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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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El sistema HTF en centrales CCP

El sistema encargado de convertir transportar la energía captada por el campo solar hasta el bloque de potencia es el sistema HTF. Es importante entender por qué es necesario emplear un fluido caloportador distinto al agua, que podría una solución más sencilla y económica,  qué equipos incluye este sistema y cuál es su función.

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  Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. .

 

 

Los 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 sintéticos en aquellas aplicaciones donde se desean temperaturas más altas (200ºC < T < 400ºC). La explicación de este hecho estriba que para temperaturas altas las tuberías estarían sometidas a elevadas presiones si el fluido de trabajo es agua, porque para evitar que cambie de estado es necesario mantenerla en todo momento a una presión superior a la de saturación correspondiente a la temperatura máxima que alcance el fluido en los colectores solares. Con el aceite, 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.

El fluido que normalmente se emplea en las actuales centrales termosolares CCP es una mezcla eutéctica de dos hidrocarburos aromáticos derivados del benceno: el bifenilo y el óxido de difenilo.

Este fluido trabaja bien a 400ºC, aunque tiene el problema de que su punto de congelación es de 12ºC, lo que obliga a mantener todo el circuito de aceite de forma permanente a una temperatura superior a este valor.

El HTF presenta el inconveniente de la temperatura límite (420ºC) por encima de la cual se degrada. En las primeras plantas SEGS esto no era un inconveniente, pues la superficie selectiva de los tubos no aguantaba temperaturas más altas. En la actualidad el tubo absorbedor puede trabajar a temperaturas superiores a 500ºC, lo que obliga a disponer de dos mecanismos de protección:

  • Un sistema de control que asegure que la temperatura nunca supera el límite de degradación, y por lo tanto, debe asegurar que siempre existe un caudal mínimo de fluido que asegure que la temperatura que alcance el tubo nunca superará la temperatura de degradación. Hay que tener en cuenta además que se trata de un fluido con riesgo de explosividad, y los fallos en el control de la temperatura pueden tener consecuencias desastrosas. La figura 2.27 muestra los efectos de la explosión en un módulo en el que el fluido que circulaba por su interior alcanzó una temperatura excesiva.
  • Ya que los hidrocarburos en general sufren reacciones de degradación que dan origen a otros hidrocarburos que modifican las características del fluido caloportador, es necesario disponer de un sistema de eliminación de estos productos de degradación. Este sistema se denomina a veces Sistema Ullage.

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). 

foto agua

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 fundidas

Son 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.

Mercurio

A 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.

foto mercurio

Alquilbencenos

Son 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 líquido

El 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 síntesis

Los 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).

portada libro

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 

 

 

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