El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde sesuministra a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión. Esta última genera el vapor a partir del aguaque circula por una extensa red de tubos que tapizan las paredes de lacaldera. El vapor hace girar los álabes de la turbina,cuyo eje rotor gira solidariamente con el de un generador que producela energía eléctrica; esta energía se transportamediante líneas de alta tensión a los centros de consumo.Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando un nuevo ciclo.
Elagua en circulación que refrigera el condensador expulsa elcalor extraído a la atmósfera a través de las torresde refrigeración, grandes estructuras que identifican estascentrales; parte del calor extraído pasa a un ríopróximo o al mar.
Las torres derefrigeración son enormes cilindros contraídos a mediaaltura (hiperboloides), que emiten de forma constante vapor de agua, nocontaminante, a la atmósfera. Para minimizar los efectoscontaminantes de la combustión sobre el entorno, la centraldispone de una chimenea de gran altura (llegan a los 300 m) y deunos precipitadores que retienen las cenizas y otrosvolátiles de la combustión. Las cenizas se recuperan parasu aprovechamiento en procesos de metalurgia y en el campo de laconstrucción, donde se mezclan con el cemento.
FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL TÉRMICA.
Enlas centrales térmicas convencionales, la energíaquímica ligada por el combustible fósil (carbón,gas o fuel -óil) se transforma en energíaeléctrica. Se trata de un proceso de refinado de energía.El esquema básico de funcionamiento de todas las centralestérmicas convencionales es prácticamente el mismo,independientemente de que utilicen carbón, fuel -óil ogas.
Las únicas diferencias sustanciales consistenen el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de serinyectado en la caldera y el diseño de los quemadores de lamisma, que varía según el tipo de combustible empleado.
Elvapor de agua se bombea a alta presión a través de lacaldera, a fin de obtener el mayor rendimiento posible. Gracias a estapresión en los tubos de la caldera, el vapor de agua puedellegar a alcanzar temperaturas de hasta 600 ºC (vaporrecalentado).
Este vapor entra a gran presión enla turbina a través de un sistema de tuberías. La turbinaconsta de tres cuerpos; de alta, media y baja presiónrespectivamente. El objetivo de esta triple disposición esaprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este vaperdiendo presión progresivamente. Así pues, el vapor deagua a presión hace girar la turbina, generando energíamecánica. Hemos conseguido transformar la energíatérmica en energía mecánica de rotación.
Elvapor, con el calor residual no aprovechable, pasa de la turbina alcondensador. Aquí, a muy baja presión (vacío) ytemperatura (40ºC), el vapor se convierte de nuevo en agua, lacual es conducida otra vez a la caldera a fin de reiniciar el cicloproductivo. El calor latente de condensación del vapor de aguaes absorbido por el agua de refrigeración, que lo entrega alaire del exterior en las torres de enfriamiento.
Laenergía mecánica de rotación que lleva el eje dela turbina es transformada a su vez en energía eléctricapor medio de un generador asíncrono acoplado a la turbina.
CLASIFICACIÓN
- Centrales Térmicas de Carbón
Lascentrales térmicas que usan como combustible carbón,pueden quemarlo en trozos o pulverizado. La pulverizaciónconsiste en la reducción del carbón a polvofinísimo (menos de 1/10 mm de diámetro) para inyectarloen la cámara de combustión del generador de vapor pormedio de un quemador especial que favorece la mezcla con el airecomburente.
Con el uso del carbón pulverizado, lacombustión es mejor y más fácilmente controlada.La pulverización tiene la ventaja adicional que permite el usode combustible de desperdicio y difícilmente utilizado de otraforma. En estas se requiere instalar dispositivos para separar lascenizas producto de la combustión y que van hacia el exterior,hay incremento de efecto invernadero por su combustión, altoscostos de inversión, bajo rendimiento y arranque lento
- Centrales Térmicas de Fuel-Oil
Enlas centrales de fuel, el combustible se calienta hasta que alcanza lafluidez óptima para ser inyectado en los quemadores. Las defuel-óil presentan como principal inconveniente las oscilacionesdel precio del petróleo y derivados, y a menudo tambiénse exigen tratamientos de desulfuración de los humos para evitarla contaminación y la lluvia ácida.
Elconsumo de un millón de litros de gasolina emite a laatmósfera 2,4 millones de kilogramos de Dióxido deCarbono (CO 2 ), el principal causante del cambio climáticomundial. Arranque lento y bajo rendimiento.
- Centrales Térmicas de Gas Natural
Envez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calientautilizando diversos combustibles (gas, petróleo o diesel). Elresultado de ésta combustión es que gases a altastemperaturas movilizan la turbina, y su energía cinéticaes transformada en electricidad por un generador.
El usode gas en las centrales térmicas, además de reducir elimpacto ambiental, mejora la eficiencia energética. Menorescostos de la energía empleada en el proceso defabricación y menores emisiones de CO2 y otros contaminantes ala atmósfera. La eficiencia de éstas no supera el 35% .
- Centrales Térmicas de Ciclo Combinado
Unciclo combinado es, la combinación de un ciclo de gas y un ciclode vapor. Sus componentes esenciales son la turbina de gas, la calderade recuperación la turbina de vapor y el condensador. El ciclode gas lo compone la turbina de gas, y el ciclo de vapor estáconstituido por la caldera de recuperación, la turbina de vapory el condensador.
La tecnología de las centralesde ciclo combinado permite un mayor aprovechamiento del combustible y,por tanto, los rendimientos pueden aumentar entre el 38 por cientonormal de una central eléctrica convencional hasta cerca del 60por ciento. Y la alta disponibilidad de estas centrales que puedenfuncionar sin problemas durante 6.500-7500 horas equivalentes alaño.
Uno de los principales problemas que planteanlas centrales térmicas es que se trata de un procesorelativamente complejo de conversión de energías.Utilizan combustible de alto grado de calidad. Provocancontaminación con la alta emisión de gases.
- Centrales Térmicas de Combustión de Lecho Fluidizado.
Consisteen quemar carbón en un lecho de partículas inertes, através del cual se hace pasar una corriente de aire. Estasoporta el peso de las partículas y las mantiene ensuspensión, de modo que da la impresión de que se tratade un líquido en ebullición. Permitiría obtenerrendimientos de hasta el 50%, disminuyendo al mismo tiempo laemisión de anhídrido sulfuroso.
Sueficiencia es de 40 a 42% en ciclos combinados En la tecnologíade lecho fluidizado se inyecta caliza directamente dentro de la calderapara capturar y remover el azufre del combustible como un subproductoseco.
La temperatura del gas dentro de la caldera va delos 820°C a los 840°C, lo cual determina su diseño y elarreglo de las superficies de transferencia de calor. Este tipo decalderas puede ser atmosférico o presurizado.
- Centrales Térmicas Gicc Gasificación de Carbón Integrada en ciclo combinado.
Lagasificación del carbón es un proceso que transforma elcarbón sólido en un gas sintético compuestoprincipalmente de CO e hidrógeno (H2). El carbón esgasificado controlando la mezcla de carbón, oxígeno yvapor dentro del gasificador. La potencia media de estas centralesviene a ser de 300 MW, muy inferior todavía a la de unatérmica convencional.
Las ventajasmedioambientales que ofrecen estas centrales se fundamentan en losbajos valores de emisión de óxidos de azufre y otraspartículas.
En la actualidad las IGCC alcanzaneficiencias de 45%, una eliminación de 99% de azufre. Bajoscostos de combustible, admite combustible de bajo grado de calidad,bajo grado de emisiones, alto rendimiento, tecnología sincompleta prueba de eficiencia, altos costos de inversión,plantas complejas, arranque lento.
- CRITERIOS DE SELECIÓN Y DISEÑO
Eldiseño conceptual incluye la descripción de lalocalización, forma y bases del diseño de la plantageneral, como intemperie o cubierta, grado de utilización,combustible (incluyendo previsión de cambios), tipo y enlaces dela subestación eléctrica, suministro y sistemas de agua,accesos, condiciones y características del sitio,orientación, arreglo general, elementos principales, condicionesde diseño y características de construcción.
-CARASTERISTICAS DE DISEÑO
*Topografía y drenaje
*Accesos
*Geología
*Proximidad a bancos de préstamos (obtención de material combustible)
*Meteorología. Condiciones climatológicas del sitio
-CONDICIONES GENERALES DE DISEÑO
*Temperatura del aire anual promedio
*Presión barométrica
*Nivel base de la planta
*Coeficientes sísmicos: para estructuras, para bardas, para chimeneas.
*Resistencia del terreno
-SELECIÓN DE TAMAÑOS DE DISEÑO
Laselección del tamaño involucra un compromiso entre variosfactores, sin embargo se sabe que económicamente la mejorsolución es instalar unidades del 5 al 10% de la capacidad delos sistemas.
*Especificaciones del turbogenerador, del generador de vapor, y optimización del sistema de agua de circulación.
*Suministro de agua asegurada para el presente y para el futuro.
*Ubicaciónpor razón de disponibilidad del carbón o combustibles,cerca de las fuentes del mismo, o sea lo que corrientemente se conocecomo Central de Boca de Mina.
*Ubicación porrazón de otros factores, como proximidad a los centros de carga,a fuentes de agua para refrigeración, o a sitios de fácilacceso para la maquinaria y equipos pesados. La ubicación dellugar debe ser en un sitio con vías de acceso muy buenas y aluso de equipos especiales de transporte.
*Costos de la propiedad, de construcción, de puesta en función, de mantenimiento.
*Impacto- socio económico.
*Facilidades de transportación.
- MATERIALES DE CONSTRUCIÓN
Estos varían de acuerdo al equipo utilizado, los más utilizados son los siguientes:
- Para paredes, pisos y cubierta o techo de los tanques, se emplean los aceros A283 grado C y D y A285 grado C.
- Acero al carbón
- Acero inoxidable
- Teflón en los compresores de aire
- Aleaciones de acero
- Aleaciones de latón
- Vidrio
- Hule
- Plásticos
- Concreto
- Ladrillo Refractario
- COSTOS
Deacuerdo con los planes de expansión del sector eléctrico,la mínima capacidad de la planta térmica que seestá instalando en el país es de 150 MW.
Escasi imposible poder indicar, para centrales térmicas dedeterminada capacidad, un costo promedio global o por KW instalado.Cada central es un caso específico y debe procederse aestablecer los costos de cada uno de sus componentes de acuerdo con losequipos seleccionados y las condiciones locales específicas.
La siguiente tabla muestra las diferencias de costo frente a las alternativas clásicas de generación
Comopuede apreciarse en la tabla anterior, de las centrales térmicasanalizadas, la de ciclo combinado presenta costos de operaciónmenores a cualquier alternativa. Posee un costo variable no combustibleenmarcado dentro de los más baratos (1,55 Mills/KWh) y un costode combustible considerablemente más barato que cualquier otraalternativa térmica (8,5 Mills/KWh). Aunque estos costosvarían algo con cada diseño, son aproximadamenteconstantes, por lo que se pueden considerar estables.
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