Funcionamiento de una Central Termoeléctrica
El proceso de generación de energía en una central termoeléctrica se inicia con el carbón. Desde el área de almacenamiento, una cinta transportadora lleva el carbón a una tolva. Esta tolva alimenta un molino triturador, donde el carbón se convierte en un polvo fino para optimizar su combustión. Este polvo se mezcla con aire precalentado y se inyecta en los quemadores de la caldera, donde se produce la combustión.
El calor generado por la combustión calienta el agua que circula por los tubos de la caldera, generando vapor. Este vapor pasa al sobrecalentador, donde se elimina la humedad y se incrementa aún más su temperatura. El vapor a alta presión y temperatura se expande en las diferentes etapas de la turbina, generando energía mecánica. A la salida de la turbina, el vapor se dirige al condensador, donde se enfría y se condensa, volviendo a su estado líquido.
Los gases de combustión, antes de ser expulsados por la chimenea, se utilizan para precalentar el aire de combustión, mejorando la eficiencia del proceso. Además, se emplean precipitadores para retener la mayor parte de las partículas sólidas contaminantes, reduciendo así el impacto ambiental.
Las Centrales Termoeléctricas y el Medio Ambiente
La operación de centrales termoeléctricas presenta desafíos ambientales significativos, que se pueden clasificar en:
- Contaminación atmosférica: La quema de combustibles fósiles produce dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua, contribuyendo al efecto invernadero. La combustión incompleta y las impurezas en los combustibles generan emisiones de óxidos de azufre (SOx) y óxidos de nitrógeno (NOx), causantes de la lluvia ácida. También se emiten hidrocarburos, partículas sólidas y metales pesados, que contribuyen a la formación de nieblas fotoquímicas.
- Contaminación del agua: La contaminación térmica se mitiga mediante el uso de torres de refrigeración. Sin embargo, las aguas utilizadas en la limpieza de equipos, los efluentes de las plantas de tratamiento de agua de la caldera y las purgas de vapor contienen contaminantes químicos que requieren tratamiento antes de su descarga.
- Contaminación acústica: El ruido generado por ventiladores, válvulas de purga y otros equipos puede afectar el entorno, especialmente si hay zonas residenciales cercanas. Para mitigar este impacto, se aíslan los componentes más ruidosos y se instalan barreras acústicas.
Nuevas Tecnologías en Centrales Termoeléctricas
Para reducir el impacto ambiental y mejorar la eficiencia de las centrales termoeléctricas, se están implementando diversas tecnologías:
- Sistemas de desulfuración de los combustibles: Estos sistemas transforman los óxidos de azufre en compuestos solubles que se eliminan fácilmente.
- Gasificación del carbón: Esta tecnología permite aprovechar recursos de carbón que no son rentables o viables con la minería tradicional. Además, produce gas, un combustible más limpio.
- Combustión en lecho fluido: Este sistema quema el carbón a menor temperatura, lo que permite que la mayoría de los contaminantes queden retenidos en los residuos de la combustión, evitando su emisión a la atmósfera. También mejora la eficiencia al aumentar la superficie de contacto entre el carbón y el aire.
- Centrales de ciclo combinado: Estas centrales utilizan gas natural, reduciendo la dependencia del petróleo y disminuyendo las emisiones contaminantes.
Funcionamiento de una Central de Ciclo Combinado
Una central de ciclo combinado combina una turbina de gas y una turbina de vapor para aumentar la eficiencia en la generación de electricidad. Los componentes clave son:
- Turbina de gas (con compresor y cámara de combustión)
- Caldera de recuperación
- Turbina de vapor
El aire a alta presión, proveniente del compresor, se mezcla con el gas combustible en la cámara de combustión. La combustión genera gases a alta temperatura (aproximadamente 1300°C) y presión. Estos gases se expanden en la turbina de gas, accionando el compresor y un generador eléctrico.
Los gases de escape de la turbina de gas, aún a alta temperatura (alrededor de 800°C), se dirigen a la caldera de recuperación. Esta caldera aprovecha el calor residual de los gases para generar vapor, que a su vez acciona una turbina de vapor conectada a otro generador eléctrico. El ciclo vapor-agua es similar al de una central térmica convencional.
Centrales de Cogeneración
Las centrales de cogeneración producen electricidad y, simultáneamente, aprovechan el calor residual para generar agua caliente para calefacción, vapor u otros fluidos calientes, según las necesidades de la zona donde se ubica la central. Esto aumenta significativamente la eficiencia energética global del sistema.