Centrales Termoelectricas

CENTRALES TERMOELECTRICAS
1. Introducción
A lo largo del tiempo, la sociedad ha venido creando nuevas alternativas y mecanismos para ir supliendo las necesidades que se han presentado. La energía es necesaria para procesos tanto biológicos como químicos, todos los seres vivos requieren energía para llevar a cabo muchos procesos, asimismo, los seres humanos necesitamos de ésta para llevar quenuestro organismo funcione correctamente. Las industrias requieren energía para realizar sus procesos, también debido a los fenómenos naturales que perturban el normal ciclo de la energía en el mundo, muchos países se han implementado mecanismos para obtener la energía, usando diferentes tecnologías y métodos.
2. ¿Qué es una central termoeléctrica?
La operación de una central termoeléctrica tienecomo fundamento la transformación de energía química de la combustión de un combustible fósil, en energía mecánica, y esta a su vez, en energía eléctrica.
La energía generada por la combustión será transportada por medio de un fluido que permite transformar dicha energía en energía mecánica por medio de una turbina que se mueven al expandirse el fluido en cuestión. La conversión de energía mecánicaen eléctrica se da por medio de un generador eléctrico conectado al eje de las turbinas.
Existen varios fundamentos termodinámicos que permiten el funcionamiento de estas industrias. Los ciclos más conocidos para el funcionamiento de estas centrales termoeléctricas son: turbinas a vapor en ciclo de Rankine, turbinas a gas, en ciclo simple, en ciclo de Stig y el ciclo combinado. A continuación seexplicará con detalle cada uno de estos mecanismos.
1.1 Turbinas a vapor en ciclo Rankine
Las turbinas a vapor funcionan por medio de un fundamento termodinámico conocido como ciclo de Rankine, en el cual al final del proceso el fluido que realiza el trabajo regresa a su estado y composición inicial. En el ciclo de Rankine se diferencian cuatro procesos importantes como se ve en la figura 1. Entrelos pasos 1-2 se observa el bombeo del fluido a la caldera para ser calentado por medio de la combustión de un combustible fósil. Entre los pasos 2-3 se da el calentamiento del fluido en la caldera como ya dijimos. En el transcurso entre los pasos 3-4 se da la conversión de la energía del fluido al expandirse en energía mecánica y luego en energía eléctrica. Finalmente el fluido es llevado a uncondensador y redireccionado hacia la bomba para reiniciar el proceso, esto se da entre los pasos 4-1. Las turbinas que funcionan por medio de este ciclo pueden alcanzar una eficiencia de hasta el 40% y generan desde 50 MW hasta 1200 MW (MW=megawatts 109 watts).


1.2 Turbinas a gas en ciclo simple
Una turbina a gas simple está compuesta por tres partes fundamentales, un compresor, un quemador y unaturbina. Estas turbinas funcionan bajo el principio termodinámico de Brayton que se ilustra en la figura 2. En el paso 1-2 el gas entra al compresor a condiciones ambientales de presión, temperatura y humedad, donde es comprimido. En el proceso 2-3 el gas es conducido a la cámara de combustión en la cual se agrega el combustible, este proceso de combustión se da a una presión controlada y aumentaconsiderablemente la temperatura de los gases. En el paso 3-4 los gases a alta presión y temperatura son conducidos hacia la turbina en donde se genera el cambio de energía y se produce la electricidad por medio de un generador. Estas turbinas pueden producir entre 0,2 MW y 280 MW de energía y poseen una eficiencia de entre 16% y 39%.


1.3 Turbinas a gas en ciclo de Stig
En este ciclo se inyectavapor en la turbina a gas, juntos con los gases de combustión producidos en la caldera, con el fin de aumentar la potencia y la eficiencia de la turbina. El vapor es producido en una caldera de recuperación de calor aprovechando la energía contenida en los gases que escapan de la combustión. Los principios termodinámicos en el ciclo de Stig son los mismos que en el de Brayton con la diferencia...