“FUNCIONAMIENTO TERMOELÉCTRICO”

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“FUNCIONAMIENTO TERMOELÉCTRICO”

Profesor:       Leobardo Valadez Luna

“El prototipo a desarrollar busca mostrar el funcionamiento de las plantas termoeléctricas de una manera que sea fácilmente comprensible”

 Indrid Aletza Castañeda Contreras

MaryCarmen García Mercado

Rodrigo Castillo Pérez

Planteamiento del problema

Cuando escuchamos mencionar términos como energía renovable, limpia y alternativa, pensamos en energía solar, eólica, hidroeléctrica, pero probablemente no pensamos en la conjunción de todas estas fuentes de energía, para la producción de energía eléctrica. Una central termoeléctrica realiza esto.

Por otra parte se ha observado que, al dejar los faros del auto encendidos, por un lapso prolongado de tiempo, llega a descargar la batería y en cambio cuando se encuentra el carro en marcha no pasa esto. La razón de ello es que el coche cuenta con un componente conocido como alternador que permite abastecer la energía eléctrica utilizada mientras se encuentra en movimiento y mantener la batería cargada.  

En ocasiones cuando la batería se encuentra descargada pero no ha sido utilizada mientras el auto estuvo apagado, posiblemente la causa de ello es una falla en el alternador.

Objetivo

Diseñar un prototipo capaz de reproducir el funcionamiento de una central termoeléctrica, produciendo una determinada cantidad de energía eléctrica a partir de fluidos y los principios de la transformación de energía.

Hipótesis

Es posible reproducir el funcionamiento de una central termoeléctrica a partir de la adaptación de los mecanismos para lograr la producción de energía eléctrica.

El correcto funcionamiento de este sistema permitirá ser considerado en la implementación dentro de un automóvil para proveerle una energía limpia, alternativa y renovable.

Marco Teórico

¿Qué es una central térmica convencional?

En las centrales térmicas o termoeléctricas 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, como las nucleares o las de ciclo combinado.

Central térmica convencional y su funcionamiento

Gracias a las centrales térmicas o termoeléctricas convencionales se produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fueloil o gas natural, mediante un ciclo termodinámico de agua principalmente en estado gaseoso. El término convencionales sirve para diferenciarlas de otro tipo de centrales térmicas, como las nucleares o las de ciclo combinado. En realidad, el funcionamiento de esas centrales está basado en principios demasiado básicos, pero aun así es un tanto difícil crear el equipo para llevar a cabo todas las acciones necesarias para producir energía eléctrica.

El proyecto está enfocado en imitar el funcionamiento en las centrales térmicas convencionales o clásicas a una menor escala. Se hace referencia mediante este término a las centrales que utilizan combustibles fósiles como materia prima, es decir, carbón, fuel y gas natural. En términos de producción de energía eléctrica, la única diferencia entre las centrales nucleares y las térmicas convencionales es la manera de generar el vapor para activar las turbinas. En las centrales nucleares el calor se produce por la fisión nuclear en un reactor, mientras que en las centrales convencionales el vapor se genera por la combustión del carbón o de derivados del petróleo.

En las centrales térmicas convencionales, la energía química generada con algún tipo de combustible fósil así sea carbón, gas o fuel oil al final todos ellos se transforman en energía eléctrica. Se trata de un proceso de refinado de energía. El funcionamiento básico de todas las centrales térmicas convencionales es prácticamente el mismo como ya se mencionaba, independientemente de que utilicen carbón, fuel oil o gas. Las únicas diferencias sustanciales consisten en el distinto tratamiento previo que se le da al combustible antes de ser inyectado hacia la caldera y el diseño de los quemadores de ésta, que varía según el tipo de combustible empleado.

En el caso de una central térmica de carbón, el combustible se reduce primero a un polvo fino y se bombea después dentro del horno por medio de unos chorros de aire precalentados. Si es una central térmica de fuel oil, el combustible es precalentado para que fluidifique e inyectado posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de derivados del petróleo.

Por otra parte, si se trata de una central térmica de gas, tenemos otro tipo de quemadores específicos. En definitiva, la energía liberada durante la combustión en la cámara de la caldera, independientemente del tipo de combustible, hace evaporarse el agua en los tubos de la caldera y produce vapor.

El vapor de agua se bombea a alta presión a través de la caldera, a fin de obtener el mayor rendimiento posible. Gracias a esta presión en los tubos de la caldera, el vapor de agua puede llegar a alcanzar temperaturas de hasta 600ºC. Este vapor entra con una gran presión en la turbina a través de un sistema de tuberías. La turbina consta de tres cuerpos; de alta, media y baja presión respectivamente.

El objetivo de esta separación en las diferentes fases es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente. Primeramente, el vapor de agua a presión hace girar la turbina, generando energía mecánica. Una vez que se consigue transformar la energía térmica en energía mecánica de rotación. El vapor, con el calor residual no aprovechable, pasa de la turbina al condensador. Ahí pasa a muy baja presión es decir al vacío y lleva una temperatura de 40ºC, el vapor se convierte de nuevo en agua, la cual es conducida otra vez a la caldera con el fin de reiniciar el ciclo productivo. El calor latente de condensación del vapor de agua es absorbido por el agua de refrigeración, que lo entrega al aire del exterior en las torres de enfriamiento. La energía mecánica de rotación que lleva el eje de la turbina es transformada a su vez en energía eléctrica por medio de un generador que está acoplado a la turbina.

Componentes principales de una central térmica convencional

Caldera

Dentro de esta el agua se transforma en vapor, cambiando de su estado líquido al gaseoso. Esta acción se produce gracias a la combustión del gas natural (o cualquier otro combustible 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.

Turbina de vapor

Esta se encarga de recolectar todo el vapor que sea posible y que, gracias a un complejo sistema de presiones y temperaturas, consigue que se mueva el eje que la atraviesa. Esta turbina normalmente tiene varias fases, de alta, media y baja presión, para aprovechar al máximo todo el vapor de la caldera.

El eje de la turbina, el cual es el que atraviesa los diferentes cuerpos está conectado con el generador.

Generador

En este se recolecta toda la energía mecánica generada en el eje que atraviesa la turbina y la transforma en eléctrica mediante inducción electromagnética. Las centrales eléctricas transforman la energía mecánica del eje en una corriente eléctrica trifásica y alterna.

Impactos medioambientales de las centrales térmicas convencionales

La incidencia de este tipo de centrales sobre el medio ambiente se produce de dos maneras básicas:

• 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 ello, 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

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