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ÍNDICE:
- REFRIGERACIÓN POR CIRCUITO
SEMIABIERTO (TORRES DE REFRIGERACIÓN).
- REFRIGERACIÓN CON AEROCONDENSADORES.
Las
centrales termosolares necesitan ser refrigeradas, ya que la
combustión genera más energía térmica que la que la planta es capaz de
transformar en energía eléctrica y también por el esceso de energía que
pueden captar los colectores. Una vez utilizado, el vapor se convierte
en vapor “muerto”, y debe transformarse de nuevo en agua líquida, para
que pueda recibir otra vez la transferencia de calor de la caldera de
recuperación. Las técnicas convencionales para esta evacuación son dos:
circuito semi-abierto y aerocondensación.
-
REFRIGERACION
POR CIRCUITO SEMIABIERTO (TORRES DE REFRIGERACION).
Cuando
por razones de disponibilidad de agua, razones legislativas o
medio-ambientales no se puede disponer de un cauce público del que
extraer el agua fría y devolverla a mayor temperatura, se emplea un
circuito semiabierto con torres de refrigeración. La principal ventaja
es que el aporte de agua es mucho menor, y por tanto, el impacto
medioambiental de las centrales con torre de refrigeración también lo
es. El inconveniente es que el foco frío de la turbina de vapor, el
condensador, está a un nivel energético mayor, por lo que el salto
térmico es menor y el rendimiento de este tipo de centrales es
también menor que en circuito abierto.
Se
emplean principalmente dos tipos de torres de refrigeración:
1)
La torre de tiro inducido,
es la más usada en instalaciones de gran tamaño. El agua caliente
procedente de la refrigeración se deja caer por el interior de la torre
mediante un sistema de distribución de agua, que debe caer
uniformemente sobre la torre. En la parte superior se sitúan unos
grandes ventiladores que hacen que el aire circule a contracorriente
del agua. El fenómeno de cesión de calor se debe a que al entrar en
contacto el agua caliente con el aire se forma una película de aire
húmedo alrededor de cada gota. El agua que pasa al aire,
y por tanto se evapora, extrae el calor
necesario para la evaporación del propio líquido y produce por tanto un
enfriamiento del mismo. Por lo parte superior sale el aire húmedo,
visible si las condiciones ambientales dificultan la disolución de
este vapor en el aire (frío intenso o humedad
relativa alta). Este vapor visible se denomina penacho o pluma.
Figura
1.
Torre de tiro inducido.
Una
de las principales ventajas de este tipo de torre es que puede ser
bastante baja, disminuyendo así la energía requerida para el bombeo de
agua a las partes altas de la torre.
Los
elementos que componen una torre de refrigeración son prácticamente los
mismos para las de tipo forzado e inducido. Los más importantes son los
siguientes:
a)
Separador
de gotas:
El separador de gotas tiene la finalidad de detener las gotas de agua
que arrastra la corriente de aire
al salir de la torre. Este objetivo se consigue mediante un cambio
brusco de la dirección (60º es la más efectiva) del aire al salir. Esta
variación provoca que el agua arrastrada se deposite sobre la
superficie del separador de gotas, cayendo posteriormente al relleno.
La existencia del separador tiene las ventajas de reducción de perdidas
de agua, evita daños en el entorno de la torre, sobre todo si el agua
de la torre es salada y limita la formación de neblinas.
b)
Sistema
de distribución de agua a enfriar:
Este sistema de tuberías y conductores tiene la finalidad de repartir
uniformemente el flujo de agua por encima del relleno. Existen dos
métodos de reparto: por gravedad o por presión. En el primero el agua
caliente cae sobre el relleno por su propio peso. Su funcionamiento
consiste en llevar hasta una balsa colocada sobre el relleno el agua
caliente y una vez allí se reparte por unos canales que dejan caer el
agua por gravedad sobre unas piezas en forma de herradura que sirven de
enlace entre los canales y el relleno. En el segundo, la tubería que
contiene el agua con cierta presión, suministrada por las bombas de
impulsión del circuito de refrigeración, se conduce por tuberías hasta
unos aspersores, que rocían el relleno con pequeñas gotas.
c)
Relleno:
Tiene una vital importancia para el intercambio de calor, ya que debe
proporcionar, una superficie de intercambio lo más grande posible entre
el agua que cae y el aire que asciende y retardar el tiempo de caída
del agua, asegurando una mayor duración del proceso de intercambio.
Las
características que un relleno debe tener son:
- Se
debe realizar con un material de bajo coste debido a la cantidad
empleada, y debe ser de fácil colocación.
- La
superficie del mismo debe ser la mayor posible en relación con su
volumen.
- Su
diseño debe permitir fácilmente el
paso del aire entre él, de forma que ofrezca la menor resistencia y
perdida de carga. Así mismo debe distribuir uniformemente el aire y el
agua.
- Debe
ser resistente al deterioro ambiental y químico, y fácil de limpiar.
Existen
tres formas distintas de realizar el reparto de agua a través del
relleno: por salpicadura o goteo, de película o laminares y de tipo
mixto. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes por lo que se
tiende a utilizar cada tipo de relleno dependiendo de las
características de uso y diseño de la torre. Los más habituales son los
de película o laminados. Este relleno distribuye el agua en una
fina película que fluye por su superficie y
por consiguiente pone una gran superficie de agua en contacto con la
corriente de aire. La película de agua debe ser muy delgada y cubrir la
mayor superficie posible del relleno, y debe procurarse que el agua
descienda adherida a la superficie del relleno evitando que la
corriente del aire separe el agua del relleno. Para conseguir estos
objetivos se realizan grupos de láminas onduladas de PVC colocadas de
forma paralela y a cierta distancia formando cubos para favorecer su
apilado.
d)
Ventiladores:
Estos equipos trabajan en condiciones duras, debido a que están
continuamente en funcionamiento, en un clima de elevada humedad y
temperatura. Son los encargados de crear el flujo de aire. El equipo
completo se compone de motor, transmisión y aspas. Los motores de las
torres de refrigeración deben estar convenientemente protegidos de la
humedad, de la atmósfera contaminada por los aditivos del agua. Suelen
llevar un aislamiento de tipo B, aislado para temperaturas de hasta 120 ºC
o tipo F, aislado para temperaturas de hasta 140 ºC,
y siempre que sea posible el motor ha de colocarse resguardado de las
corrientes de aire caliente y saturado, mediante su correspondiente
sistema de transmisión, existiendo diferentes tipos de transmisión
dependiendo de las necesidades de construcción. Las aspas suelen ser de
plástico o similar debido a su bajo coste, ligereza y resistencia
a la corrosión. El número de aspas influye
directamente sobre la presión que ejerce en ellas: a mayor número de
aspas menor presión. Igualmente, un número mayor de aspas supone
facilidades para un óptimo equilibrado, para evitar posibles problemas
de vibraciones, se recomienda cada tres o cuatro años un equilibrado
del ventilador debido a la posible erosión de las aspas, corrosión o a
la deposición de suciedad. Se puede variar el ángulo de ataque de éstas
fácilmente.
e)
Bombas
de impulsión:
Las bombas se utilizan para que el agua ya enfriada alcance presión
suficiente como para llegar a los diferentes elementos a enfriar y
posteriormente para subir el agua ya calentada a la parte superior de
la torre, cerrando el circuito. El conjunto de bombas debe cumplir con
los requerimientos de la instalación (caudal y altura manométrica).
f)
Balsa:
Situada en la parte inferior de la torre, es el depósito de agua fría
de la torre.
g)
Sistema
de agua de aporte:
La evaporación de agua en la torre provoca una disminución del volumen
de agua en ésta. Por otro lado, la concentración de sales en el agua se
controla con un régimen de purgas adecuado.
La evaporación y las purgas hacen que sea necesario el aporte casi
constante de agua.
2)
Las
torres evaporativas de tiro forzado
están generalmente dotadas de un ventilador con su eje horizontal en el
lado de la torre, el cual descarga aire hacia atrás. El flujo de aire
es dirigido después hacia arriba por mamparas, haciéndolo pasar a
través de la corriente descendente del agua, después de lo cual es
descargado por la parte superior a través de un sistema que elimina el
rocío. Ya que la totalidad de la superficie de la parte superior de la
torre es usada para la descarga de aire, la velocidad del aire de
salida es más baja que las velocidades de descarga de la torres de tiro
inducido. Los elementos que componen estas torres son prácticamente los
mismos que los que componen las torres de tiro inducido. En las torres
de tiro inducido natural, el aire se mueve por el efecto chimenea. No
se consume ningún tipo de energía para efectuar el movimiento de este
aire. Son particularmente seguras en su funcionamiento y generalmente
se emplean para el enfriamiento de grandes caudales de agua. Ocupan un
volumen mayor a igualdad de capacidad de enfriamiento que las torres de
tiro inducido o forzado esto se debe a que las velocidades del aire son
frecuentemente bajas.
Figura
2.
Torres tiro forzado.
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REFRIGERACION
CON AEROCONDENSADORES.
De
los dos sistemas de refrigeración, el que emplea aerocondensadores es
el menos agresivo con el medio ambiente, pero el que tiene un coste más
elevado y el que provoca en la planta una mayor disminución del
rendimiento. Su funcionamiento se basa en el intercambio de calor entre
el aire atmosférico y el vapor muerto procedente de la salida de la
turbina. Es muy parecido al sistema que emplea el radiador del
automóvil. El vapor se hace pasar a través de unos haces tubulares que
aumentan la superficie de contacto del vapor. Éste se enfría en
contacto con el metal del aerocondensador, que a su vez es enfriado por
la poderosa corriente de aire que provocan unos gigantescos
ventiladores, colocados generalmente en el plano horizontal. Los haces
tubulares tienen forma de tejado de casa, y en el interior de ese
tejado están colocados los ventiladores. La pérdida de rendimiento de
la planta es consecuencia de la disminución del salto térmico en la
turbina de vapor, al estar el foco frío de la turbina (es decir, la
salida) a un nivel mayor. La pérdida puede cuantificarse, como ya hemos
dicho, en unos 10 MW par una planta de 400 MW, sobre la potencia que
alcanzaría una central igual refrigerada en circuito abierto.
Figura
3.
Esquema de funcionamiento de un aerogenerador.
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