Caldera – Ian Hansen Garita
Una caldera es un elemento cuya función es generar vapor de agua a alta presión
mediante la quema de algún combustible. Estas se utilizan en diversas aplicaciones,
las mas comunes son en la industria o también en las centrales eléctricas.
A continuación, un video explicativo del funcionamiento de una caldera de
vapor:
https://www.youtube.com/watch?v=QGbEkqRemAQ&ab_channel=ATTSUTERMICA
Alternador – Ian Hansen Garita
Un alternador es una maquina eléctrica capaz de transformar energía
mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante la
inducción electromagnética.
Estos parten del principio de la ley de Faraday, que dice que en un
conductor sometido a un campo magnético variable durante un determinado tiempo
se inducirá una tensión eléctrica o fuerza electromotriz cuya polaridad depende
del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa.
Un alternador este compuesto por dos partes fundamentales, el inductor que
es el encargado de generar el campo magnético y el inducido que es el conductor
atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.
En nuestro país, la corriente alterna esta en una frecuencia de 50 Hz por
lo que, si queremos generar energía con un alternador e inyectarla a la red,
esta debe estar a esa misma frecuencia constantemente. Esto quiere decir que el
alternador debe girar a una velocidad la cual genere energía a esa frecuencia,
cualquier cambio de velocidad hará que este genere en otra frecuencia imposibilitando
la inyección de energía a la red.
Turbina – Ian Hansen Garita
Una turbina de vapor es una maquina que utiliza la energía termina del
vapor a alta presión para generar energía mecánica de rotación. Estas están
compuestas principalmente por dos partes, el rotor y el estator. El rotor esta
formado por ruedas de alabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de
la turbina, el estator también está formado por alabes, pero estos en ves de
estar unidos al eje están unidos a la carcasa de la turbina.
Cuando el vapor a presión ingresa a la turbina, este empuja los alabes
haciendo que la misma gire, esta energía mecánica de rotación producida se
aprovecha en la mayoría de los casos para mover un generador y así generar
energía eléctrica.
A continuación, un video donde se explica el funcionamiento de una turbina:
https://www.youtube.com/watch?v=m3-2NogJZQk&t=1s&ab_channel=TechnicalEngineeringSchool
Se desarrollo un modelo que basa su funcionamiento en un mecanismo de biela manivela, convirtiendo movimiento circular en uno lineal alternativo. Con las diferencias de que el cigüeñal está a una cierta altura, y que se reemplaza el pistón por una ruedita que rueda sin deslizar.
Las turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o
de agua, turbina de vapor y turbinas de combustión. Una turbina de vapor es una
turbo máquina que transforma la energía de un flujo de vapor en energía
mecánica. Este vapor se genera en una caldera de vapor, de la que sale en unas
condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la
energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada
por un generador para producir electricidad.
 |
| Esquema básico de una turbina de vapor. |
Al
pasar por las toberas de la turbina, se reduce la presión del vapor (se
expande) aumentando así su velocidad. Este vapor a alta velocidad es el que
hace que los álabes móviles de la turbina giren alrededor de su eje al incidir
sobre los mismos. Por lo general una turbina de vapor posee más de un conjunto
tobera-álabe (o etapa), para aumentar la velocidad del vapor de manera gradual.
Esto se hace ya que por lo general el vapor de alta presión y temperatura posee
demasiada energía térmica y, si ésta se convierte en energía cinética en un
número muy reducido de etapas, la velocidad periférica o tangencial de los
discos puede llegar a producir fuerzas centrífugas muy grandes causando fallas
en la unidad.
Para mayor información sobre el tema, se recomienda consultar la siguiente publicación: http://www.energiza.org/anteriores/energizadiciembre2011.pdf
https://www.areatecnologia.com/mecanismos/turbina-de-vapor.html
Los generadores de corriente alternada o alternadores
funcionan bajo el siguiente principio: si se coloca una espira dentro de un
campo magnético y se la hace girar, sus dos lados cortarán a las líneas de
fuerza del campo, induciéndose entonces una corriente eléctrica que puede ser
recogida en los extremos del conductor que forma la espira. Veremos
inmediatamente que la corriente inducida es de carácter alternado.
Si en lugar de hacer girar la espira se hace girar al
campo magnético, dejando fija la espira, se producirá exactamente el mismo
fenómeno, puesto que lo que lo produce es el desplazamiento relativo entre los
conductores y las líneas de fuerza del campo. ¿Cuál de los dos sistemas es más
conveniente?. La respuesta es inmediata, pues en el primer caso se debe recoger
la corriente producida en la espira, pero como ésta se mueve, se tendrán
contactos deslizantes. La corriente de excitación de los electroimanes para la
producción del campo magnético, es mucho más pequeña que la corriente inducida,
y si ellos están fijos, los bornes de entrada y salida también lo estarán, no
habiendo contactos deslizantes.
Está claro que si es lo mismo hacer girar a la espira o a los campos magnéticos, convendrá hacer girar a aquella parte que conduce corrientes de menor valor, porque entonces los contactos deslizantes deberán dejar paso a corrientes más pequeñas.
 |
| Rotor de un alternador. |
Atendiendo a razones de economía en el costo del
alternador y a la menor cantidad de pérdidas por corrientes parásitas,
convendría utilizar corriente alternada de baja frecuencia. En efecto, a
frecuencias mayores debe haber más polos y la máquina se encarece; además las
pérdidas por corriente de Foucault o parásita dependen del cuadrado de la
frecuencia de modo que al crecer f aumentan notablemente esas pérdidas.
Pero oponiéndose a esas razones está la de utilización
de la corriente alterna. La práctica recomienda que para evitar que la vista
perciba las fluctuaciones de las lámparas incandescentes, la frecuencia debe
ser por lo menos de 50 ciclos por segundo.
Partiendo de esta base y respetando las
consideraciones anteriores se ha elegido en muchas partes tal frecuencia, salvo
excepciones donde se usa 60 ciclos por segundo.
Para poder obtener 50 c/s. con una máquina de 2 polos, el rotor debe dar 50 vueltas por segundo o sea 3000 por minuto. Si se colocaran 4 polos se cumplen 2 ciclos por vuelta por lo que bastará que el rotor de 1500 vueltas por minuto y en general para un número de polos p y frecuencia f el número de revoluciones por minuto del rotor está dado por n=120f/p, debiendo elegirse el motor de impulso adecuado que suministre esa velocidad.
Obsérvese que para poder mantener constante la
frecuencia no debe variar la velocidad de giro del rotor, de modo que no puede
actuarse sobre ella para regular la f.e.m., como podía hacerse en los
generadores de corriente continua. La magnitud que se puede regular es el flujo magnético (φ).
Si se quiere consultar la fuente y/o ampliar en el tema, se sugiere revisar el siguiente documento: Generadores de Corriente Alterna
Las calderas que todos conocemos tienen como objetivo
calentar un fluido caloportador, normalmente agua, que será conducido posteriormente
a través de una red de tuberías, montantes y distribuidores hasta unos emisores
con el objetivo de proporcionar calor a estancias y locales.
Otro uso muy extendido es el de calentar el agua que se utiliza en diversos tipos de instalaciones. En muchas aplicaciones de tipo industrial es necesario contar con vapor de agua para distintos procesos. En este caso necesitamos calderas de vapor.
Las calderas de vapor cuentan con una estructura
similar a las calderas más comunes de las que se obtiene agua caliente. Sus
partes fundamentales son las siguientes:
En función de cómo se construye este intercambiador se
distinguen las dos tipologías básicas de las calderas de vapor:
 |
| Representación e una caldera acuotubular y una pirotubular, respectivamente. |
Estas son las calderas que tienen más aceptación en los entornos industriales. Pueden adoptar distintas configuraciones en función de cómo se ubican los tubos de humos: horizontales, de cajas de humo y verticales. El objetivo de una caldera de vapor, ya sea de un sistema u otro, es incrementar la temperatura y la presión del agua hasta transformar el fluido en vapor a la presión necesaria.
La obtención de vapor va a condicionar el resto de los
componentes auxiliares de la caldera, ya que deben estar diseñados
para soportar las temperaturas y presiones necesarias. Hay que tener
en cuenta que según aumenta la presión del agua también aumenta la temperatura
de ebullición.
Tradicionalmente, las calderas se han clasificado
también, desde el punto de vista de la seguridad, en función del producto del
volumen de agua en metros cúbicos por la presión total de servicio
en kg/cm2. Cuando este valor es mayor de 600 tenemos
calderas de categoría A; para valores entre 10 y 600 calderas de categoría B y
para productos iguales o menores a 10 hablamos de calderas de categoría C.
En el sector de los equipos de presión y en particular
de los generadores de vapor, son muy utilizadas las normativas de origen
norteamericano emitidas por la Asociación
Americana de Ingenieros Mecánicos, ASME. Sus normas técnicas se han
convertido en un referente internacional y han sobrepasado sus fronteras
implantándose en todo el mundo.
http://indiquimica.blogspot.com/2017/03/por-que-se-debe-realizar-una-limpieza.html
