Las centrales térmicas de convencionales son plantas que producen electricidad a partir de una fuente de calor. Para generar energía eléctrica, obtienen energía térmica del combustible (frecuentemente carbón, petróleo o gas natural) para producir vapor de agua. Posteriormente, una turbina de vapor conectada a un generador, transforma el vapor en energía eléctrica.
Las centrales eléctricas de de vapor se pueden dividir en varias secciones:
- Línea de alimentación.
- Producción de vapor.
- Turbina de vapor.
- Condensador.
A pesar que la definición de central térmica es bastante restrictiva, se pueden observar distintos tipos de ciclos termodinámicos que satisfacen estos requisitos. Los ciclos más extendidos son los ciclos de Rankine y los ciclos de Hirn.
Las centrales térmicas de vapor más habituales son las centrales nucleares, las centrales térmicas de carbón, las centrales solares térmicas y las centrales térmicas de ciclo combinado.
Las centrales de ciclo combinado están basadas en dos máquinas térmicas diferentes con ciclos separados. Por un lado, funciona como una central térmica de vapor convencional y, por otro, mediante una turbina de gas natural.
¿Cómo funciona una central térmica convencional?
El funcionamiento de una central de vapor funciona utilizando el ciclo del vapor y se desarrolla a través de los siguientes pasos:
1. Generación de calor
Antes de entrar en la caldera, el agua pasa por una fase de precalentamiento y compresión. Al entrar en la caldera hay varios intercambiadores de calor en los que el vapor que sale de la turbina precalienta el fluido de trabajo.
Esto permite ingresar al generador de vapor a temperaturas más altas, lo que resulta en una mayor eficiencia de la planta.
2. Obtención de vapor
En el generador de vapor de una central térmica, el agua a presión constante se lleva al punto de ebullición debido a la presión y a la temperatura, el agua se convierte en vapor.
Esto se logra por medio de un intercambiador de calor diseñado apropiadamente dividido en diferentes partes. Estos pueden intercambiarse con un líquido o con gases calientes producidos por la combustión.
En los sistemas supercríticos, el líquido de trabajo ya no experimenta una transición de fase real. En estos sistemas la presión está por encima del punto crítico.
3. Expansión de vapor y accionamiento de la turbina
El vapor que sale del generador de vapor se envía a una máquina de vapor. Está máquina normalmente es una turbina de vapor o una máquina alternativa.
La primera parte de la expansión a menudo se lleva a cabo a través de una etapa de acción inicial.
Posteriormente solo siguen las etapas de reacción debido a su mayor eficiencia. Para centrales térmicas grandes en un cierto punto de expansión, el vapor se envía de vuelta al generador de vapor para un recalentamiento. De esta forma se aumenta el trabajo de la turbina y al mismo tiempo reduce la presencia de condensado en la descarga de la misma.
El vapor continúa su expansión en la turbina, expandiéndose y enfriándose.
Una vez que termina la expansión, el vapor sale de la turbina y se envía al condensador, para fluidos simples, o a un atemperador seguido del condensador, para fluidos con una campana de saturación retrógrada.
El vapor expandido que sale, todavía tiene una temperatura elevada y se envía a un intercambiador de calor con la caldera para empezar a calentar el fluido del siguiente ciclo.
4. Condensación del vapor
El condensador de una central térmica es el componente en el que tiene lugar la condensación del fluido de trabajo para convertirlo en agua.
El condensador trabaja a muy bajas presiones en ciclos de agua, mientras que puede ser a presiones más altas, incluso más altas que las presiones atmosféricas, para ciclos alimentados con otros fluidos de trabajo.
5. Transformación de la energía en electricidad
La expansión del vapor en la turbina permite la transferencia de energía mecánica a las palas del rotor. Por otro lado, el rotor está conectado a un alternador que absorbe la energía. El alternador es un generador síncrono trifásico conectado directamente al sistema eléctrico principal de la planta de energía e indirectamente a la red de transmisión eléctrica.
La conversión de energía mecánica en energía eléctrica se realiza a través de fenómenos de conversión electromagnético mecánica de la energía presente dentro del alternador.
Impacto ambiental de una central de vapor
Los impactos medioambientales de las plantas de vapor es diferente dependiendo de la forma en que se obtiene el vapor:
- Las centrales térmicas que utilizan combustibles fósiles generan gases de efecto invernadero.
- Las centrales nucleares no emiten gases pero generan residuos nucleares muy contaminantes y que deben seguir un proceso de almacenamiento muy estricto.
- Las centrales solares térmicas utilizan una fuente de energía renovable y tienen un impacto mínimo.
