Félix Ignacio Pérez Cicala

Figura 6.5: Diagrama T-s del ciclo a plena carga

Figura 6.6: Diagrama T-s del ciclo a carga parcial (TFR=30 %)

6.2. Rendimiento a carga parcial de turbinas de vapor

Utilizando el método de Spencer, Cotton y Cannon [1] se obtienen los resultados presentados en la Figura 6.7 y en la Figura 6.8.

En la turbina de alta presión, la caída de rendimiento isentrópico es muy signi cativa en cargas parciales a presión constante, pudiendo llegar a caer hasta el 60 % para turbinas con etapa de gobierno de una la, Figura 6.7 (a). Para turbinas con etapas de gobierno de dos las, Figura 6.7 (b), la caída de rendimiento es menor, ya que se aplican menor número de correcciones de acuerdo a la Tabla 2.1. Se comprueba además que en ambos casos la caída de rendimiento es practicamente lineal para valores del TFR menores al 70 %.

En presión deslizante el rendimiento isentrópico permanece prácticamente constante, de acuerdo a lo explicado en la Subsección 2.1.2. El efecto de la corrección 4, que se utiliza en presión

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deslizante, es un aumento del rendimiento, aunque podría ser una disminución si se redujera el diámetro Pitch de la turbina. Este aumento se puede observar en la Figura 6.9. El aumento de rendimiento es muy pequeño y análogo al que se observa en las secciones de media y baja presión.

Figura 6.7: Rendimiento isentrópico a carga parcial de la turbina de alta presión

Las turbinas de media y baja presión no presentan practicamente ninguna variación en el rendimiento isentrópico, incluso dándose un ligero aumento hacia cargas menores (explicado en la Subsección 6.2.1). En el método de Spencer, Cotton y Cannon [1], los autores ya comentaban este resultado, explicando que es debido a que en estas turbinas los ratios de presión y ujo volumétrico no cambian. En las últimas etapas, debido a la presencia de condensado, el rendimiento cae de forma signi cativa respecto al de las etapas secas.

Figura 6.8: Rendimiento isentrópico a carga parcial de las turbinas de media y baja presión

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6.2.1. Influencia de cada corrección

La in uencia de las correcciones detalladas en la Subsección 2.2.1 y en la Subsección 2.2.3 se muestra en la Figura 6.9 y en la Figura 6.10. Se extraen las siguientes conclusiones:

En la turbina de alta y en presión constante, el rendimiento a carga parcial está dominado casi totalmente por la corrección 5, correspondiente a la Figura 2.12.

En presión deslizante se descarta la corrección 5, dando lugar a un rendimiento prácticamente constante para la turbina de alta presión.

En las secciones de media y baja presión, las correcciones 2 y 3, por condiciones iniciales y por sustitución de turbina de baja respectivamente, dan lugar a un aumento de rendimiento. Es notorio el efecto de la Figura 2.14, que para altas temperaturas de entrada es de valor positivo, aunque el aumento a carga parcial se produce mayoritariamente por el efecto de la corrección 3.

Figura 6.9: Valor de cada corrección en la turbina de alta presión

Figura 6.10: Valor de cada corrección en las turbinas de media y baja presión

Se comprueba que para que el rendimiento de las secciones de media y baja presión bajase de forma signi cativa, tendría que disminuir signi cativamente la temperatura de recalentamiento.

6.2.2. Lineas de expansión a carga parcial

En la Figura 6.11 se muestran las líneas de expansión para la turbina de alta presión, desde plena carga hasta el 20 % de TFR. Se han ajustado las escalas horizontales y verticales para que tengan el mismo valor.

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En presión constante, Figura 6.11 (a), la entalpía de entrada permanece constante, y se observa que a carga parcial la pérdida de entalpía al atravesar la etapa de gobierno aumenta. Esto da lugar a que la turbina de alta presión disponga de menor energía (diferencia de entalpía) en presión constante que en presión deslizante y por lo tanto genere menos potencia, ya que solo se genera entre los dos últimos puntos de línea, y a que la temperatura de salida disminuya. El rendimiento isentrópico a carga parcial en la línea de expansión que genera potencia (línea entre los dos últimos puntos) es constante, de acuerdo a la Subsección 2.2.2.

En presión deslizante, Figura 6.11 (b), la entalpía de entrada aumenta al bajar la carga, debido a que el generador de vapor suministra vapor a la misma temperatura pero menor presión. Esto hace aumentar la temperatura de salida. Se observa además que la pendiente de las líneas es practicamente constante en toda la carga, debido al rendimiento isentrópico casi constante.

En ambos modos de operación se puede observar el paso a través de la Throttle valve, en forma de una expansión isentálpica en los primeros dos puntos de la línea de expansión.

Figura 6.11: Líneas de expansión de turbina de alta presión

Las líneas de expansión a carga parcial en presión constante de las turbinas de media y baja presión se muestran en la Figura 6.12. En rojo se muestra la campana de cambio de fase. No se muestran las líneas a presión deslizante ya que la variación entre los dos casos sería mínima. Se comprueba que el rendimiento isentrópico permanece prácticamente constante, pero la potencia generada por la última etapa disminuye de forma signi cativa al disponer de menor energía (diferencia de entalpía). Este efecto se produce debido a la menor diferencia de presión disponible, que disminuye mucho más en la última etapa que en las etapas anteriores.

Se puede observar también el ligero aumento de la entalpía de entrada que se produce al disminuir la carga. Este aumento es debido a que el recalentador suministra vapor a temperatura constante en toda la carga, y al igual que en el caso de la entrada a la turbina de alta en presión deslizante, la entalpía aumenta por tener que suministrar vapor a presión menor y temperatura constante. Este efecto también se observaría en presión deslizante. El paso a través de la Intercept valve es una expansión isentálpica representada en los primeros dos puntos de la línea.