Centrales térmicas - Perla Azucena Soler

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Centrales térmicas
1.1 Introducción
El objeto de las centrales térmicas es aprovechar la energía calorífica de un combustible para transformarla en electricidad. Es decir, utilizan la energía mecánica obtenida de un ciclo termodinámico para convertirla en electricidad.
El proceso que sigue dicha transformación es el siguiente:
a) La energía contenida en el combustible se transforma, por combustión (en las centrales térmicas convencionales) o por fisión (en las nucleares), en energía calorífica.
b) La energía calorífica que absorbe el fluido de trabajo se convierte al expansionarse en la turbina o motor en energía mecánica.
c) La energía mecánica es transformada en energía eléctrica a través del generador eléctrico.
Atendiendo al tipo de fluido motor que emplean en el ciclo termodinámico, las centrales térmicas se clasifican:
a) Centrales de vapor.
b) Centrales de turbinas de gas.
c) Centrales diesel.
1.2 El ciclo de Rankine
Es el ciclo termodinámico que se emplea en las centrales térmicas de vapor (figura 6.2.1). Está constituido por un calentamiento a presión constante A - C durante el cual cede energía en forma de calor, Qi, al fluido de trabajo; una expansión isoentrópica C - D; un enfriamiento isobárico durante el cual el vapor de agua se condensa D - E, absorbiéndose una energía en forma de calor, Q2, del fluido motor y una compresión isoentrópica E - A.
Como fluido termodinámico las centrales de vapor utilizan el vapor de agua.
El esquema simplificado de una central térmica de vapor que trabajase según este ciclo está representado en la figura 6.2.2.
© Los autores, 2000; © Edicions UPC, 2000.
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Centrales eléctricas
Fig. 6.2.1 Ciclo de Rankine.
Fig. 6.2.2 Esquema simplificado de una central térmica de vapor.
1.2.1 Rendimiento del ciclo de Rankine básico
El rendimiento del ciclo termodinámico de Rankine viene dado por:
„ 1 h°’hE
hC- hA
(6.2.1.1)
© Los autores, 2000; © Edicions UPC, 2000.
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De la ecuación (6.2.1.1) se deduce que cuanto mayor sea la entalpia absorbida por el condensador (hD - hE), menor será el rendimiento térmico del ciclo.
La utilización práctica del ciclo de vapor mostrado en la figura 6.2.1 presenta serias desventajas en la práctica. La desventaja más importante que comporta el empleo del ciclo de vapor dimana del hecho de que al trabajar en la zona de vapor húmedo, las gotas de vapor de agua en la parte final de la expansión en la turbina pueden producir erosiones importantes en los álabes a causa de la gran velocidad del vapor. Por este motivo se reduce el contenido de humedad en la salida de la turbina que se limita a valores del orden del 10%.
Debido a las pérdidas de calor a través de las paredes, a las fricciones, turbulencias, aceleraciones de flujo, y a la irreversibilidad del ciclo, el ciclo real de Rankine presenta una eficiencia inferior al ciclo ideal o teórico. Así, al ser irreversible la expansión C-D en la turbina, se produce un aumento de la entropía, por lo que dicha expansión en el diagrama T-S ya no es el segmento vertical CD sino el segmento oblicuo CD'.