centrales termicas

Laboratori de Mecànica de Fluids i Motors Tèrmics. E.U.P.M.
Departament de Màquines i Motors Tèrmics. U.P.C.
Prof. J.J. de Felipe

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TEMA 2.- CENTRALES TÉRMICAS.
2.1 - INTRODUCCIÓN.
Como habíamos dicho en el tema anterior, entre un 30 a 40 % de la energía total consumida mundialmente, se
produce en las centrales termoeléctricas. Según su potencia podemos distinguir dos gruposimportantes de tipos
de dichas centrales:
- De gran y mediana potencia (< 100 Mw); en donde se utilizan turbinas de vapor para producir el movimiento
rotativo en un eje, que produce el movimiento del generador eléctrico, y cuyo suministrador primario de
energía puede ser el combustible fosil quemado en una caldera o el combustible nuclear que reacciona en un
reactor nuclear. Este tipo de centrales sonlas denominadas de base, ya que suministran la mayor parte de la
energía eléctrica a la red de distribución y se encuentran sometidas a variaciones de carga muy limitada, junto
ha éstas se encuentran las centrales hidroeléctricas de agua fluyente.
- De pequeña ó mediana potencia (< 100 Mw), en donde se utilizan turbinas de gas y motores endotérmicos
alternativos. Éstas forman las centralespuntas, que cubren los excesos de demanda, y las centrales de reserva y
emergencia.
Estudiaremos los ciclos básicos que utilizan cada uno de estos tipos de centrales y previamente haremos una
descripción tecnológica de ellas.
2.2 - CENTRALES TERMOELÉCTRICAS EXOTÉRMICAS CON CALDERA O DE VAPOR.
2.2.1. - Descripción tecnológica.
En este tipo de centrales, el aporte de calor es lento, a diferenciade las máquinas térmicas endotérmicas
(motores), pues se hace desde el exterior a través de una pared, lo que impide realizar un ciclo de trabajo
termodinámico con la rapidez deseada, esto se evita ejecutando las distintas transformaciones termodinámicas
en lugares físicos distintos. En este tipo de centrales generalmente se utiliza como fluido de trabajo el agua o
vapor de agua; y así lacaldera genera vapor que luego es transportado a la turbina donde cede trabajo. Hay
centrales, en donde el fluido de trabajo es Helio o tetraóxido de nitrógeno.
En una instalación clásica de vapor existen tres flujos fundamentales: el de vapor de agua, el de los gases de
combustión y el de agua de refrigeración y cuatro dispositivos básicos: la caldera, la turbina, las bombas de
agua dealimentación y los condensadores.
Circuito de vapor de agua:
Procedente del condensador llega el agua, en fase líquida, de alimentación de la caldera, sobrepresionada con
una o más bombas y calentada en principio en el economizador por los humos en dirección a la chimenea. En la
caldera se vaporiza y el vapor saturado (más bien ligeramente húmedo pues al desprenderse del líquido arrastra
consigopequeñas cantidades del mismo finamente pulverizadas), se recoge en el tambor superior, o calderín.
Pasa luego al sobrecalentador donde, prácticamente a presión constante, se calienta hasta la temperatura
máxima prevista; y de allí a la turbina. En la realidad, tanto en el sobrecalentador como el la conducción que lo
une a la turbina, el flujo sufre una caída de presión por rozamiento.
Al trabajarseen la actualidad con presiones muy elevadas, nos están permitidas en las zonas de altas presiones
velocidades elevadas, del orden de 50 a 60 m/s que aunque originan mayores caídas de presión por rozamiento
(el rozamiento es proporcional al cuadrado de la velocidad), pero existe menos destrucción de exergía por
irreversibilidades térmicas, ya que esta viene representada por:

Ed = T a ∗

∫v∗dp
T

Además en cierto modo queda contrarrestada por las menores pérdidas de calor a través de las paredes de la
tubería, al resultar éstas de menor diámetro.
Todo ha de calcularse para que el vapor llegue a la turbina en las condiciones de presión y temperatura
previstas. En la misma, el vapor cede energía mecánica, al provocar el giro del rodete y con él el del rotor del
generador...