendimiento, agilizar las operaciones y mejorar la eficiencia general.

P&R

P1 ¿Se puede utilizar un generador de turbinas de vapor en una pequeña empresa? Si es así, ¿cómo?

A1 Sí, un generador de turbinas de vapor se puede utilizar en una pequeña empresa. Aunque las pequeñas empresas suelen depender de fuentes de energía convencionales como las redes eléctricas y los paneles solares, aún podrían utilizar un generador de turbinas de vapor para complementar su fuente de energía principal o como respaldo en caso de un fallo de energía repentino. Una pequeña empresa con un sólido sistema de gestión de residuos también podría utilizar un generador de turbinas de vapor para convertir el calor residual en energía, reduciendo los costes operativos y mejorando la sostenibilidad medioambiental.

P2 ¿Cuál es el futuro de las turbinas de vapor?

A2 El futuro de las turbinas de vapor parece prometedor. Seguirán desempeñando un papel fundamental en la generación de energía en todo el mundo, especialmente a medida que aumenta la demanda de energía limpia y renovable.

P3 ¿Cuál es la eficiencia de un generador de turbinas de vapor?

A3 Las turbinas de vapor modernas pueden alcanzar tasas de eficiencia entre el 70% y el 90% durante condiciones óptimas. Esta cifra es solo para la turbina en sí y no tiene en cuenta el sistema general, que incluye la caldera, los intercambiadores de calor, los condensadores y otros componentes. Al tener en cuenta todos los elementos del ciclo de vapor, la eficiencia total puede variar del 40% al 50%.

P4 ¿Qué tipo de mantenimiento requiere una turbina de vapor?

A Una turbina de vapor requiere una inspección y un monitoreo regulares de los componentes clave para garantizar que permanezcan en buen estado y funcionen de manera efectiva. Las actividades típicas de mantenimiento incluyen verificaciones de rutina de la trayectoria del vapor (palas, rodamientos, sellos y puntales), inspecciones del sistema de lubricación, limpieza, calibración y prácticas frecuentes de mantenimiento predictivo y preventivo que aprovechan las tecnologías de monitoreo de condición.