Regulación de Turbinas de Vapor: Presión Deslizante vs. Laminación y Válvulas de Protección

Sistemas de Protección y Regulación en Turbinas de Vapor

El control del vapor en turbinas de alta potencia requiere sistemas de protección robustos, especialmente debido a la gran cantidad de energía disponible en el vapor presente en el Cuerpo de Alta Presión (CAP) tras el recalentador.

Válvulas de Recalentamiento y Protección

Válvula Interceptora de Recalentamiento

• Función: Es gradual y evita que el cuerpo de baja presión (CBP) se embale.
• Control: Controla la velocidad de la turbina de vapor (TV) durante las paradas y las grandes oscilaciones de carga.
• Protección: Sirve como protección ante disparos del generador, cerrando totalmente el paso de vapor.

Válvula de Corte o Recalentamiento

• Función: Es de tipo "todo o nada".
• Protección: Protege contra los disparos del generador si las válvulas interceptoras fallan.

Ubicación Estratégica de las Válvulas

La existencia de estas válvulas es debida a la necesidad de controlar la gran cantidad de energía disponible en el vapor. Se sitúan lo más cerca posible del Cuerpo de Media Presión (CMP) y el Cuerpo de Baja Presión (CBP) —las interceptoras son las más cercanas al CMP— para minimizar la cantidad de calor susceptible de expansión en el CMP y CBP en caso de un disparo.

Métodos de Regulación de la Potencia de la Turbina

1. Regulación por Presión Deslizante (Presión Variable)

La regulación por presión deslizante consiste en hacer trabajar a la caldera a temperatura constante, pero a presión variable, haciendo que la turbina situada aguas abajo trabaje también en esas condiciones. La evolución de la presión se mueve en una curva de $p \cdot V^n = \text{cte}$.

Ventajas de la Presión Deslizante

• Fiabilidad y Durabilidad: Al trabajar la turbina a una presión inferior, y siendo el gasto proporcional a la carga, aumenta el tiempo de funcionamiento de los equipos y se prolonga la fiabilidad de la turbina (trabajan en condiciones menos exigentes).
• Tensiones Térmicas: Al mantenerse la temperatura constante, no se producen expansiones térmicas importantes, disminuyéndose por tanto las tensiones de este tipo.
• Rendimiento: Como no necesita de admisión parcial para su regulación, el diseño de la turbina se simplifica bastante, aumentando el rendimiento incluso a valores por encima del nominal, y tiene mejor rendimiento a media carga.

Inconvenientes de la Presión Deslizante

• Respuesta Lenta: La respuesta es mucho más lenta que en la regulación cuantitativa.
• Salto Entálpico: El salto entálpico en la turbina es comparativamente mayor que en otros métodos de regulación (como el cuantitativo), haciendo necesario reducir más el consumo de vapor hasta obtener la potencia deseada (bajar más la presión para conseguir la misma potencia).
• Límite de Regulación: Solo puede regularse hasta valores del 50% de la carga, siendo necesaria su complementación con la regulación por laminación.

Aplicaciones

La regulación de presión deslizante se emplea para plantas con carga muy variable (como las que utilizan placas solares) y para ciclos combinados que trabajen a una carga de hasta el 50%. Sin embargo, para potencia base (estacionaria) que vaya a tener poco cambio, salvo momentos esporádicos, es preferible la regulación cuantitativa.

2. Regulación Cualitativa o por Laminación

Consiste en el cierre o apertura de la válvula principal del vapor de admisión a la turbina. El vapor sufre un proceso de laminado (isentálpico), disminuyendo simultáneamente el gasto y el salto entálpico puesto a disposición de la máquina.

Desventajas

Para turbinas de gran tamaño, esta regulación supone un derroche de energía, al producir un salto entálpico no aprovechable, bajando por tanto el rendimiento económico. (Este método se complementa con la regulación por admisión parcial o ecuacionar).

Clasificación de Turbinas de Vapor por Potencia y Recalentamiento

1. Pequeñas Turbinas sin Recalentamiento Intermedio: Hasta 50 MW. Generalmente de un solo cuerpo.
2. Grandes Turbinas sin Recalentamiento Intermedio: De 50 MW a 150 MW. Dos cuerpos (AP y BP).
3. Grandes Turbinas con 1 Recalentamiento Intermedio: De 150 MW a 1100 MW. Tres cuerpos (AP, MP o RH, y BP).
4. Grandes Turbinas con 2 Recalentamientos Intermedios: De 600 MW a 1100 MW. Cuatro cuerpos (AP, MP, RH, y BP).