INTRODUCCIÓN
Las centrales termoeléctricas generan electricidad a
partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes energéticas
distintas de los combustibles fósiles empleados en la producción de energía
eléctrica desde hace décadas y, sobre todo, con tecnologías diferentes y
mucho mas recientes que las de las centrales termoeléctricas clásicas.
Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen (fuel-oil,
carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las centrales
termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo. Las únicas diferencias
consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes
de ser inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores de la misma,
que varían según sea el tipo de combustible empleado. Nosotros nos centraremos en las centrales térmicas convencionales o
clásicas. Nos referimos mediante este término a las centrales que utilizan
combustibles fósiles como materia prima, es decir, carbón, fuel y gas
natural. En términos de producción de energía eléctrica, la única diferencia
entre las centrales nucleares y las térmicas convencionales es la manera de
generar el vapor para activar las turbinas.
En las centrales nucleares el calor se produce por la fisión nuclear en
un reactor, mientras que en las centrales convencionales el vapor se genera
por la combustión del carbón o de derivados del petróleo.
En las centrales térmicas convencionales, la energía química ligada por el
combustible fósil (carbón, gas o fuelóleo) se transforma en energía
eléctrica. Se trata de un proceso de refinado de energía. El esquema básico
de funcionamiento de todas las centrales térmicas convencionales es
prácticamente el mismo, independientemente de que utilicen carbón, fuelóleo
o gas. Las únicas diferencias sustanciales consisten en el distinto
tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la
caldera y el diseño de los quemadores de la misma, que varía según el tipo
de combustible empleado.
FUNCIONAMIENTO DE
UNA CENTRAL TERMOELÉCTRICA
En el caso de una central térmica de carbón, el combustible se reduce
primero a un polvo fino y se bombea después dentro del horno por medio de
unos chorros de aire precalentados. Si es una central térmica de fuelóleo,
el combustible es precalentado para que fluidifique e inyectado
posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de derivados del
petróleo. Finalmente, si se trata de una central térmica de gas, tenemos
otro tipo de quemadores específicos. En definitiva, la energía liberada
durante la combustión en la cámara de la caldera, independientemente del
tipo de combustible, hace evaporarse el agua en los tubos de la caldera y
produce vapor.
El vapor de agua se bombea a alta presión a través de la caldera, a fin de
obtener el mayor rendimiento posible. Gracias a esta presión en los tubos de
la caldera, el vapor de agua puede llegar a alcanzar temperaturas de hasta
600 ºC (vapor recalentado).
Este vapor entra a gran presión en la turbina a través de un sistema de
tuberías. La turbina consta de tres cuerpos; de alta, media y baja presión
respectivamente. El objetivo de esta triple disposición es aprovechar al
máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión
progresivamente. Así pues, el vapor de agua a presión hace girar la turbina,
generando energía mecánica. Hemos conseguido transformar la energía térmica
en energía mecánica de rotación.
El vapor, con el calor residual no aprovechable, pasa de la turbina al
condensador. Aquí, a muy baja presión (vacío) y temperatura (40ºC), el vapor
se convierte de nuevo en agua, la cual es conducida otra vez a la caldera a
fin de reiniciar el ciclo productivo. El calor latente de condensación del
vapor de agua es absorbido por el agua de refrigeración, que lo entrega al
aire del exterior en las torres de enfriamiento.
La energía mecánica de rotación que lleva el eje de la turbina es
transformada a su vez en energía eléctrica por medio de un generador
síncrono acoplado a la turbina.
Una central termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la
planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza (parque de
carbón, depósitos de fuel-oil) para asegurar que se dispone permanentemente
de una adecuada cantidad de éste. Si se trata de una central termoeléctrica
de carbón (hulla, antracita, lignito,...) es previamente triturado en
molinos pulverizadores hasta quedar convertido en un polvo muy fino para
facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la
central mediante chorro de aire precalentado.
Si es una central termoeléctrica de fuel-oil, éste es precalentado para que
fluidifique, siendo inyectado posteriormente en quemadores adecuados a este
tipo de combustible.
Si es una central termoeléctrica de gas los quemadores están asimismo
concebidos especialmente para quemar dicho combustible.
Hay, por último, centrales termoeléctricas clásicas cuyo diseño les permite
quemar indistintamente combustibles fósiles diferentes (carbón o gas, carbón
o fuel-oil, etc.). Reciben el nombre de centrales termoeléctricas mixtas.
Una vez en la caldera, los quemadores provocan la combustión del carbón,
fuel-oil o gas, generando energía calorífica. Esta convierte a su vez, en
vapor a alta temperatura el agua que circula por una extensa red formada por
miles de tubos que tapizan las paredes de la caldera. Este vapor entre a
gran presión en la turbina de la central, la cual consta de tres cuerpos -de
alta, media y baja presión, respectivamente- unidos por un mismo eje.
En el primer cuerpo (alta presión) hay centenares de álabes o paletas de
pequeño tamaño. El cuerpo a media presión posee asimismo centenares de
álabes pero de mayor tamaño que los anteriores. El de baja presión, por
último, tiene álabes aún más grandes que los precedentes. El objetivo de
esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que
este va perdiendo presión progresivamente, por lo cual los álabes de la
turbina se hacen de mayor tamaño cuando se pasa de un cuerpo a otro de la
misma., Hay que advertir, por otro lado, que este vapor, antes de entrar en
la turbina, ha de ser cuidadosamente deshumidificado. En caso contrario, las
pequeñísimas gotas de agua en suspensión que transportaría serían lanzadas a
granvelocidad contra los álabes, actuando como si fueran proyectiles y
erosionando las paletas hasta dejarlas inservibles.
El vapor de agua a presión, por lo tanto, hace girar los álabes de la
turbina generando energía mecánica. A su vez, el eje que une a los tres
cuerpos de la turbina (de alta, media y baja presión) hace girar al mismo
tiempo a un alternador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. Esta
es vertida a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un
transformador.
Por su parte, el vapor -debilitada ya su presión- es enviado a unos
condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es
conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo
cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.
ESQUEMA
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