Centrales Térmicas: Funcionamiento y Componentes

1. ¿Qué son las centrales térmicas?

Las centrales térmicas utilizan la energía mecánica obtenida mediante un ciclo termodinámico para producir energía eléctrica. El fluido de trabajo absorbe energía del foco caliente y la cede en parte al foco frío y en parte al órgano mecánico donde se expande.

Excepto en las centrales nucleares, la energía primaria proviene de la energía química contenida en los enlaces de una sustancia combustible. Estas centrales se denominan centrales térmicas convencionales y en ellas se encuentran 4 tipos de energía: química, térmica, mecánica y eléctrica.

2. ¿A qué llamamos combustión óptima?

La combustión óptima es aquella en la que se libera toda la energía contenida en el combustible y se expulsa a la atmósfera la mínima cantidad de calor con los gases de combustión.

3. ¿Qué es una central de ciclo combinado?

Una central de ciclo combinado es una central térmica que combina un ciclo de gas con un ciclo de vapor. De esta manera, se busca aprovechar al máximo las ventajas de ambos sistemas: la mayor elasticidad del turbogenerador a gas y el mayor rendimiento del turbogenerador de vapor.

4. Fases del ciclo termodinámico Rankine:

1. Compresión isoentrópica en la bomba (1-2)
2. Calentamiento a presión constante en la caldera (2-3)
3. Expansión a presión constante en la turbina (3-4)
4. Enfriamiento a presión constante en el condensador (4-1)

5. Modificaciones al ciclo Rankine

Ciclo Rankine con sobrecalentamiento:

Se puede mejorar el rendimiento sobrecalentando el vapor saturado a la salida de la caldera, elevando así la temperatura máxima. Esto produce un aumento del rendimiento total al generar una mayor diferencia de entalpías entre 3-4. El incremento de trabajo se compensa con un incremento del calor cedido al condensador.

Ciclo Rankine con recalentamiento intermedio:

Consiste en realizar una primera expansión parcial del vapor en el cuerpo de alta presión de la turbina, tras lo cual es devuelto a la caldera para ser recalentado a una presión menor. Esto permite utilizar mayores presiones del vapor sin necesidad de aumentar excesivamente el contenido de humedad y además se aumenta el rendimiento termodinámico.

Ciclo Rankine con precalentamiento regenerativo:

Consiste en precalentar previamente el agua que se introduce en la caldera a base de extraer calor del vapor de la turbina para ser cedido al agua de retorno a la caldera mediante intercambiadores de calor. Esto permite aumentar el rendimiento con un coste menor que con el recalentamiento. El vapor extraído rinde cierto trabajo y luego transfiere su calor al agua de alimentación. Precalentando el agua se evita un salto brusco entre esa agua y el foco caliente.

6. Misiones de los precalentadores

El aire tomado de la atmósfera es enviado a la caldera por los ventiladores de tiro forzado, a través de los precalentadores de aire. Las misiones de estos son:

• Recuperar el calor contenido en los gases a la salida de los intercambiadores de agua y vapor
• Elevar la temperatura del aire que se empleará en la combustión para mejorarla
• Cuando el combustible es carbón pulverizado, el aire caliente se emplea para secar el carbón

7. Factores que afectan a la temperatura de sobrecalentamiento

La carga de la caldera, la temperatura del agua de alimentación, el exceso de aire, la extracción de vapor saturado, la limpieza de los tubos y la forma de funcionamiento de los quemadores y/o tipo de combustible.

8. ¿Qué es un economizador?

El economizador se encarga de reducir la temperatura de los humos de escape de la caldera, precalentando el agua de alimentación.

9. ¿Qué es un precalentador de aire?

El precalentador de aire sirve para reducir la temperatura de los gases de escape de la caldera, transmitiendo el calor de estos al aire que alimenta la combustión, obligado a atravesar el precalentador por medio de un ventilador de tiro forzado. Se encuentra al final del recorrido de los gases.

10. Tipos de calderas

• Calderas de circulación natural: la circulación se debe a las diferencias de densidades entre dos columnas de líquido.
• Calderas de circulación asistida: Unas bombas instaladas en los bajantes se encargan de mantener la presión motriz de circulación en el circuito.
• Calderas de circulación forzada/flujo unidireccional: el agua es impulsada únicamente por bombas de alta presión y conforme va recorriendo los tubos se calienta, se evapora y se sobrecalienta.