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Centrales Termosolares
Espacio creado por RENOVETEC para difundir los principales aspectos de la tecnología termosolar y contribuir al mejor conocimiento de esta
fuente inagotable (mal llamada 'renovable') de energía.
Centrales de concentrador cilindro-parabólico
Las centrales cuya tecnología se considera más madura en estos momentos, y que supone más del 95% de la potencia de generación termosolar instalada en España, es la tecnología CCP. Básicamente consiste en la concentración de la radiación solar a lo largo de una línea recta con una longitud que oscila entre los 600 y los 800 metros.
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Plantas de Receptor Central
Las centrales de receptor central, denominadas normalmente centrales de torre, consisten en una serie de grandes espejos dispuestos en torno a la torre, denominados helióstatos, Cada uno de ellos posee un sistema de movimiento independiente que permite orientarlo de forma que el rayo solar reflejado por todos ellos se concentre en un punto situado en lo alto de una torre.
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100 Preguntas sobre energía termosolar ¿cuanto sabes sobre energía termosolar? Si trabajas o quieres trabajar en centrales termosolares deberías conocer con exactitud la respuesta a esas 100 preguntas.
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Centrales Termosolares de Espejos Fresnel
Las centrales eléctricas termosolares basadas en la tecnología fresnel al igual que las centrales CCP, también concentran la radiación solar a lo largo de una línea. Estas centrales basan la generación eléctrica en la concentración de la radiación solar a lo largo de un tubo absorbedor situado a varios metros de altura.
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Centrales de D. Parabólico (Stirling)Las centrales basadas en discos concentradores parabólicos están compuestas por unidades productoras independientes de entre 5 y 25 MW eléctricos de potencia unitaria. Esto hace que en realidad tengan algunas similitudes con la forma de generación eléctrica de las placas fotovoltaicas desde el punto de vista del explotador de la planta, ya que la complejidad de la operación es muy pequeña, es posible la automatización completa y si los equipos son fiables, especialmente los equipos de orientación y los responsables de la transformación de la radiación solar en energía mecánica rotativa, requerirían poca intervención de operadores
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prácticos, escritos desde la experiencia del Departamento Técnico de RENOVETEC.
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Centrales de C. Cilindro Parabólico
Centrales Termosolares Fresnel
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Almacenamiento de Energía Térmica
Hibridación con Biomasa
Hibridación con Ciclo Combinado
El Campo Solar
El Fluido Térmico HTF
El Sistema HTF
El Ciclo Agua-Vapor
La Turbina de Vapor
El Generador Eléctrico
El Sistema de Alta Tensión
Sistemas Auxiliares (BOP)
Sistema de Control
Operación de Centrales Termosolares
Mantenimiento de C.Termosolares
Zonas ATEX
El fluido térmico HTFEl fluido térmico caloportador (HTF, Heat transfer fluid) utilizado en las
centrales termosolares CCP es una mezcla de dos hidrocarburos aromáticos derivados del benceno: difenilo y éter difenílico. ES conveniente conocer sus principales propiedades y la razón por la que resulta un fluido apropiado para
transportar calor en el campo solar.
Este artículo es un extracto del capítulo 12 del manual del CURSO TÉCNICO GENERAL DE CENTRALES TERMOSOLARES, que se realiza en la modalidad ON LINE. Infórmate llamando al 91 126 37 66 o enviando un
email a [email protected] .
RENOVETEC dispone además de un curso específico del sistema HTF, que puede realizarse tanto de forma presencial como en la modalidad ON
LINE
Las principales propiedades del fluido térmico a tener en cuenta son las siguientes:
Temperatura máxima de utilización. La temperatura a la que las reacciones del
degradación del hidrocarburo por cracking térmico son muy rápidas es de 430
ºC. Por encima de esa temperatura, las moléculas se rompen formando
radicales libres que catalizan a su vez la reacción de cracking, aumentando
aún más la velocidad de las diversas reacciones. Por ello, debe asegurarse
que en ningún punto se alcanzan estas temperaturas, especialmente en el
interior de los tubos absorbedores o en la caldera auxiliar.
Temperatura de congelación. La mezcla de hidrocarburos utilizada presenta un
punto eutéctico a 12ºC, es decir, un punto de congelación inferior a cada uno
de los componentes por separado. Esta es la razón fundamental por la que se
utiliza la mezcla, y no los componentes, que tienen propiedades térmicas
parecidas.
Densidad. Como otros hidrocarburos, presenta un fuerte cambio de densidad
con la temperatura. Así, a 25ºC la densidad es parecida a la del agua (1060
kg/m3, o lo que es lo mismo, una tonelada ocupa 943 litros). En cambio, a
393ºC la densidad es tan solo de 690 kg/m3, o lo que es lo mismo, una
tonelada ocupa 1450 litros, es decir, mucho más. Por esta razón es necesario
prever unos tanques de expansión capaces de absorber la variación de
volumen del HTF con la temperatura.
Presión de vapor. A temperatura ambiente, la presión es muy baja,
prácticamente 0, lo que quiere decir que no es volátil. Pero a 393ºC la presión
de vapor es de 10,6. Eso quiere decir que si la presión es inferior a 10,6 y la
temperatura está por encima de 393ºC el fluido cambia de estado y se
convierte en vapor, un efecto no deseado. Por ello, la presión debe estar en
todos los puntos por encima de 10,6 bar, asegurando de esta forma que en
todo momento el fluido permanecerá líquido. Hay que tener en cuenta que una
fuga de HTF a alta temperatura provocará una descompresión del HTF, y por
tanto una vaporización instantánea: por tanto una fuga provocará la ebullición
inmediata del fluido (lo que se verá en una fuga será una nube blanca) que en
contacto con el aire y con una chispa provocará un incendio.
Calor específico. El calor específico del HTF oscila entre 2300 y 2700 KJ/Kg K,
es decir, para elevar la temperatura de un kg de HTF un grado es necesario
suministrar 2300 KJ de energía (si el fluido está a unos 300ºC) o 2700 KJ (si el
fluido está a unos 400 ºC). Este valor será útil para realizar determinados
cálculos, como balances de masa y energía
Entalpía. La entalpía es una medida de la energía interna del fluido en unas
condiciones determinadas. Su variación es una medida de la cantidad de
energía que el fluido ha intercambiado (absorbido o cedido) con su entorno. La
entalpía del HTF a 293 ºC es aproximadamente 540 KJ/Kg. A 393 es de unos
800 KJ/Kg. Eso quiere decir, que si un kilogramo de HTF eleva su temperatura
desde 293 ºC hasta 393 ºC tiene que absorber aproximadamente 260 KJ.
Viscosidad. La viscosidad del HTF cambia bruscamente entre 25 ºC y 400 ºC.
A 25 ºC es un fluido viscoso que fluye mal, razón por la cual es conveniente
que su temperatura nunca baje de 40 ºC. A 393 ºC, aunque su viscosidad es
de 0,12 mPa s, aún es mucho mayor que la del agua (unas 1000 veces
inferior).
ÍNDICE COMPLETO DEL CAPÍTULO 12EL SISTEMA HTF12.1 EL FLUIDO DE TRANSFERENCIA TÉRMICA (HTF)
12.1.1 Justificación de la utilización de HTF en vez de agua
12.1.2 Principales propiedades del HTF
12.2 ESQUEMA GENERAL DEL SISTEMA HTF
12.3 SISTEMA DE BOMBEO
12.4 TUBERÍA COLECTORA FRÍA Y CALIENTE
12.5 TANQUES DE EXPANSIÓN
12.6 SISTEMA DE NITRÓGENO DE INERTIZACIÓN
12.7 CALDERA AUXILIAR
12.8 SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN
12.9 ESQUEMA GENERAL DEL BLOQUE DE POTENCIA
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|EL SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES
Esta web está dedicada al sistema HTF en Centrales Termosolares. El Sistema HTF es sin duda el más complejo de los componen una central termosolar. Trabajando en una centrasl termosolar, todos los días se aprende algo nuevo referente al comportamiento de este importante fluido, que es como la
'sangre' que recorre las 'venas' de una central termosolar de tecnología CCP.
Esta página web está basada en el libro EL SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES CCP, editado por RENOVETEC en 2012.
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PROGRAMACIÓN 2014
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CURSO OFICIAL DE OPERADOR DE CALDERAS
12, 13 y 14 de Mayo de 2014
Curso preparatorio para la obtención del carnet de Operador de Calderas
El RD 2060/2008, en su ITC EP1 establece la obligatoriedad de estar en posesión del carné de operador de calderas para aquellas instalaciones indicadas en el Capítulo IV, art. 12 y 13, de dicha ITC.
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IIª EDICIÓN CURSO PRÁCTICO DE PANELISTA DE CENTRAL TERMOELÉCTRICA
RENOVETEC ha convocado la IIª Edición del Curso de Panelista de Central Termoeléctrica, para los días los días 5, 6 y 7 de marzo de 2014. A lo largo del curso se analizarán los principales tipos de
centrales termoeléctricas, y se operarán desde el panel de control del Simulador CITY OF ENERGY (instalado en el centro de formación de RENOVETEC en Fuenlabrda) los diferentes tipos de centrales
(centrales de ciclo combinado, plantas de cogeneración, plantas de biomasa y centrales termosolares).
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Descárgate la nueva versión de RENOVEGEM, el software GMAO gratuito de RENOVETEC
RENOVETEC ha lanzado la versión beta-2 del programa de gestión de mantenimiento RENOVEGEM,
un software de descarga gratuita que permite organizar y registrar la actividad de mantenimiento
preventivo y correctivo, los descargos y bloqueos de equipos, la gestión del repuesto y obtener los
principales indicadores en plantas industriales.
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El Fluido térmico sintético (HTF)
El agua es utilizado en la industria con multitud de finalidades. Se puede utilizar como fluido térmico en forma líquida (agua caliente, agua sobrecalentada), en forma gaseosa (vapor sobrecalentado), o en
forma bifásica (vapor saturado).
Este artículo es un extracto del capítulo 3 del libro SISTEMA HTF EN
CENTRALES TERMOSOLARES.Pincha aquí para acceder al libro.
Descárgate aquí el índice del libro en formato pdf.
La utilización de agua como fluido caloportador tiene algunas indudables ventajas:
Es barata y abundante.
Es un excelente medio de transmisión de calor por su alto calor específico.
No es tóxica.
No es inflamable.
No obstante, también presenta algunos destacados inconvenientes:
Es agresiva, muy oxidante y produce corrosión.
Aumenta de volumen al solidificarse.
La presión de vapor aumenta notablemente con la temperatura.
Esto hace que aunque sea el fluido caloportador por excelencia en todo tipo de procesos industriales, no siempre puede utilizarse, recurriéndose a otros fluidos cuando no es posible.
Mezclas de sales inorgánicas fundidasSon mezclas eutécticas que se emplean para altas temperaturas. Una de las mezclas más empleadas es la de nitrato de sodio/nitrato potásico, que puede emplearse hasta temperaturas superiores a 560 ºC.
Presentan un grave inconveniente: al enfriarse por debajo de su punto de fusión se solidifican, siendo esta temperatura de fusión muy alta. Para la mezcla nitrato de sodio/nitrato potásico, la temperatura ronda los 220 ºC, complicando su manejo en estado líquido.
su empleo se restringe a sistemas de altas temperaturas, en régimen continuo y provistos de dispositivos de vaciado rápido en caso de parada.
MercurioA pesar de sus magníficas propiedades térmicas, se emplea muy poco por razones de toxicidad y precio.
Es un excelente fluido caloportador a temperaturas de hasta 540ºC en instalaciones pequeñas y con gran vigilancia para detección fuga de vapores. A partir de 360ºC requiere presión en la instalación haciendo que los costos sean muy altos.
AlquilbencenosSon muy estables, soportan temperaturas de hasta 300ºC, siendo precisamente esa su principal limitación. No desprenden gases tóxicos ni corrosivos y tiene un bajo punto de congelación (de -45ºC a -50ºC).
Sodio líquidoEl uso de sodio líquido se ha desarrollado en la industria nuclear. Tiene unas excelentes propiedades de transferencia de calor, por su alto coeficiente de transferencia térmica. Su rango de operación va de los 540 ºC a los 98 ºC en que solidifica. El problema del sodio es su alta reactividad con agua y con aire, por lo que las medidas de seguridad necesarias encarecen en extremo los proyectos.
Productos de síntesisLos colectores cilindro parabólicos utilizan un fluido de transferencia de calor que, al circular a través del tubo receptor, absorbe en forma de energía térmica la energía radiante procedente del Sol, y la transporta hasta el bloque de potencia. El tipo de fluido caloportador que se utilice determina el rango de temperaturas de operación del campo solar y, consecuentemente, el rendimiento máximo que se puede obtener en el ciclo de potencia.
Aunque se están desarrollando componentes para trabajar a más altas temperaturas, el intervalo de temperaturas ideal para trabajar con colectores cilindro parabólicos es 150ºC- 400ºC. Para temperaturas superiores, las pérdidas térmicas en este tipo de colectores son altas y reducen su rendimiento. Para temperaturas inferiores a 150ºC, hay otros colectores más económicos como los colectores de tubo de vacío.
Si las temperaturas que se desean alcanzar son moderadas (<175ºC), la utilización de agua desmineralizada como fluido caloportador no conlleva grandes problemas, ya que la presión de trabajo no es excesiva. En cambio, se utilizan fluidos orgánicos sintéticos en aquellas aplicaciones donde se desean temperaturas más altas (200ºC < T < 400ºC). La explicación de este hecho estriba en que para temperaturas altas, si se utilizara agua como fluido caloportador, para evitar el cambio de estado de líquido a vapor serían necesarias presiones muy altas. Con un fluido térmico sintético, las presiones requeridas son mucho menores, puesto que su presión de vapor a una temperatura dada es mucho menor que la del agua. Trabajar a menores presiones posibilita usar materiales más económicos para las tuberías y simplifica la instalación y sus medidas de seguridad. Al fluido orgánico sintético empleado en las centrales termosolares se le denomina habitualmente HTF (Heat Transfer Fluid).
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 3
3. EL FLUIDO ORGÁNICO SINTÉTICO CALOPORTADOR (HTF) 3.1 FLUIDOS CALOPORTADORES EN LA INDUSTRIA 3.1.1 El agua 3.1.2 Mezclas de sales inorgánicas fundidas 3.1.3 Mercurio 3.1.4 Alquilbencenos 3.1.5 Sodio líquido 3.1.6 Productos de síntesis 3.2 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL HTF 3.2.1 Mezcla eutéctica y punto de congelación 3.2.2 Temperatura máxima de utilización 3.2.3 Viscosidad 3.2.4 Densidad 3.2.5 Calor específico 3.2.6 Temperatura de ignición 3.2.7 Temperatura de autoinflamación 3.2.8 Presión de vapor y temperatura de ebullición 3.2.9 Características de seguridad 3.2.10 Otras características 3.2.11 Tabla de características 3.2.12 La degradación del HTF
El campo solar y el sistema HTF
A la entrada y salida de cada subcampo se colocan unas válvulas de aislamiento que permiten cerrar o poner en servicio un subcampo completo. Se utilizan fundamentalmente cuando hay una avería en una
tubería colectara principal que requiere el aislamiento de un subcampo, cuando una nube cubre parcialmente la planta o cuando no se requiere la utilización de un subcampo completo por haber
exceso de radiación.
Este artículo es un extracto del capítulo 4 del libro SISTEMA HTF EN
CENTRALES TERMOSOLARES.Pincha aquí para acceder al libro.
Descárgate aquí el índice del libro en formato pdf.
VÁLVULAS EN EL CAMPO SOLAREl sistema de aislamiento consiste en un puente de válvulas formado por dos válvulas manuales de corte, una válvula motorizada de apertura y cierre (normalmente no está preparada para regulación) que puede ser accionada desde la sala de control y una válvula de bypass que permite derivar el flujo de HTF si hubiera que realizar una intervención en la válvula motorizada.
En la misma zona en la que están las válvulas suele instalarse la instrumentación que permite conocer valores como la presión, temperatura o caudal del fluido a la entrada y/o salida del subcampo, y de la que se hablará más tarde.
Además, algunas plantas han implementado una válvula de bypass para derivar completamente el fluido térmico que circula por el campo solar. Se emplea en los momentos en que no hay radiación (por el paso de una nube que cubre todo el campo, por ejemplo) y se trabaja con la caldera auxiliar, para asegurar que en determinados momentos el fluido proveniente de la caldera y el proveniente del campo solar no se mezclan. Esta válvula le da una flexibilidad especial a la planta y aumenta su operatividad.
EL EQUILIBRADO HIDRÁULICO DEL CAMPO SOLARLa configuración de alimentación central resulta más favorable desde el punto de vista de la longitud de tuberías, pero provoca un desequilibrio de presiones entre lazos que provocaría una diferencia de temperaturas a la salida de cada uno de los lazos.
Para evitarlo, el diámetro de las tuberías es descendente desde el primer lazo hasta el último del mismo ramal. Así, mientras que el diámetro de la tubería de entrada al primer lazo puede llegar a ser de 20 pulgadas, en diámetro de la tubería que entra en el último lazo de un subcampo puede llegar a ser de 3 pulgadas.
Con el descenso en el diámetro de tuberías no es suficiente para equilibrar correctamente las presiones en el campo solar. Un desequilibrio o diferencia de presión entre diferentes lazos haría que la velocidad de paso a través de los diferentes lazos no fuera la misma, produciéndose una diferencia de temperatura entre unos lazos y otros. Como se trabaja en el óptimo de temperatura, apartarse de esa temperatura supone apartarse del óptimo: si un lazo tiene más temperatura de los 393ºC previstos habitualmente, podría alcanzar en algún punto la temperatura máxima de utilización; si en cambio no llega a 393ºC, haría disminuir la temperatura media del fluido provocando una pérdida de rendimiento del ciclo agua-vapor.
Para terminar de ajustar el valor de presión y que sea igual en todo los lazos se juega bien con la apertura máxima de la válvula de admisión de fluido al lazo o bien con la apertura máxima de la válvula de salida del fluido del lazo.
Esta válvula juega, pues, un papel transcendental y habrá que tener en cuenta los siguientes aspectos:
Seleccionarla adecuadamente. La marca, la característica y el Kv son aspectos fundamentales.
Habrá que elegir entre una válvula manual o motorizada, siendo recomendables especialmente
las segundas.
Habrá que decidir si el control de presión en cada lazo lo realizará el sistema de control o se
regulará manualmente. Por supuesto, es mucho más efectivo e interesante que esta regulación
se haga a través del sistema de control de forma automática, aunque en la práctica casi todas
las plantas han elegido un sistema de regulación del equilibrado de presiones totalmente
manual.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 4
4. EL CAMPO SOLAR Y EL SISTEMA HTF 4.1 DESCRIPCIÓN DEL CAMPO SOLAR EN UNA CENTRAL CCP 4.2 TUBERÍA COLECTORA DE HTF EN EL CAMPO SOLAR 4.3 EL CALORIFUGADO DE TUBERÍA EN EL CAMPO SOLAR 4.4 CONFIGURACIÓN DE TUBERÍA EN EL CAMPO SOLAR 4.5 VÁLVULAS EN EL CAMPO SOLAR 4.6 EL EQUILIBRADO HIDRÁULICO DEL CAMPO SOLAR 4.7 EL TUBO ABSORBEDOR 4.7.1 El tubo metálico central 4.7.2. Cubierta de vidrio
4.7.3. Soldadura vidrio metal 4.7.4 Dilatador 4.7.5 Soldadura entre tubos
LA FUNCIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO
El sistema de bombeo tiene como objeto elevar la presión del fluido térmico para vencer la resistencia que opondrá el circuito a su circulación. Las presiones de trabajo deben ser tales que se garantice en
todo momento que el fluido permanece en estado líquido y que no hay vaporización.
Este artículo es un extracto del capítulo 5 del libro SISTEMA HTF EN
CENTRALES TERMOSOLARES.Pincha aquí para acceder al libro.
Descárgate aquí el índice del libro en formato pdf.
Por ello, suele utilizarse una presión mínima, a la entrada a las bombas, de al menos 11 bar, ya que la presión de vapor del fluido térmico a 393ºC, máxima temperatura de utilización, es 10,6 bar. Teniendo en cuenta que a la entrada a la bomba rara vez el fluido se encontrará a esa temperatura, en algunas plantas se prefieren presiones más bajas, en torno a 6 bares, lo que ahorra consumo de energía eléctrica auxiliar.
La selección de las bombas a emplear, el número de bombas, e incluso el sistema de refrigeración del sello mecánico son aspectos muy delicados que hay que estudiar meticulosamente durante el diseño de la planta.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 5
5. EL SISTEMA DE BOMBEO 5.1 LA FUNCIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO 5.2 BOMBAS PERTENECIENTES AL SISTEMA DE BOMBEO 5.3.GENERALIDADES SOBRE BOMBAS CENTRÍFUGAS 5.3.1 Las bombas centrífugas 5.3.2 Partes de una bomba centrífuga 5.4 TIPOS DE BOMBAS 5.4.1 Según la dirección del fluido 5.4.2 Según su normalización 5.4.3 Según el tipo de accionamiento 5.4.4 Según el número de rodetes 5.4.5 Basado en la succión del rotor o rodete 5.4.6 Basado en la orientación de la división de la carcasa 5.4.7 Basado en el soporte de los rodamientos 5.4.8 Según la orientación del eje 5.5 TIPOS DE BOMBAS SEGÚN LA NORMA API 610 5.5.1 Bombas OH 5.5.2 Bombas BB 5.5.3 Bombas VS 5.6 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS 5.6.1 Caudal nominal 5.6.2 Presiones 5.6.3 NPSH requerido 5.6.4 Normalización 5.6.5 Tipo de bomba 5.6.6 Nº de etapas 5.6.7 Tipo de motor 5.6.8 Tensión de alimentación 5.6.9 Tipo de regulación 5.6.10 Tipo de cierre 5.6.11 Potencia eléctrica o potencia térmica
5.6.12 Potencia hidráulica 5.6.13 Altura manométrica en la descarga, o presión en la descarga 5.6.14 Rendimiento o eficiencia 5.6.15 Curva característica 5.7 EL SISTEMA DE ESTANQUEIDAD: SELLOS 5.7.1 Los dispositivos de sellado 5.7.2 Sellos mecánicos 5.7.3 Componentes de un sello mecánico 5.7.4 Los sellos de cartucho 5.8 TIPOS DE SELLOS MECÁNICOS DE CARTUCHO SEGÍN API 682 5.8.1 Según su adecuación a la norma API 610 5.8.2 Según el número de sellos que incluye (arreglo) 5.8.3 Según la disposición de los sellos que incluye 5.9 EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL SELLO 5.9.1 Fluido enfriador y lubricador (Flush) 5.9.2 Fluido limpiador (Quench) 5.9.3 Venteo 5.9.4 Intercambiador 5.9.5 Depósitos 5.9.6 Separador ciclónico 5.10 PLANES DE LUBRICACIÓN Y ENFRIAMIENTO API 682 5.10.1 API Plan 1 5.10.2 API Plan 11 5.10.3 API Plan 2 5.10.4 API Plan 21 5.10.5 API Plan 22 5.10.6 API Plan 23 5.10.7 API Plan 51 5.10.8 API Plan 52 5.10.9 API Plan 53A 5.10.10 API Plan 53B 5.10.11 API Plan 54 5.11 LA SELECCIÓN DEL SELLO MECÁNICO 5.11.1 Características de la bomba 5.11.2 Condiciones de utilización 5.11.3 Características del fluido 5.11.4 La selección de materiales del sello 5.12 BOMBAS PRINCIPALES DE IMPULSIÓN DEL HTF 5.12.1 La función de las bombas principales 5.12.2 Selección del tipo de bomba 5.12.3 Selección del tipo de sello 5.12.4 Selección del plan del refrigeración del sello 5.12.5 Configuraciones habituales 5.12.6 El motor 5.12.7 El control del caudal 5.13 BOMBAS DE RECIRCULACIÓN 5.14 BOMBAS DE CALDERA 5.15 BOMBAS DE TANQUES DE EXPANSIÓN
5.16 BOMBAS DE DESCARGA 5.17 BOMBAS DEL SISTEMA DE DEPURACIÓN
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EL SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES CCP
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LA NECESIDAD DE LOS TANQUES DE EXPANSIÓN
El fluido térmico presenta un brusco cambio de densidad entre los 40 ºC (temperatura mínima a la que se aconseja tener el HTF) y los 395 ºC (temperatura máxima de salida del campo solar). Así, mientras que frío tiene una densidad de 1060 kg/m3, muy próxima a la del agua, a la temperatura máxima de
utilización esta densidad se rebaja hasta los 690 kg/m3.
Este artículo es un extracto del capítulo 6 del libro SISTEMA HTF EN
CENTRALES TERMOSOLARES.Pincha aquí para acceder al libro.
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Para poder absorber este cambio en el volumen que ocupa el fluido térmico es necesario que el sistema disponga de un tanque de expansión, tal y como se señala en la norma UNE 9-310/92–2R (Instalaciones transmisoras de calor mediante líquido diferente al agua). Para evitar tanto la oxidación como la evaporación del fluido, el tanque está presurizado con un gas inerte (nitrógeno).
Realizado el cálculo, para las cantidades habituales de fluido térmico (que oscilan entre las 1.000 y 2.300 toneladas) los tanques resultantes son excesivamente grandes, lo que complica la fabricación en taller y el posterior transporte. Por esta razón se prefiere dividir el tanque de expansión en varias unidades (normalmente tres) e incluso elevar una de ellas, para garantizar una presión hidrostática en la entrada a las bombas principales que evite cavitaciones.
Los venteos y drenajes de los tanques de expansión configuran que toda la zona en la que se encuentran los tanques sea zona con riesgo de crear una atmósfera explosiva, es decir, zona ATEX. Dependiendo de la configuración de drenajes y venteos y del tipo de válvulas usado, la planta puede clasificarse en zona 1 o zona 2, e incluso en algunos casos puede llegar a desclasificarse totalmente.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 6
6. TANQUES DE EXPANSIÓN 6.1 LA NECESIDAD DE LOS TANQUES DE EXPANSIÓN 6.2 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE LOS TANQUES DE EXPANSIÓN 6.3 CONFIGURACIONES HABITUALES 6.4 MURO DE CONTENCIÓN 6.5 TRACEADO DE TANQUES 6.6 SISTEMA DE INERTIZACIÓN Y PRESURIZACIÓN DE TANQUES
LAS CENTRALES TERMOSOLARES CCP
Las centrales solares termoeléctricas cuya tecnología se considera más madura en estos momentos, y que supone más del 95% de la potencia de generación termosolar instalada en el mundo, es la
tecnología CCP.
Este artículo es un extracto del capítulo 1 del libro SISTEMA HTF EN
CENTRALES TERMOSOLARES.Pincha aquí para acceder al libro.
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Básicamente consiste en la concentración de la radiación solar a lo largo de una línea recta con una longitud que oscila entre los 600 y los 800 metros. El fluido caloportador, esto es, el fluido que transporta la energía que es captada en los concentradores cilindro-parabólicos, entra por uno de los extremos a una temperatura y con una velocidad determinadas, y sale por el otro extremo a una temperatura superior.
EL FLUIDO CALOPORTADOR
El fluido utilizado puede ser agua, pero actualmente no se han superado los problemas derivados de la vaporización que se produciría en un punto intermedio del recorrido. Por esta razón se prefiere el uso de otros fluidos que no cambian de estado entre un extremo y otro de la línea recta en la que se concentra la radiación solar. De todos los fluidos posibles, los fluidos orgánicos sintéticos son los que mayores ventajas presentan. Entre ellos destaca la mezcla eutéctica compuesta por un 26,5% en peso de oxido de difenilo y un 73,5 % de bifenilo. Esta mezcla presenta el mejor compromiso entre coste y prestaciones, aunque presenta grandes dificultades en su manejo que condicionan enormemente los resultados de explotación de las plantas. A este fluido se le denomina habitualmente HTF (Heat Transfer Fluid).
Por este compromiso entre economía y técnica, las centrales termosolares CCP construidas hasta la fecha de edición de este manual utilizan esta mezcla de hidrocarburos aromáticos sintéticos, cuyas prestaciones y comportamiento es necesario conocer y dominar si se quiere diseñar, construir, operar y/o mantener plantas termosolares CCP.
El HTF trabaja entre unos 290 ºC a la entrada de la línea en la que se concentra la radiación y los 390 a la salida. Mayor temperatura de salida supone mayor rendimiento global de la planta, pero las características químicas del fluido no hacen posible utilizarlo por encima de los 400ºC: las reacciones de degradación aumentan exponencialmente de velocidad, originándose hidrocarburos volátiles y pesados que modifican el comportamiento de la planta y que plantean incluso problemas de seguridad. Por ellos las centrales CCP tienen limitada la temperatura máxima de trabajo del fluido orgánico a unos 400 ºC. Además, requieren de sistemas que eliminen los productos originados en la degradación, normalmente utilizando filtraciones y destilaciones sucesivas.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 1
1. LAS CENTRALES TERMOSOLARES CCP 1.1 LAS CENTRALES TERMOSOLARES CCP 1.2 EL FLUIDO CALOPORTADOR 1.3 EL CAMPO SOLAR 1.4 EL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR 1.5 LA TURBINA DE VAPOR 1.6 LA CONDENSACIÓN DEL VAPOR
1.7 EL GENERADOR 1.8 EL SISTEMA DE ALTA TENSIÓN 1.9 EL COSTE DE UNA CENTRAL TERMOSOLAR CCP
|EL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR EN CENTRALES TERMOSOLARES
El tren de generación de vapor es el encargado de intercambiar la energía recogida en el campo solar y transportada por el fluido caloportador, para con ella producir vapor a dos niveles de presión (alta y baja
presión). Se trata de un conjunto de intercambiadores carcasa-tubos con funciones diferenciadas: calentar agua, producir vapor, calentar el vapor y recalentarlo tras haber atravesado la turbina de alta
presión.
Este artículo es un extracto del capítulo 7 del libro SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES.
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EL CICLO RANKINE
El ciclo Rankine en el que se basan las centrales termosolares CCP, se trata de un ciclo con
sobrecalentamiento, recalentamiento y regeneración, en el que se obtiene un rendimiento
eléctrico cercano al 40%. Las centrales termosolares CCP utilizan dos niveles de presión de vapor:
103 bares y 18 bares (valores aproximados).
Analizando la gráfica T-S que representa el ciclo Rankine puede apreciarse que en un momento
determinado durante la expansión del vapor en la turbina de alta presión se alcanzan condiciones
de saturación, apareciendo gotas de agua en el vapor. Ante el riesgo de que se produzca erosión
en los álabes debidos a estas gotas (que se comportarán como piedras que golpean los álabes) se
prefiere extraer el vapor, volver a calentarlo y expandirlo de nuevo en una turbina especial de baja
presión.
El gráfico de arriba muestra el balance de energía de una central termosolar al 100 % de carga.
Esto impone una configuración de equipos para el tren de generación de vapor, que incluirá al
menos intercambiadores especializados en el calentamiento de agua, generación de vapor,
sobrecalentamiento del vapor y recalentamiento de éste una vez ha atravesado la turbina de alta
presión.
Como puede apreciarse en el balance, una parte del fluido (entre el 80 y el 90%) se deriva hacia el
conjunto de intercambiadores encargado de generar vapor de alta presión. En paralelo, otra parte
del fluido (entre el 10 y el 20%) se encarga de suministrar HTF a la más alta temperatura para
realizar el recalentamiento del vapor.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 7
7. LOS INTERCAMBIADORES DEL TREN DE GEN. DE VAPOR 7.1 EL CICLO RANKINE 7.2 EQUIPOS QUE FORMAN PARTE DEL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR 7.3 CONFIGURACIÓN DEL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR 7.4 REPARTO DE FLUIDO 7.5 GENERALIDADES SOBRE INTERCAMBIADORES CARCASA-TUBOS 7.5.1 La carcasa 7.5.2 Los tubos 7.5.3 Las placas tubulares 7.5.4 Placas deflectoras 7.6 LA CLASIFICACIÓN TEMA 7.7 EL ECONOMIZADOR 7.8 EVAPORADOR 7.9 EL SOBRECALENTADOR 7.10 RECALENTADOR 7.11 VISIÓN GENERAL DEL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR
LA DEGRADACIÓN DEL HTF
Las reacciones de degradación que pueden producirse en el fluido térmico, básicamente craquización, coquización y oxidación, hacen cambiar las propiedades del fluido, de manera que se registran cambios
en la viscosidad, en el punto de inflamación, etc. Algunos de estos productos de degradación son potencialmente peligrosos, así que es necesario prever un sistema de eliminación de estos productos no
deseables.
Este artículo es un extracto del capítulo 8 del libro SISTEMA HTF EN
CENTRALES TERMOSOLARES.Pincha aquí para acceder al libro.
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El HTF sufre varios mecanismos de degradación que afectan a sus propiedades. En primer lugar el HTF es susceptible de disolver, emulsionar o arrastrar otras sustancias que afectan a las propiedades del fluido caloportador y pueden provocar el mal funcionamiento de algunos equipos que forman parte del sistema.
En primer lugar hay que considerar los sólidos en suspensión, que pueden ser restos metálicos o de otro tipo. Suelen ser restos de soldadura, limaduras de acero, lodos y arenas, grasa que recubre las tuberías por la parte interior, herramientas olvidadas y otros restos de obra. En general provienen del proceso de construcción y deberían haber sido eliminados durante el proceso de limpieza y soplado inicial, pero por las dificultades que presenta el procedimiento de limpieza preoperacional o por un proceso mal diseñado han permanecido en el circuito hasta la entrada del HTF.
Los metales y sólidos afectan negativamente al funcionamiento de bombas y válvulas, obstruyen filtros y tuberías, y por lo tanto deben ser eliminados del circuito.
En segundo lugar, el HTF puede contaminarse con agua, que normalmente proviene de la comunicación de los circuitos del ciclo agua-vapor y del sistema HTF en los intercambiadores del tren de generación de vapor, por un fallo o funcionamiento anómalo de éstos. El agua, al tener un punto de ebullición más bajo, se evapora, formando burbujas de aire que tienen diversas consecuencias. La primera, es que cuando estas burbujas alcanzan las bombas éstas cavitan y vibran. Además, puede provocarse el ataque químico a metales del circuito, ya que éstos están preparados para funcionar con un fluido no corrosivo, incluso lubricante, como el HTF.
En tercer lugar, el HTF sufre una degradación térmica por cracking, como la mayoría de los hidrocarburos. Así, por ruptura de enlaces C-C y posterior recombinación de las dos moléculas de los compuestos que forman el HTF se forman diversos compuestos con diferentes propiedades.
Por último hay que tener en cuenta otro problema. Los tanques de expansión están presurizados con N2. Cuando estos tanques se enfrían, su volumen desciende, y para mantener la presión es necesario adicionar más N2. Pero cuando el fluido se calienta, el volumen ocupado por el N2 disminuye, y por tanto, aumenta su presión hasta un determinado valor, a partir del cual es necesario eliminarlo venteándolo. Como este N2 contiene disueltas algunas sustancias volátiles, como benceno o tolueno, no es posible ventearlo directamente a la atmósfera, por lo que hay que eliminar previamente los compuestos volátiles que pudiera llevar disueltos.
Por todo ello, es necesario prever en el circuito un sistema que se ocupe de la eliminación de todos los productos que pueden acompañar al HTF y que pueden haberse formado por reacción, haberse adicionado de forma anómala o estar en fase vapor con el N2 que ocasionalmente habrá que ventear.
Los sistemas de depuración constan básicamente de tres tipos de sistemas:
Filtros, para la eliminación de productos sólidos en suspensión.
Destiladores, que provocan la separación de dos sustancias por evaporación teniendo en
cuenta sus diferentes puntos de ebullición.
Condensadores, para condensar selectivamente una serie de compuestos, teniendo en cuenta
sus diferentes temperaturas de condensación.
Tanques de almacenamiento, para acumular los residuos separados antes de entregarlos aun
gestor autorizado de residuos peligrosos.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO
8
8. EL SISTEMA DE DEPURACIÓN DEL HTF 8.1 LA DEGRADACIÓN DEL HTF
8.2 LA FUNCIÓN DEL SISTEMA DE DEPURACIÓN 8.3 FILTRADO 8.3.1 Filtro simples 8.3.2 Filtros dobles 8.3.3 Filtros autolimpiantes 8.3.4 Filtros riñón 8.4 LA DEPURACIÓN POR DESTILACIÓN 8.4.1 Primera fase: evaporación flash 8.4.2 Segunda fase: condensación controlada 8.4.3 Equipos que componen el sistema de depuración8.5 EL SISTEMA DE DEPURACIÓN MÁS EFICAZ
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CALDERA AUXILIAR DE GAS NATURAL
Existe una gran dificultad para realizar previsiones meteorológicas fiables, y por tanto, prever de manera anticipada la generación eléctrica de una central termosolar con precisión. Por ello, desde las primeras centrales termosolares SEGS en California se planteó la posibilidad de incorporar una caldera auxiliar
basada en un combustible fósil que permitiera corregirlas desviaciones en las previsiones eléctricas que pudieran presentarse.
Este artículo es un extracto del capítulo 9 del libro SISTEMA HTF EN
CENTRALES TERMOSOLARES.Pincha aquí para acceder al libro.
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JUSTIFICACIÓN DE LA NECESIDADHay que tener en cuenta que existe una gran dificultad para almacenar energía eléctrica en grandes cantidades, razón por la cual la generación y el consumo deben coincidir exactamente. Si no se conoce con exactitud de forma anticipada la generación prevista no es posible para el operador de la red eléctrica conocer con que energía cuenta para abastecer la demanda y esto puede producir desequilibrios puntuales en la red que podrían llegar a producir un apagón completo en una zona determinada o incluso en un país entero.
Si bien en principio en España se planteó la posibilidad de que las centrales termosolares debieran contar necesariamente con un sistema de almacenamiento térmico que permitiera regular la producción con independencia de la disponibilidad de radiación solar, finalmente las autoridades regulatorias consideraron excesivo hacerlo obligatorio, dado su alto coste. Pero eso sí, permitieron a los promotores de centrales termosolares la posibilidad de disponer de una ‘reserva’ energética que permitiera suplir la falta de radiación solar y que por ello impidiera cumplir con el programa de producción previsto. La posibilidad de utilizar una caldera auxiliar de gas natural se contempla en la normativa actual (RD 661/07), que en su artículo 2 dice textualmente:
“En estas instalaciones se podrán utilizar equipos que utilicen un combustible para el mantenimiento de la temperatura del fluido trasmisor de calor para compensar la falta de irradiación solar que pueda afectar a la entrega prevista de energía”.
Es decir, se busca que las centrales termosolares no tengan una dependencia total de las condiciones atmosféricas, y que puedan cumplir el programa de producción establecido a pesar de que una situación atmosférica puntual, como el paso de una nube, pudiera afectar a la previsión de generación realizada y comunicada al operador del mercado eléctrico.
Estas calderas, además, tienen otra función: pueden proporcionar el calor necesario para evitar que el fluido térmico se acerque a la temperatura de congelación, que según la ficha técnica de dicho producto es de 12 ºC.
Es importante señalar que aunque la combustión del gas podría hacerse con un mayor aprovechamiento energético, quemando el combustible en una turbina de gas conectada a un generador eléctrico, y aprovechando el calor de los gases de escape para el mismo propósito, esta posibilidad está estrictamente prohibida en España.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 9
9. CALDERA AUXILIAR DE GAS NATURAL 9.1 JUSTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD 9.2 DISPOSICIÓN DE LA CALDERA AUXILIAR 9.3 ENERGÍA GENERABLE CON LA CALDERA AUXILIAR 9.4 POTENCIA
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ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS EN CENTRALES TERMOSOLARES
Se entiende por atmósfera explosiva (ATEX) toda mezcla, en condiciones atmosféricas, de aire y sustancias inflamables en forma de gases, vapores, nieblas o polvos en la que tras la ignición, se
propaga la combustión hacia la mezcla no quemada.
Este artículo es un extracto del capítulo 10 del libro SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES.
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Dentro de este concepto general se distinguen dos tipos de atmósferas:
Atmósferas de gas explosivas: mezcla de una sustancia inflamable en estado de gas o vapor
con el aire , en la que, en caso de ignición, la combustión se propaga a toda la mezcla no
quemada.
Atmósferas de polvo explosivo: mezcla de aire, en condiciones atmosféricas, con sustancias
inflamables bajo la forma de polvo o de fibras en la que, en caso de ignición, la combustión se
propaga al resto de la mezcla no quemada. No se tratan en este capítulo, ya que en las
centrales termosolares no se da este caso.
No se incluye en la definición de ATEX el riesgo de explosión de sustancias inestables, tales como los explosivos, material pirotécnico y peróxidos orgánicos o cuando las mezclas explosivas están sometidas a condiciones no consideradas como atmosféricas normales, como es el caso de mezclas sometidas a presión.
Para que se dé una atmósfera potencialmente explosiva se requiere la combinación de una mezcla de una sustancia inflamable o combustible con un oxidante (comburente) a una concentración determinada (entre el límite inferior de explosividad LIE y el limite superior LSE) y una fuente de ignición. La combinación de estos cuatro factores configura lo que se denomina el tetraedro del fuego. La clave para evitar la peligrosidad de una atmósfera explosiva será conseguir que alguno de los cuatro factores no esté presente:
No debe haber vapores de combustible en el ambiente.
La concentración del combustible debe ser inferior al LIE.
No debe haber comburente.
No debe haber una fuente de ignición.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 10
10. ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS en centrales CCP 10.1 QUÉ ES UNA ATMÓSFERA EXPLOSIVA 10.2 NORMATIVAS QUE REGULAN LAS ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS 10.3 TIPOS DE ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS 10.4 OBLIGACIONES DERIVADAS DE LA PRESENCIA DE ZONAS ATEX 10.5 COMBUSTIBLES EN CENTRALES TERMOSOLARES 10.6 ZONAS ATEX EN CENTRALES TERMOSOLARES 10.6.1 Juntas rotativas en el campo solar 10.6.2 Tanques de expansión 10.6.3 Zona de bombeo 10.6.4 Zona de depuración (Ullage) 10.6.5 Zona de intercambiadores de tren de generación de vapor 10.6.6 Caldera auxiliar 10.6.7 ERM o planta satélite de GNL 10.6.8 Zona de baterías
LA MEDICIÓN DEL CAUDAL
Los parámetros físicos del HTF que es necesario medir en diferentes puntos son el caudal, la temperatura, la presión y el nivel. Con estos datos, el sistema de control realizará una serie de
actividades, como son el accionamiento de determinadas válvulas, la regulación de caudal a través del control de la velocidad de las bombas de impulsión, la emisión de alarmas o el desenfoque parcial de
espejos.
Este artículo es un extracto del capítulo 11 del libro SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES.
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Medición de caudal en fluidosLa medición del caudal de fluidos constituye uno de los aspectos más importantes del control de cualquier proceso industrial. En el caso del sistema HTF, resulta impensable realizar un control adecuado del proceso y de la energía captada en el campo solar sin conocer con precisión el caudal circulante por diversas partes del circuito.
Existen muchos métodos fiables y precisos para medir el caudal que circula por una determinada parte del sistema. Algunos de estos métodos son aplicables solamente a líquidos, otros solamente a gases y vapores; y otros a ambos. El fluido puede ser limpio o “sucio”, seco o húmedo, erosivo o corrosivo. Además, y en lo que se refiere al HTF es más importante aún, las condiciones físicas del proceso tales como presión, temperatura, densidad, viscosidad, etc., pueden variar. Todos estos factores afectan la medición y deben ser tomados en cuenta en el momento de seleccionar un medidor de caudal.
Es necesario por lo tanto, conocer el principio de operación y características de funcionamiento de los diferentes medidores de flujo disponibles. Sin tal conocimiento, es difícil seleccionar el medidor más apropiado para una determinada aplicación.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 11
11. INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL SISTEMA HTF 11.1 LA MEDICIÓN DEL CAUDAL 11.1.1 Medición de caudal en fluidos 11.1.2 La función de los caudalímetros 11.1.3 Principio de funcionamiento general de caudalímetros 11.1.4 Factores que influyen en la medición de caudal 11.1.5 Tipos de caudalímetros 11.1.6 Caudalímetros empleados en centrales termosolares 11.1.7 La dificultad en la medida del caudal de HTF 11.2 MEDICIÓN DE TEMPERATURA 11.2.1 Indicadores visuales 11.2.2 Los termopares 11.2.3 Las termorresistencias (RTD) 11.2.4 Puntos de medida de la temperatura en el circuito 11.3 MEDICIÓN DE PRESIÓN 11.3.1 Instrumentos locales: el tubo bourdon 11.3.2 Transmisores de presión electromecánicos 11.3.3 Medida de la presión en el sistema HTF 11.4 MEDICIÓN DE NIVEL 11.4.1 Medidores de flotador 11.4.2 Transmisores de nivel de presión diferencial 11.4.3 Equipos con transmisores de nivel 11.5 EL CONTROL DEL SISTEMA HTF 11.5.1 El control del HTF en el campo solar 11.5.2 El control de nivel en tanques de expansión 11.5.3 El control del caudal de HTF en caldera auxiliar 11.5.4 El control del sist. de eliminación de prod. de degradación 11.5.5 El control de caudal de HTF en el tren de generación de vapor
EL CONTROL DEL SISTEMA HTF
Todos los instrumentos de caudal, presión, temperatura y nivel sirven para alimentar controladores locales, interruptores de seguridad, o envían datos al sistema de control de la planta para que, a partir
de esta información, el sistema envía una serie de señales a equipos actuadores para realizar determinadas funciones.
Este artículo es un extracto del capítulo 11 del libro SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES.
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Por desgracia, el sistema de control de las centrales termosolares aún no está suficientemente desarrollado, por lo que a nivel global el sistema adolece de falta de integración entre los diferentes sistemas que engloba la planta (campo solar, ciclo agua-vapor, sistemas auxiliares, sistema de alta tensión y turbina de vapor). El sistema HTF no tiene un control propiamente dicho, sino que parte de sus funciones las realiza el sistema de control del campo solar y otra parte el sistema de control del bloque de potencia, dedicado este último mayoritariamente al control de los parámetros de ciclo agua-vapor.
Los lazos de control más importantes del sistema HTF se indican a continuación.
El control del HTF en el campo solarEl control del HTF en el campo solar tiene un objetivo fundamental: cada sector en que se divide el campo solar debe ser capaz de proporcionar a su salida la máxima temperatura de trabajo (unos 393ºC). Para ello, el sensor de temperatura colocado a la salida de cada subcampo es fundamental en el control de temperatura del HTF, ya que será el que informará al control del campo solar sobre si se está alcanzando o no la temperatura deseada . Será fundamental que este sensor esté perfectamente verificado y calibrado, por lo que su frecuencia de inspección normalmente es mayor que el resto de sensores de temperatura del campo solar.
En caso de que la temperatura media que circula por el colector que recoge el HTF caliente de un subcampo descienda del valor esperado (normalmente 393 ºC), el sistema dará orden al variador de las bombas de HTF para que disminuyan su velocidad, de manera que el HTF atraviese más lentamente el campo. Se conseguirá así la máxima temperatura nuevamente, pero el caudal lógicamente disminuirá. También lo hará por consiguiente la energía transportada desde el campo solar hasta el bloque de potencia.
Si la temperatura continua descendiendo llegará un momento en que el flujo de HTF a través de los lazos sea inferior a un valor determinado. Así, si la velocidad de paso del fluido por los tubos
absorbedores desciende de 0,8 m/s una parte del fluido se moverá con flujo laminar, por lo que independientemente de la temperatura media que alcance el fluido, la temperatura máxima que alcanzará en las paredes del tubo será demasiado alta y provocará la degradación acelerada del fluido por cracking. Por ello, cuando la velocidad del fluido sea demasiado baja provocada por una baja radiación que obligue a que las bombas giren mas lentamente, los módulos de captación de radiación solar se desenfocarán, y la planta terminará parando unos minutos más tarde por seguridad.
Si en cambio la temperatura del HTF empieza a aumentar, la primera decisión que tomará el sistema de HTF será aumentar la velocidad de las bombas, para que el fluido pase menos tiempo en los tubos y los atraviese más rápidamente. Cuando las condiciones de radiación sean excelentes, y las bombas hayan alcanzado su máxima velocidad y por tanto su máximo caudal, el último colector de cada lazo deberá desenfocarse parcialmente, para evitar que la radiación termine elevando la temperatura del HTF por encima de la de consigna. En condiciones especialmente favorables, y dependiendo del número de lazos con el que cuente la planta, este punto se alcanzará antes o después.
Así, para centrales CCP de 50 MW eléctricos que cuenten con más de 110 lazos, ese punto se alcanza normalmente cuando la radiación normal corregida que llega a los módulos de captación supera los 550 W/m2, lo que sucede más de 500 horas al año. En plantas con un número inferior de lazos, unos 100, ese punto en el que es necesario realizar desenfoques ocurre cuando la radiación supera los 650 W/m2 aproximadamente.
El lazo de control de temperatura del campo solar es sin duda el más importante de los lazos de control del sistema HTF.
El control de nivel en tanques de expansiónEl segundo lazo de control importante del sistema HTF es el control del nivel del tanque de expansión. Cuando el fluido se calienta, aumenta de nivel de forma espontánea, por la dilatación del fluido. Para mantenerlo, el sistema de control abre los drenajes que conducen el HTF hacia los tanques de rebose, si el sistema dispone de ellos.
Cuando el HTF se enfría, ocurre lo contrario: pierden nivel por contracción. Para mantenerlo, se recircula HTF desde los tanques de rebose (si el sistema dispone de ellos) hasta el tanque de expansión.
Paralelamente, la presión de nitrógeno también varía, y un nuevo lazo de control debe ventear o añadir nitrógeno para mantener la presión del tanque en el valor de consigna (unos 11 bares, normalmente).
El control del caudal de HTF en caldera auxiliarLos parámetros que el sistema debe mantener a su paso por la caldera son la temperatura y el caudal. Si la temperatura es demasiado alta, el sistema de control debe aumentar el caudal, hasta que la temperatura a la salida de la caldera sea la deseada. Si en cambio es demasiado baja, debe hacer lo contrario, disminuir el caudal de circulación.
El aumento o disminución del caudal puede hacer de dos formas: variando la velocidad de las bombas, o variando la apertura de la válvula de control situada a la entrada de la caldera.
La caldera cuenta normalmente con su propio sistema de control que garantiza sobre todo la seguridad. También garantiza que la cantidad de gas natural que entra en los quemadores está en relación a la cantidad de HTF que circula, por lo que los caudalímetros de caldera (HTF y gas natural) son elementos especialmente importantes.
El control del sistema de eliminación de productos de degradaciónEl control del sistema de eliminación de productos de degradación es complejo, y está normalmente integrado en el sistema de control del bloque de potencia excepto en los casos que constituye una planta paquete. Deben controlarse múltiples parámetros que garantizan que las presiones y temperaturas son las adecuadas para que se produzcan las sucesivas condensaciones y evaporaciones.
También dispone de varios lazos de control de nivel para asegurar que el nivel en reactores y en depósitos finales es el correcto.
El control de caudal de HTF en el tren de generación de vaporPor último, el sistema de control debe conocer, registrar y controlar el flujo de HTF que circula por cada uno de los intercambiadores del tren de generación de vapor. En este caso, normalmente no se realiza control de caudal por cada intercambiador, sino apertura y cierre de válvulas que permiten que el HTF atraviese cada uno de ellos en el momento en que se requiere, y que impida su paso cuando así se necesita.
INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 11
11. INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL SISTEMA HTF 11.1 LA MEDICIÓN DEL CAUDAL 11.1.1 Medición de caudal en fluidos 11.1.2 La función de los caudalímetros 11.1.3 Principio de funcionamiento general de caudalímetros 11.1.4 Factores que influyen en la medición de caudal 11.1.5 Tipos de caudalímetros 11.1.6 Caudalímetros empleados en centrales termosolares 11.1.7 La dificultad en la medida del caudal de HTF 11.2 MEDICIÓN DE TEMPERATURA 11.2.1 Indicadores visuales 11.2.2 Los termopares 11.2.3 Las termorresistencias (RTD) 11.2.4 Puntos de medida de la temperatura en el circuito 11.3 MEDICIÓN DE PRESIÓN 11.3.1 Instrumentos locales: el tubo bourdon 11.3.2 Transmisores de presión electromecánicos 11.3.3 Medida de la presión en el sistema HTF 11.4 MEDICIÓN DE NIVEL 11.4.1 Medidores de flotador 11.4.2 Transmisores de nivel de presión diferencial 11.4.3 Equipos con transmisores de nivel 11.5 EL CONTROL DEL SISTEMA HTF 11.5.1 El control del HTF en el campo solar 11.5.2 El control de nivel en tanques de expansión 11.5.3 El control del caudal de HTF en caldera auxiliar 11.5.4 El control del sist. de eliminación de prod. de degradación 11.5.5 El control de caudal de HTF en el tren de generación de vapor |
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Una central termosolar consiste básicamente en cuatro sistemas separados y acoplados entre sí: el sistema de captación radiación, el sistema de aceite térmico (HTF), el sistema de almacenamiento de energía, y el bloque de
potencia. El aceite térmico (HTF) transfiere la energía recogida por los captadores cilindro parabólicos al bloque de potencia, a través de dos trenes de intercambiadores de calor. El vapor producido en esos intercambiadores se utiliza en la turbina de vapor para generar energía mecánica de rotación, que en el generador se transformará en energía eléctrica.El sistema de aceite térmico o HTF (heat thermal fluid) es pues el sistema circulatorio que une el calor captado y la energía eléctrica producida. Para el funcionamiento del sistema y por las propias características del aceite térmico son necesarios una serie de sistemas auxiliares: sistema de bombeo, sistema de reposición,de filtrado, anticongelación, etc.La obra analiza en profundidad este sistema clave de estas centrales de generación con un lenguaje accesible sin perder hondura técnica.
INDICE DETALLADO
1. LAS CENTRALES TERMOSOLARES CCP
LAS CENTRALES TERMOSOLARES CCP EL FLUIDO CALOPORTADOR EL CAMPO SOLAR EL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR LA TURBINA DE VAPOR LA CONDENSACIÓN DEL VAPOR EL GENERADOR
EL SISTEMA DE ALTA TENSIÓN EL COSTE DE UNA CENTRAL TERMOSOLAR CCP
2. VISIÓN GENERAL DEL SISTEMA HTF
EL FLUIDO DE TRANSFERENCIA TÉRMICA (HTF) o Justificación de la utilización de HTF en vez de agua o Principales propiedades del HTF
ESQUEMA GENERAL DEL SISTEMA HTF SISTEMA DE BOMBEO TUBERÍA COLECTORA FRÍA Y CALIENTE TANQUES DE EXPANSIÓN SISTEMA DE NITRÓGENO DE INERTIZACIÓN CALDERA AUXILIAR SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE PRODUCTOS DE
DEGRADACIÓN ESQUEMA GENERAL DEL BLOQUE DE POTENCIA
3. EL FLUIDO ORGÁNICO SINTÉTICO CALOPORTADOR (HTF)
FLUIDOS CALOPORTADORES EN LA INDUSTRIA o El agua o Mezclas de sales inorgánicas fundidas o Mercurio o Alquilbencenos o Sodio líquido o Productos de síntesis
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL HTF o Mezcla eutéctica y punto de congelación o Temperatura máxima de utilización o Viscosidad o Densidad o Calor específico o Temperatura de ignición o Temperatura de autoinflamación o Presión de vapor y temperatura de ebullición o Características de seguridad o Otras características
o Tabla de características o La degradación del HTF
4. EL CAMPO SOLAR Y EL SISTEMA HTF
DESCRIPCIÓN DEL CAMPO SOLAR EN UNA CENTRAL CCP TUBERÍA COLECTORA DE HTF EN EL CAMPO SOLAR EL CALORIFUGADO DE TUBERÍA EN EL CAMPO SOLAR CONFIGURACIÓN DE TUBERÍA EN EL CAMPO SOLAR VÁLVULAS EN EL CAMPO SOLAR EL EQUILIBRADO HIDRÁULICO DEL CAMPO SOLAR EL TUBO ABSORBEDOR
o El tubo metálico central o Cubierta de vidrio o Soldadura vidrio metal o Dilatador o Soldadura entre tubos
5. EL SISTEMA DE BOMBEO
LA FUNCIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO BOMBAS PERTENECIENTES AL SISTEMA DE BOMBEO GENERALIDADES SOBRE BOMBAS CENTRÍFUGAS
o Las bombas centrífugas o Partes de una bomba centrífuga
TIPOS DE BOMBAS o Según la dirección del fluido o Según su normalización o Según el tipo de accionamiento o Según el número de rodetes o Basado en la succión del rotor o rodete o Basado en la orientación de la división de la carcasa o en el soporte de los rodamientos o SegBasado ún la orientación del eje
TIPOS DE BOMBAS SEGÚN LA NORMA API 610 o Bombas OH o Bombas BB o Bombas VS
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS
o Caudal nominal o Presiones o NPSH requerido o Normalización o Tipo de bomba o Nº de etapas o Tipo de motor o Tensión de alimentación o Tipo de regulación o Tipo de cierre o Potencia eléctrica o potencia térmica o Potencia hidráulica o Altura manométrica en la descarga, o presión en la
descarga o Rendimiento o eficiencia o Curva característica
EL SISTEMA DE ESTANQUEIDAD: SELLOS o Los dispositivos de sellado o Sellos mecánicos o Componentes de un sello mecánico o Los sellos de cartucho
TIPOS DE SELLOS MECÁNICOS DE CARTUCHO SEGÍN API 682 o Según su adecuación a la norma API 610 o Según el número de sellos que incluye (arreglo) o Según la disposición de los sellos que incluye
EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL SELLO o Fluido enfriador y lubricador (Flush) o Fluido limpiador (Quench) o Venteo o Intercambiador o Depósitos o Separador ciclónico
PLANES DE LUBRICACIÓN Y ENFRIAMIENTO API 682 o API Plan 1 o API Plan 11 o API Plan 2
o API Plan 21 o API Plan 22 o API Plan 23 o API Plan 51 o API Plan 52 o API Plan 53A o API Plan 53B o API Plan 54
LA SELECCIÓN DEL SELLO MECÁNICO o Características de la bomba o Condiciones de utilización o Características del fluido o La selección de materiales del sello
BOMBAS PRINCIPALES DE IMPULSIÓN DEL HTF o La función de las bombas principales o Selección del tipo de bomba o Selección del tipo de sello o Selección del plan del refrigeración del sello o Configuraciones habituales o El motor o El control del caudal
BOMBAS DE RECIRCULACIÓN BOMBAS DE CALDERA BOMBAS DE TANQUES DE EXPANSIÓN BOMBAS DE DESCARGA BOMBAS DEL SISTEMA DE DEPURACIÓN
6. TANQUES DE EXPANSIÓN
LA NECESIDAD DE LOS TANQUES DE EXPANSIÓN CÁLCULO DEL VOLUMEN DE LOS TANQUES DE EXPANSIÓN CONFIGURACIONES HABITUALES MURO DE CONTENCIÓN TRACEADO DE TANQUES SISTEMA DE INERTIZACIÓN Y PRESURIZACIÓN DE TANQUES
7. LOS INTERCAMBIADORES DEL TREN DE GEN. DE VAPOR
EL CICLO RANKINE
EQUIPOS QUE FORMAN PARTE DEL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR
CONFIGURACIÓN DEL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR REPARTO DE FLUIDO GENERALIDADES SOBRE INTERCAMBIADORES CARCASA-
TUBOS o La carcasa o Los tubos o Las placas tubulares o Placas deflectoras
LA CLASIFICACIÓN TEMA EL ECONOMIZADOR EVAPORADOR EL SOBRECALENTADOR RECALENTADOR VISIÓN GENERAL DEL TREN DE GENERACIÓN DE VAPOR
8. EL SISTEMA DE DEPURACIÓN DEL HTF
LA DEGRADACIÓN DEL HTF LA FUNCIÓN DEL SISTEMA DE DEPURACIÓN FILTRADO
o Filtro simples o Filtros dobles o Filtros autolimpiantes o Filtros riñón
LA DEPURACIÓN POR DESTILACIÓN o Primera fase: evaporación flash o Segunda fase: condensación controlada o Equipos que componen el sistema de depuración
EL SISTEMA DE DEPURACIÓN MÁS EFICAZ
9. CALDERA AUXILIAR DE GAS NATURAL
JUSTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD DISPOSICIÓN DE LA CALDERA AUXILIAR ENERGÍA GENERABLE CON LA CALDERA AUXILIAR POTENCIA
10. ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS en centrales CCP
QUÉ ES UNA ATMÓSFERA EXPLOSIVA NORMATIVAS QUE REGULAN LAS ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS TIPOS DE ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS OBLIGACIONES DERIVADAS DE LA PRESENCIA DE ZONAS
ATEX COMBUSTIBLES EN CENTRALES TERMOSOLARES ZONAS ATEX EN CENTRALES TERMOSOLARES
o Juntas rotativas en el campo solar o Tanques de expansión o Zona de bombeo o Zona de depuración (Ullage) o Zona de intercambiadores de tren de generación de
vapor o Caldera auxiliar o ERM o planta satélite de GNL o Zona de baterías
11. INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL SISTEMA HTF
LA MEDICIÓN DEL CAUDAL o Medición de caudal en fluidos o La función de los caudalímetros o Principio de funcionamiento general de caudalímetros o Factores que influyen en la medición de caudal o Tipos de caudalímetros o Caudalímetros empleados en centrales termosolares o La dificultad en la medida del caudal de HTF
MEDICIÓN DE TEMPERATURA o Indicadores visuales o Los termopares o Las termorresistencias (RTD) o Puntos de medida de la temperatura en el circuito
MEDICIÓN DE PRESIÓN o Instrumentos locales: el tubo bourdon o Transmisores de presión electromecánicos o Medida de la presión en el sistema HTF
MEDICIÓN DE NIVEL
o Medidores de flotador o Transmisores de nivel de presión diferencial o Equipos con transmisores de nivel
EL CONTROL DEL SISTEMA HTF o El control del HTF en el campo solar o El control de nivel en tanques de expansión o El control del caudal de HTF en caldera auxiliar o El control del sist. de eliminación de prod. de
degradación o El control de caudal de HTF en el tren de generación de
vapor
RENOVETEC lanza la versión 3.1 de RENOVEGEM, el software
gratuito GMAO
RENOVETEC ha liberado la versión 3.1 de su software gratuito de Gestión de Mantenimiento Asistido por Ordenador, denominado RENOVEGEM 3.1. Es la primera
versión estable del programa (no es una versión beta) e incorpora interesantes novedades respecto a su antecesora, la versión beta-2.
Descárgate la versión gratuita 3.1 pinchando aquí (ojo, 80 Mb)
Recuerda: tienes que instalar el archivo autoejecutable, que descomprimirá RENOVEGEM en la carpeta que desees. El ejecutable
no instala software en tu ordenador, solo descomprime la carpeta donde se encuentra el programa. Busca en esa carpeta el archivo ejecutable de RENOVEGEM, y ya puedes empezar a usar el programa. Recuerda que
el nombre de usuario inicial es 'admin', y la contraseña es '1234'. Podrás cambiar estos datos cuando desees, y dar de alta a los usuarios
que desees.
Durante varios meses, más de 2000 usuarios han implantado y probado RENOVEGEM en
entornos industriales reales. Estos usuarios han enviado a RENOVETEC cientos de sugerencias de mejora, opciones necesarias y errores de ejecución del programa (bugs). La versión lanzada ahora es una versión estable, que ha pasado un estricto control de calidad y que ha tenido en cuenta todas las sugerencias enviadas por los usuarios.
El resultado es el que puede verse ahora: una interface mejorada, más ‘usable’, más intuitiva, y con opciones que la versión anterior no incluía. Así, ahora es posible una completa gestión del mantenimiento preventivo que incluso puede generarse y programarse automáticamente; dispone de una gestión de usuarios con diferentes privilegios; contiene módulos para la gestión del almacén y de las compras totalmente integrado con el resto de los módulos, o toda una serie de informes preconfigurados, con todas los indicadores más usuales en mantenimiento.
Además de la versión gratuita, se han lanzado dos versiones adicionales, para usuarios con necesidades más exigentes: la versión Professional 3.0, que por un pequeño coste incluye
la posibilidad de funcionar con una pequeña red cliente-servidor, y que permite la carga masiva de datos desde una hoja de cálculo, para facilitar la rápida implantación del programa; y la versión PREMIUM 3.0, la más completa, con un coste ligeramente mayor pero muy lejos de los precios habituales de los software GMAO más conocidos, y que permite hasta 20 usuarios en red, propone automáticamente las tareas y gamas de mantenimiento que mejor se adaptan a la instalación simplemente introduciendo el árbol jerárquico de equipos, y que además, tiene implementado tres módulos especiales para la gestión del mantenimiento predictivo, el mantenimiento por requerimientos legales y la realización de auditorías de mantenimiento.
Descárgate el software en la siguiente dirección:
Descárgate la versión gratuita 3.1 pinchando aquí