Ciclo de las Substancias en una Termoeléctrica Convencional

De un modo general, todas las substancias involucradas en la ejecución de este trabajo son el combustible, el aire y el agua que son calentados antes de empezar el proceso para que se pueda obtener el grado más alto de rendimiento.

El ciclo térmico normalmente posee bajo rendimiento (cerca de los 30%), y es caracterizado por ser cerrado, trayendo el fluido de trabajo de vuelta a su estado inicial. Eso pasa porque el agua en una caldera de alta presión, por ejemplo, presenta características de pureza, que son obtenidas por tratamiento químico para la remoción de metales y sales presentes en el agua común.

El agua se transforma en vapor en los tubos de agua de la caldera, por intermedio de la quema del combustible que alimenta de forma continua a antorchas instaladas en el cuerpo de la caldera. El vapor generado allí es llevado por tubos hasta la turbina.

Ese chorro de vapor sobre las paletas de la turbina hará con que ella gire alrededor de su eje, el cual va conectado al eje del generador eléctrico. El vapor, después de proveer energía térmica en forma de energía cinética, va directamente para el condensador.

El condensador es una caja que posee tubos metálicos que son puestos de forma transversal al flujo de vapor. Por tales tubos pasa el agua a temperatura ambiente, mucho más baja que la temperatura del vapor de agotamiento de la turbina. Cuando entra en contacto con la superficie fría de esos tubos, el vapor se condensará.

El condensado del vapor de agua va a ser bombeado para la caldera otra vez, cerrando el ciclo.

Antes de llegar a la caldera, el agua pasa por cambiadores de calor calentados por el vapor de la turbina (extracciones de vapor). Lo mismo pasa con el combustible que, antes de llegar a las antorchas, es calentado en cambiadores de calor similares. El aire usado para la mezcla con el combustible es retirado de la atmósfera por intermedio de ventiladores que o traen para adentro de la caldera, el aire pasa por cambiadores específicos (cestas con chapas corrugadas), que son calentados por el pasaje de los gases de combustión que van para la chimenea.

Con esta utilización del calor se mejora el rendimiento térmico de la unidad.

Si se transforma continuamente las energías, energía química (quema de combustible), en energía térmica (vapor) y entonces en energía cinética (movimiento radial del turbogenerador), podremos producir energía eléctrica.

Aun cabe comentar acerca del proceso de cogeneración donde se hace la reutilización del calor utilizado en una turbina de gas para que ese calor retorne al sistema accionando una turbina de vapor, evitando así que ese calor se pierda y reutilizando lo mismo hasta en otros procesos industriales.

Ciclo del Fluido

El ciclo fundamental teórico que se aplica a las termoeléctricas de vapor es el ciclo de Carnot y el ciclo básico para las aplicaciones prácticas que, en ese tipo de generación termoeléctrica es el ciclo de Rankine, que se ve abajo:

Si en el ciclo de Rankine se considera el supercalentamiento del vapor, tendremos las condiciones presentadas en el dibujo abajo, donde se distinguen los siguientes cambios:

-de 1 para 2, que corresponde al bombeo del líquido y, por lo tanto, al consumo de energía por el ciclo.

-de 2 para 3’, que corresponde al suministro de calor al vapor en la caldera y en el sobrecalentador, calor que viene de la quema del combustible externo.

-de 3’ para 4, que corresponde al suministro de energía para la turbina que va a transformar esa energía en energía mecánica, accionando el generador para producir energía eléctrica.

-de 4 para 1, que corresponde al retiro de calor (enfriamiento) y al pasaje de vapor para líquido para así dar reinicio al proceso.