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El Condensador
de una central termosolar
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 que aparece al
principio de este artículo 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.
Se
deben 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.
Además de la función principal del condensador, que es condensar el
vapor de escape de la turbina, éste tiene otra función: eliminar gases
incondensables 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.
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.
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.
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.
Contenidos Octubre 2011
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