Central Termo Convencional

8/18/2019 Central Termo Convencional

http://slidepdf.com/reader/full/central-termo-convencional 1/23

INSTITUTO

TECNOLÓGICO DESAN LUIS POTOSÍ

ING. ELÉCTRICA

CENTRALES ELÉCTRICAS

PROFR. RAÚL MONTANTE

SALAZAR



RIVERA DE SANTIAGO

GERARDO ARTURO

22 de Febrero de 2016Introducción:

A continuación se presenta un trabajo de investigación en el que se explicaran

los aspectos generales que forman parte de una central termoeléctrica

generadora de electricidad; aspectos tales como los elementos que las

conforman y el papel que estos llevan a cabo en el proceso de la transformaciónde energía que se ve involucrado en este tipo de centrales.

Así también se hará mención de cuáles son las centrales termoeléctricas que

existen en nuestro país, mencionando su capacidad de generación y ubicación.

Otro aspecto que se dará a conocer será el ciclo Rankine mencionando sus

características generales así como la definición de las etapas propias del ciclo,

con el objetivo de relacionar este proceso termodinámico con el de las centrales

termoeléctricas.

Finalmente se hablara del concepto de balance energético, fundamentado en las

centrales termoeléctricas.



Todo lo anterior se hará con la finalidad de profundizar en el tema de las

centrales termoeléctricas convencionales.



Central Termoeléctrica Convencional:

¿Qué es?

En las centrales térmicas convencionales (otermoeléctricas convencionales) se produce

electricidad a partir de combustibles

fósiles como carbón, fuel-oil o gas natural,

mediante un ciclo termodinámico de agua-

vapor. El término .

‘convencionales’ sirve para diferenciarlas

de otras centrales térmicas, comolas

nucleares olas de ciclo combinado.

Componentes:

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/x.-las-centrales-nucleares


http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/ix.-las-centrales-termicas-de-ciclo-combinado

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/ix.-las-centrales-termicas-de-ciclo-combinado





Descripción de elementos:

Caldera:

En este espacio el agua se transforma en vapor, cambiando su estado. Esta

acción se produce gracias a la combustión del gas natural (o cualquier otrocombustible fósil que pueda utilizar la central), con la que se generan gases a

muy alta temperatura que al entrar en contacto con el agua líquida la

convierten en vapor.



El agua que se transforma en vapor circula por unas cañerías

llamadas serpentines, donde se produce el intercambio de calor entre los gases

de la combustión y el agua.

Sobrecalentador:Es básicamente un intercambiador de calor gases-vapor, diseñado teniendo en

cuenta las particularidades de su trabajo con gases de combustión. El objetivo

es conseguir un vapor a alta temperatura que no sufra problemas de

condensación en su camino desde la caldera hasta el proceso.

Recalentador:

Es un dispositivo instalado

en unacalderaque recibe

vapor súper calentado queha sido parcialmente

expandido a través de la

turbina. La función del

recalentador en la caldera

es la de volver a súper

calentar este vapor a

unatemperatura deseada.

Calentador de aire:

Los calentadores de aire se

utilizan para calentar el

aire comburente y mejorar el proceso de la combustión en las plantas

generadoras de vapor. Los humos constituyen la fuente energética, y el

calentador recoge y utiliza el calor residual de los mismos, lo que incrementa la

eficiencia global de la caldera un 5÷ 10%.

Economizador:

https://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina)

https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

https://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina)

https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura



Un economizador de calderas es un intercambiador de calor que captura “el

calor perdido o desperdiciado” de los gases de chimenea.

Típicamente, el economizador transfiere este calor residual al

agua de alimentación de la caldera o al circuito de agua de

retorno, pero también puede ser usado para calentar aguadoméstica u otro fluido de proceso. Capturar este calor, que

normalmente se desperdicia, reduce los requerimientos

globales de combustible para la caldera. Un menor consumo de

combustible equivale a un ahorro de dinero así como menores

emisiones atmosféricas, debido a que la caldera opera con una

mayor eficiencia.

Precipitador:

La función del Precipitador electrostático o electrofiltro, consiste en la retención

de las partículas en suspensión que existen en los gases resultantes de la

combustión, para evitar que estas partículas salgan con los gases a través de la

chimenea a la atmósfera.

Estas partículas en suspensión existentes en los gases y separadas de los

mismos en el electrofiltro se conocen como cenizas volantes.

El precipitador electrostático se basa en el principio de ionización, es decir, en

el hecho de que en el interior de un campo eléctrico las partículas de ceniza se

cargan eléctricamente.

Para ello, los gases se hacen pasar por el interior de una cámara donde se crea

un campo electrostático establecido entre los electrodos emisores o de

descarga (negativos) y los electrodos colectores o placas (positivos), conectados a

tierra. Los gases al pasar por los electrodos emisores se cargan negativamentegracias al principio de ionización y al pasar por los electrodos colectores son

atraídos debido a su distinta carga eléctrica. El máximo campo electrostático se

genera en la proximidad de los electrodos de descarga o emisores, ionizando a

las partículas de ceniza



Chimenea:

Dispersa los

contaminantes en las

capas altas de la

atmósfera.

Turbina de vapor:

Máquina que recoge el

vapor de agua y que, gracias a un complejo sistema de

presiones y temperaturas, consigue que se mueva el eje

que la atraviesa. Esta turbina normalmente tiene varios

cuerpos, de alta, media y baja presión, para aprovechar

al máximo el vapor de agua.

El eje que atraviesa los diferentes cuerpos está

conectado con el generador.

Condensador:

Un condensador es un intercambiador térmico, en cual se pretende que el fluido

que lo recorre cambie a fase líquida desde su

fase gaseosa mediante el intercambio de calor

(cesión de calor al exterior, que se pierde sin

posibilidad de aprovechamiento) con otro

medio.La condensación se puede producir bien

utilizando aire mediante el uso de un

ventilador (aerocondensadores) o con agua

(esta última suele ser en circuito semicerrado con torre de refrigeración, o en

circuito abierto proveniente de un río o del mar).



Torre de enfriamiento:

Se encargan de mantener baja la temperatura del condensador, garantizando el

correcto funcionamiento de la central.El agua que refrigera el condensador es

enfriada en las torres de enfriamiento al

entrar en contacto con el aire frío que

circula a través de ellas.

Generador:

Máquina que recoge la energía mecánica generada en el eje que atraviesa la

turbina y la transforma en eléctrica medianteinducción electromagnética. Las

centrales eléctricas transforman la energía mecánica del eje en una corriente

eléctrica trifásica yalterna.

Transformador y líneas de transmisión:

El transformador se encarga de elevar el voltaje producido por el generador

para poder ser transportado a través de las líneas de transmisión de altatensión hacia el consumidor

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/iv.-electromagnetismo

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/ii.-la-naturaleza-electrica-de-la-materia

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/iv.-electromagnetismo

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/ii.-la-naturaleza-electrica-de-la-materia



“Sección” eléctrica del proceso de generación:

Ejemplificación de proceso de generación en central

termoeléctrica convencional a base de carbón:



Descripción del proceso:

El carbón almacenado en el parque (1) cerca de la central es conducido

mediante una cinta transportadora hacia una tolva (2) que alimenta al molino

(3). Aquí el carbón es pulverizado finamente para aumentar la superficie de

combustión y así mejorar la eficiencia de su combustión. Una vez pulverizado,

el carbón se inyecta en la caldera (4), mezclado con aire caliente para su

combustión.

La caldera está formada por numerosos tubos por donde circula agua, que es

convertida en vapor a alta temperatura. Los residuos sólidos de esta

combustión caen al cenicero (5) para ser posteriormente transportados a un

vertedero. Las partículas finas y los humos se hacen pasar por los

precipitadores (6) y los equipos de desulfuración (7), con el objeto de retener un

elevado porcentaje de los contaminantes que en caso contrario llegarían a laatmósfera a través de la chimenea (8). .

El vapor de agua generado en la caldera acciona los álabes de las turbinas de

vapor (9), haciendo girar el eje de estas turbinas que se mueve solidariamente

con el rotor del generador eléctrico (12).En el generador, la energía mecánica

rotatoria es convertida en electricidad de media tensión y alta intensidad. Con



el objetivo de disminuir las pérdidas del transporte a los puntos de consumo, la

tensión de la electricidad generada es elevada en un transformador (13), antes

de ser enviada a la red general mediante las líneas de transporte de alta

tensión (14).

Después de accionar las turbinas, el vapor de agua se convierte en líquido en el

condensador (10). El agua que refrigera el condensador proviene de un río o del

mar, y puede operar en circuito cerrado, es decir, transfiriendo el calor extraído

del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración (11) o, en

circuito abierto, descargando dicho calor directamente a su origen.

Entrar a este link, para observar una simulación del proceso antes mencionado:http://www.unesa.es/sector-electrico/funcionamiento-de-las-centrales-

electricas/1351-central-termica

http://www.unesa.es/sector-electrico/funcionamiento-de-las-centrales-electricas/1351-central-termica






Centrales termoeléctricas convencionales (Combustóleo) en

México:

Nombre Unidades Capacidad (MW) Ubicación

Altamira 4 800 Altamira,

Tamaulipas

Benito Juárez

(Salamayuca)

2 316 Cd. Juárez,

Chihuahua

Carlos Rodríguez Rivero

(Guaymas II)

4 484 Guaymas, Sonora

Felipe Carrillo Puerto

(Valladolid)

2 75 Valladolid, Yucatán

Francisco Pérez Ríos

(Tula)

5 1606 Tula, Hidalgo

Francisco Villa 5 300 Delicias, Chihuahua

General Manuel Álvarez

Moreno (Manzanillo I)

4 1200 Manzanillo, Colima

Guadalupe Victoria

(Lerdo)

2 320 Lerdo, Durango

José Aceves Pozos

(Mazatlán II)

3 616 Mazatlán, Sinaloa

Juan de Dios Bátiz

(Topolobampo)

3 320 Ahome, Sinaloa

Lerma (Campeche) 4 150 Campeche,

Campeche

Manzanillo II 2 700 Manzanillo, Colima



Mérida II 2 168 Mérida, Yucatán

Nachi-Cocom 2 0 Mérida, Yucatán

Adolfo López Mateos

(Tuxpan)

6 2100 Tuxpan, Veracruz

Emilio Portes Gil (RioBravo)

1 300 Rio Bravo,Tamaulipas

Poza Rica 3 117 Tihuatlán, Veracruz

Presidente Juárez

(Rosarito)

6 320 Rosarito, Baja

California

Puerto Libertad 4 632 Piquito, Sonora

Punta Prieta II 3 113 La Paz, Baja

California Sur

Salamanca 4 866 Salamanca,

Guanajuato

Valle de México 3 450 Alcoman, México

Villa de Reyes 2 700 Villa de Reyes, San

Luis Potosí



Centrales termoeléctricas convencionales (Carbón) en

México:

Nombre Capacidad (MW) Ubicación

Plutarco Elías Calles 2100 Peta Calco, Guerrero

Carbón II 1400 Nava, Coahuila

José López Portillo 1200 Nava, Coahuila

Ventajas y desventajas de las Centrales Termoeléctricas

Convencionales:

Ventajas

- Producen mucha energía

- Producción de energía relativamente rentable

- Las cenizas producidas durante la combustión pueden usarse en la

construcción

Desventajas:

- Los gases producidos en la combustión contaminan la atmósfera

- El agua usada para la refrigeración queda contaminada

- En los procesos de limpieza de la central se producen muchos residuos

- Uso de combustibles fósiles (no renovables)



Este sería un pequeño resumen de las principales ventajas e inconvenientes de

este tipo de centrales.

Impactos Medioambientales de las Centrales

Termoeléctricas Convencionales:

Emisión de residuos a la atmósfera:

Este tipo de residuos provienen de la combustión de los combustibles fósiles que

utilizan las centrales térmicas convencionales para funcionar y producir

electricidad. Esta combustión genera partículas que van a parar a la atmósfera,

pudiendo perjudicar el entorno del planeta.Por eso, las centrales térmicas convencionales disponen de chimeneas de gran

altura que dispersan estas partículas y reducen, localmente, su influencia

negativa en el aire.

Además, las centrales termoeléctricas disponen de filtros de partículas que

retienen una gran parte de estas, evitando que salgan al exterior.

Transferencia térmica:

Algunas centrales térmicas (las denominadas de ciclo abierto) pueden provocar

el calentamiento de las aguas del río o del mar.

Este tipo de impactos en el medio se solucionan con la utilización de sistemas

de refrigeración, cuya tarea principal es enfriar el agua a temperaturas

parecidas a las normales para el medio ambiente y así evitar su calentamiento.

Ciclo Rankine:

El ciclo Rankine opera con vapor, y es el utilizado en lascentrales

termoeléctricas. Consiste en calentar agua en unacaldera hasta evaporarla

y elevar la presión del vapor, que se hace incidir sobre los álabes de una



turbina, donde pierde presión produciendo energía cinética. Prosigue el ciclo

hacia un condensador donde el fluido se licúa, para posteriormente introducirlo

en una bomba que de nuevo

aumentará la presión, y ser de nuevo

introducido en la caldera.

La representación en diagrama p-V de

ciclos en los que el fluido se vaporiza,

presentan una diferencia con respecto

a los ciclos de gas, ya que aparece una

campana, llamada de cambio de fase.

A la izquierda corresponde al estado

líquido, en el que prácticamente no hay modificaciones de volumen, cuando seaumenta su temperatura o su presión. Por ello las isotermas son prácticamente

verticales.

A la derecha corresponde al estado vapor, aquí el fluido se comporta como un

gas, y por ello las isotermas son muy parecidas a las de los gases ideales.

Dentro de la campana, el fluido se está evaporando, y las isotermas son

horizontales. Esto es así porqué dada una presión, el calor que se le aporta al

fluido no se emplea en elevar la temperatura, sino en su evaporación.

El rendimiento ideal de este ciclo tiene es el mismo que el ciclo de Carnot,

aunque no alcanza valores tan elevados.



Análisis del ciclo por etapas:

En la transformación 1-2 aumenta la presión del líquido sin pérdidas de

calor, por medio de uncompresor, con aportación de un trabajomecánico externo.

En la transformación 2-3 se aporta calor al fluido a presión constante en

unacaldera, con lo que se evapora todo el líquido elevándose la

temperatura del vapor al máximo.

La transformación 3-4 es una expansión adiabática, con lo que el vapor a

alta presión realiza un trabajo en laturbina.

La transformación 4-1consiste en refrigerar el fluido vaporizado a

presión constante en elcondensador hasta volver a convertirlo enlíquido, y comenzar de nuevo el ciclo.

Para optimizar el aprovechamiento del combustible, se somete al fluido

a ciertos procesos, para tratar de incrementar el área encerrada en eldiagrama p-V.

Precalentamiento del agua comprimida 4-5 aprovechando el calor de los

gases que salen por lachimenea de la caldera. Con esto no se aumenta



el área del diagrama, pero se reduce el calor que hay que introducir al

ciclo.

Recalentamiento del vapor que ha pasado por la turbina 5-6 haciéndolo

pasar por la caldera y después por otra turbina de baja presión.

Balance térmico/energético en Centrales

Termoeléctricas:

Un balance de energía constituye un marco contable que integra la información

estadística relativa a la producción, transformación, y utilización de la energía

en un país en un proceso determinado, en este caso será en el de la generación

de electricidad a través de centrales termoeléctricas.



Dónde:

Factor de crédito, fc

Al poder calorífico inferior Hu del combustible, mc * Hu hay que sumarle el

equivalente a la energía recibida de los ventiladores de entrada de aire y de

salida de humos, llamadocrédito Hc



Rendimiento de la caldera, n(cald)

El calor recibido por el vapor es inferior al calor de combustión, pues los humos

salen de la chimenea a unos 130-170oC, dependiendo del azufre que tenga el

carbón. Éste, en la combustión, produce anhídrido sulfúrico (SO3), que en pre-

sencia de agua líquida se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4), muy corrosivo.Por eso, el vapor de agua contenido en los humos ha de condensarse fuera. Así

pues,

Factor de generación, f g

Parte del “vapor bruto” generado en la caldera no llega a la turbina. Para el

“vapor neto” habría que descontar utilidades externas, como, “tanque de purga

continua”, “sopladores de cenizas” y “pérdidas incontroladas”:

Rendimiento bruto del ciclo,n(TBC)Cociente entre la potencia interior en el eje de la turbina y el calor neto

recibido.

Rendimiento neto del ciclo, n(TNC)Cociente entre la diferencia de la potencia interior en el eje de la turbina y la

de las bombas, y el calor neto recibido.

Rendimiento electromecánico, n emCociente entre la potencia exterior en el eje de la turbina (potencia en bornes de

alternador), y la interior en el eje.

Factor de auxiliares, fa

Es el cociente entre la potencia obtenida en bornes de alternador y la que se

envía a red. Una parte la emplea la propia central para su funcionamiento

(auxiliares).

Rendimiento bruto del grupo, n(BG)

Rendimiento neto del grupo, n(NG)



Conclusión:

Con lo visto en el anterior trabajo de investigación, se logró profundizar un poco

más el cómo es que funciona una central termoeléctrica convencional y los

elementos que la conforman, comprendiendo que estos últimos, que a pesar de

no estar del todo enfocados a la ingeniería eléctrica, si cumplen un papel

bastante importante en la producción de energía eléctrica la cual ya es bien

sabido que es vital para el desarrollo en todos los aspectos del país y que sin

estos elementos la producción de electricidad seria casi nula.

De igual forma se logró comprender el como el ciclo Rankine está fuertemente

relacionado con el proceso de generación de tipo de central generadora aquí

mencionada, ya que según lo visto, el ciclo Rankine es básicamente el mismo

que se ve involucrado en el de las centrales termoeléctricas, esto debido a que

en el propio ciclo se ven involucrados elementos tales como bombas, turbinas,

condensadores y calderas, los cuales, según lo visto en esta misma

investigación, también están presentes en todo el sistema de este tipo de

central eléctrica.

Así también se entendió el concepto de balance térmico relacionado con las

termoeléctricas, llegándose a la conclusión de que es una relación que indaga

en la eficiencia de las centrales con respecto a todos los procesos

termodinámicos que se ven involucrados y como es que estos son tales que a

eficiencia de este tipo de centrales es relativamente baja, pero que a pesar de

eso es la principal opción de generación de electricidad en nuestro país.

No cabe duda que todo lo visto anteriormente se logró reforzar lo ya bastante

bien visto en clase con el profesor y en lo personal es un tema sumamenteinteresante en el cual me gustaría desenvolverme en una vida laboral futura ya

que como mencione anteriormente la generación de energía eléctrica es vital

inclusive para la vida propia de cada uno de nosotros, por lo que para mi es algo

de sumo interés.



Bibliografía:

https://es.wikipedia.org/wiki/Recalentador

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo7.html

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-

de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionales

http://www.cerney.es/es/productos/10-sobrecalentadores-de-vapor

http://anodamine.com/economizerESP.html

http://files.pfernandezdiez.es/CentralesTermicas/PDFs/19CT.pdf

http://www.atmosferis.com/precipitador-electrostatico/

http://www.jenijos.com/CENTRALESTERMICAS/centrales_termicas.htm

http://www.uco.es/termodinamica/ppt_Oct2012/termo%206-3.%20Blances%20termico%20y%20termoeconomico%20en%20Centrales%20Termicas.ppt.



http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionales







http://www.uco.es/termodinamica/ppt_Oct2012/termo%206-3.%20Blances%20termico%20y%20termoeconomico%20en%20Centrales%20Termicas.ppt













Documents

Central Termo Convencional