Las plantas de energía térmica ayudan a satisfacer casi la mitad de la demanda mundial de energía eléctrica. Utilizan agua como fluido de trabajo. Las plantas de energía térmica actuales son capaces de funcionar con gran eficiencia cumpliendo con rigurosas normas ambientales.
En este artículo, veremos cómo una planta de energía térmica basada en carbón logra esto de manera detallada y paso a paso. Al girar el eje de este generador, generaremos electricidad. El generador obtiene movimiento de una turbina de vapor, que es el corazón de la planta de energía.
Para hacer girar la turbina de vapor, debemos suministrar vapor de alta presión y alta temperatura en la entrada. A medida que la turbina absorbe energía del fluido de alta energía, su presión y temperatura disminuyen hacia la salida.
Si nos fijamos de cerca, veremos las paletas de rotor de la turbina de vapor con una forma única. Las plantas de gran capacidad a menudo utilizan diferentes etapas de turbinas de vapor, como la turbina de alta presión, la turbina de presión intermedia y las turbinas de baja presión.
Una vez que hemos logrado nuestro objetivo de producir electricidad en el generador, si podemos devolver el vapor de baja presión y baja temperatura a sus estados originales de alta presión y alta temperatura, podemos repetir el proceso.
Recuperación de la presión del vapor
El primer paso es aumentar la presión. Podríamos utilizar un compresor para este propósito, pero comprimir el vapor es un proceso muy energéticamente intensivo y una planta de energía así no sería eficiente en absoluto. La forma más sencilla es convertir el vapor en líquido y aumentar la presión.
Para ello, introduciremos intercambiadores de calor llamados condensadores debajo de la turbina de baja presión. En el condensador, fluye un chorro de agua fría a través de los tubos. El vapor cede calor a esta corriente líquida y se condensa.
Ahora podemos utilizar una bomba para aumentar la presión de este agua de alimentación. Normalmente se utiliza una bomba centrífuga de varias etapas para este propósito, de modo que la presión vuelva a su estado original.
Recuperación de la temperatura del vapor
La siguiente tarea es devolver la temperatura a su valor original. Para ello, se añade calor a la salida de la bomba con la ayuda de una caldera. Las plantas de gran capacidad suelen utilizar un tipo de caldera llamada caldera de tubo de agua. Dentro de la caldera se quema carbón pulverizado. El agua entrante pasa inicialmente a través de un economizador, donde captura energía de los gases de escape. El agua fluye a través de un entrante y luego a través de paredes de agua, donde se transforma en vapor.
El vapor puro se separa en un tambor de vapor. Ahora, el fluido de trabajo está de vuelta en su estado original: alta presión y alta temperatura. Este vapor puede ser alimentado de nuevo a la turbina de vapor y el ciclo se puede repetir una y otra vez para la producción continua de energía eléctrica.
Aumento de la eficiencia de la planta de energía
Una planta de energía que funciona con el ciclo de Rankine básico tendrá una eficiencia muy baja y una baja capacidad. Podemos aumentar el rendimiento de la planta de energía considerablemente con la ayuda de algunas técnicas simples.
En el caso de la sobrecalentación, incluso después de que el líquido se ha convertido en vapor, se agrega más calor y con ello el vapor se sobrecalienta. Cuanto mayor sea la temperatura del vapor, más eficiente será el ciclo. Pero los materiales de la turbina de vapor no soportarán temperaturas superiores a los 600 grados Celsius, por lo que la sobrecalentación está limitada a ese umbral.
La temperatura del vapor disminuye a medida que fluye a lo largo de las filas de las palas, por lo que una excelente manera de aumentar la eficiencia de la planta de energía es agregar más calor después de la primera etapa de la turbina. Esto se conoce como recalentamiento y aumentará nuevamente la temperatura del vapor, lo que llevará a una mayor producción de energía y una mayor eficiencia.
Las partes de baja presión de la planta de energía tienen tendencia a succionar el aire atmosférico, incluso con arreglos de sellado sofisticados. Los gases disueltos en el agua de alimentación dañarán el material de la caldera con el tiempo. Para eliminar estos gases disueltos, se introduce un calentador de agua de alimentación abierto. El vapor caliente de la turbina se mezcla con el agua de alimentación y se generan burbujas de vapor que absorben los gases disueltos. La mezcla también precalienta el agua de alimentación, lo que ayuda a mejorar la eficiencia de la planta de energía de manera aún mayor.
Todas estas técnicas hacen que la planta de energía moderna funcione con una eficiencia que oscila entre el 40 y el 45 por ciento.
Proceso de adición y rechazo de calor
En una planta de energía real, se suministra líquido frío en el condensador con la ayuda de una torre de enfriamiento. El agua caliente de la salida del condensador se pulveriza en la torre de enfriamiento, lo que induce una corriente de aire natural y el agua pulverizada pierde calor. Así es como siempre se proporciona un líquido más frío en la entrada del condensador.
En la parte de adición de calor, el carbón quemado produce muchos contaminantes. No podemos liberar estos contaminantes directamente a la atmósfera, así que antes de transferirlos a una chimenea, el gas de escape se limpia en un precipitador electrostático. El precipitador electrostático utiliza placas con electricidad estática de alto voltaje para absorber las partículas contaminantes.
Esperamos haber proporcionado nuevas ideas sobre el funcionamiento interno de las plantas de energía térmica. Gracias por leer este artículo.
