Centrales térmicas

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MONOGRAFÍA: CENTRALES TÉRMICAS UCV LIMA-PERÚ 2011 ESCUELA ACADÉMICO-PROFESIONAL INGENIERÍA CIVIL PRESENTADA POR: Noriega Cardenas, Nelson Frank Gutiérrez Castillo, Albert André DOCENTE: Martín Arredondo Palacios CICLO II LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA ESCUELA LIMA, 14 NOVIEMBRE DE 2012

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Análisis de los efectos contaminantes de las centrales térmicas.

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MONOGRAFÍA:

CENTRALES TÉRMICAS

UCV LIMA-PERÚ 2011

ESCUELA ACADÉMICO-PROFESIONAL

INGENIERÍA CIVIL

PRESENTADA POR:

Noriega Cardenas, Nelson Frank

Gutiérrez Castillo, Albert André

DOCENTE:

Martín Arredondo Palacios

CICLO II

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA ESCUELA

LIMA, 14 NOVIEMBRE DE 2012

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“La unidad es la variedad, y

la variedad en la unidad es

la ley suprema del universo”

Isaac Newton

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A DIOS, nuestros padres y amigos,

por su apoyo y motivación

en nuestras labores.

Page 4: Centrales térmicas

Expresamos nuestro agradecimiento

al Lic. Martin Arredondo

por incentivarnos en

la búsqueda de nuevos

conocimientos.

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INTRODUCCIÓN

Con el paso de los años, las centrales térmicas han ido creciendo, y eso es obvio

por la demanda de sus consumidores, ya que nosotros necesitamos energía

eléctrica, ya sea para nuestro computador, televisión, y para demás productos

domésticos; sino también, a nivel industrial, ya que estas centrales son las

encargadas de generar y proporcionar la energía que se requiere. Cabe

mencionar, que estas centrales se han ido desarrollando con el paso de los años y

con ellos también su mejor funcionamiento, sin embargo, el gran problema de

estas centrales es el impacto ambiental que produce, el efecto negativo en la

naturaleza, pero eso se ha ido tomando mayor importancia, por eso se ha ido

reduciendo el impacto negativo.

Una central térmica, hablando de manera general, es aquella planta encargada de

producir energía eléctrica a partir de la energía química, mediante un proceso de

vaporización del agua, obviamente a altas temperaturas y presiones.

Es importante saber este tema ya que conoceremos de donde proviene la energía

que utilizamos a menudo en el ámbito doméstico e industrial, también la manera

como se obtiene esa energía; y por último y más importante como afecta estas

centrales a la sociedad ya se de manera positiva o negativa.

Esta monografía esta constituida por 3 capítulos: en el primer capítulo

desarrollaremos los conceptos generales de una central térmica, así como

también sus partes; en el segundo capítulo abordaremos los tipos de centrales, así

como también el funcionamiento de cada una de ellas y finalmente en el tercer

capítulo desarrollaremos las ventajas, desventajas y el impacto ambiental que

producen las centrales térmicas

Con todo lo mencionado y sin más preámbulos daremos paso al desarrollo de este

interesante e importante tema.

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INDICE

Epígrafe

Dedicatoria

Introducción

CAPÍTULO 1

CONCEPTOS GENERALES

1.1 Definición

1.2 Partes de una central térmica

1.2.1 Cinta transportadora

1.2.2 Molino

1.2.3 Caldera

1.2.4 Turbinas

1.2.5 Generador

1.2.6 Cables de alta tensión

1.2.7 Condensador

1.2.8 Calentador

1.2.9 Torres de refrigeración

1.2.10 Chimeneas

1.2.11 Precipitador

1.2.12 Otros

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CAPÍTULO 2

TIPOS DE CENTRALES TÉRMICAS

2.1 Centrales térmicas convencional

2.1.1 Definición

2.1.2 Funcionamiento de una central convencional

2.2 Central térmica de ciclo combinado

2.2.1 Definición

2.2.2 Funcionamiento de una central térmica de ciclo combinado

CAPÍTULO 3

IMPACTOS GENERALES

3.1 Impacto ambiental

3.1.1 Contaminación en el aire

3.1.1 Contaminación del agua

3.1.3 Contaminación del suelo y aguas subterráneas

3.1.4 Contaminación al ser humano

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CAPÍTULO 1

CONCEPTOS GENERALES

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1.1 Definición

Sabemos que existen diferentes tipos de centrales térmicas, como por ejemplo: centrales térmicas convencionales, ciclo combinado, etc., sobre las cuales trata el capitulo, pero básicamente la finalidad de todas ellas es producir energía eléctrica a partir de la energía química, mediante procesos de alta complejidad.

Carrera (2007) afirma que una central térmica es una instalación cuya finalidad es la de producir energía eléctrica partir de la combustión en una caldera. Esta va a generar vapor a partir del agua que circula por una red extensa de tubos que tapizan las paredes de la caldera. Este gas hace girar los alabes de la turbina, produciendo así la energía eléctrica que se requiere, y esta será transportada mediante líneas de alta tensión a los centros de consumo (pp.1-2).

1.2 Partes de una central térmica

Ya habiendo definido lo que es una central térmica, ahora veremos su constitución, para ser exactos: sus partes, las cuales pasaremos a mencionar y desarrollar.

1.2.1 Cinta transportadora

Es aquella parte de la central encargada de transportar el combustible desde los parques adyacentes de la central hasta el molino.

1.2.2 Molino

Es el lugar en donde va ser triturado el combustible.

1.2.3 Caldera

Es el equipo en la cual el combustible ya triturado y pulverizado se va a inyectar y mezclar con aire a alta presión, para que finalmente se produzca su combustión. Además también podemos mencionar que es un dispositivo que está diseñado para generar vapor saturado. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido cambia de estado, de líquido a gas.

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1.2.4 Turbinas

Es la parte más importante de la central, ya que son las encargadas de mover el generador para producir la electricidad. Las turbinas, ya sean de alta, media y baja presión están formadas por una serie de alabes de distintos tamaños que aprovechan la presión de vapor para hacer girar el rotor de la turbina, además, cabe resaltar que estas turbinas están diseñadas para soportar altas temperaturas.

1.2.5 Generador

Es el lugar donde se produce la energía eléctrica gracias al funcionamiento de las turbinas

1.2.6 Cables de alta tensión

Es el medio por el cual es transportada la energía producida a los centros de consumo.

1.2.7 Condensador

Es el encargado de cambiar el estado del vapor a líquido a fin de reiniciar el ciclo térmico productivo.

1.2.8 Calentador

Es el lugar en la que al agua que se obtuvo en la condensación de vapor se va a someter a diferentes etapas de calentamiento y posteriormente será inyectada nuevamente en la caldera en condiciones óptimas de presión y temperatura para así obtener el máximo rendimiento del ciclo.

1.2.9 Torres de refrigeración

Es el lugar en el que el calor generado por el sistema de agua de circulación va ser extraído del condensador para posteriormente transportarlo a la atmosfera, o simplemente descargar dicho calor al

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mar o ríos. Además estas torres se encargan de mantener baja la temperatura del condensador, garantizando el correcto funcionamiento de la central.

1.2.10 Chimeneas

Son las que se encargan de expulsar a la atmosfera los gases producidos durante la combustión del combustible almacenado en la caldera. Además, posee filtros, los cuales evitan la salida de manera directa de las cenizas a la atmosfera, lo cual ocasionaría una mayor contaminación a la ya hecha, es por eso que también tienen una gran altura para evitar contaminar las zonas de los alrededores a la central.

1.2.11 Precipitador

Es la parte encargada de retener gran parte de contaminantes en el interior de la central logrando así reducir la contaminación.

1.2.12 Otros

Algunas de las partes no mencionadas son las siguientes: tolva, recalentador, sobre calentador, calentador de aire, transformadores y cenizas.

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CAPÍTULO 2

TIPOS DE CENTRALES TÉRMICAS

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En el capítulo I hemos desarrollado de manera general lo que es una central térmica, y ahora desarrollaremos los distintos tipos de centrales.

2.1 Central térmica convencional

2.1.1 Definición

Según Silva (s.f):

Las centrales térmicas […] empezaron a desarrollarse por el año 1890, ya en forma comercial, a base de motores térmicos. Por el año 1910 comenzaron a tener la disposición que mayoritariamente se usa hoy en día […], modelo que poco a poco está siendo remplazado por la de ciclo combinado […] (p.1)

Denominamos central térmica clásica a aquella central que produce energía a partir de la combustión de cualquiera de los diferentes tipos de combustible fósil. El apelativo clásica sirve básicamente para poder diferenciarla de las otras tipos de centrales, los cuales también generan energía a partir de un ciclo termodinámico, sin embargo por medio de fuentes energéticas distintas a los combustibles fósiles.

Según Ordoñez (2007): “[…] En las centrales térmicas, la energía química ligada al combustible se transforma en energía calorífica en la caldera, mecánica en la turbina y finalmente eléctrica en el generador […]” (p.460).

Podemos también precisar que entre una central térmica clásica o convencional y una nuclear existen similitudes como por ejemplo: ambas poseen un generador eléctrico y su objetivo común es de producir energía para el consumo doméstico o industrial del país; sin embargo, también existen diferencias como afirma Arreglè (2002): “[…] Se habla de centrales convencionales a las centrales que utilizan combustible fósil para distinguirlas de las nucleares […]” (p.169).

2.1.2 Funcionamiento de una central térmica convencional:

Sabemos que la energía eléctrica que se requiere es obtenida mediante procesos que básicamente es hervir el agua y a partir de ello generar la energía, solo varía el tipo de combustible y en este caso utilizaremos un combustible fósil, el carbón.

Según Ordoñez (2007), en primer lugar el combustible a utilizar es el carbón que se reduce a un polvo fino y luego es llevado a la caldera por medio de aire a

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elevadas temperaturas y presión. La energía liberada durante la combustión en la caldera hace posible la vaporización del agua en los tubos de la caldera y produce vapor que se sobrecalentara para obtener el mayor rendimiento posible. Este vapor obtenido es dirigido a la turbina a través de un sistema de tuberías, ello se hace para aprovechar al máximo la energía de vapor, a medida que va perdiendo presión progresivamente. Entonces este vapor de agua a presión hará girar la turbina generando energía mecánica que se requiere (p. 460-461).

2.2. Central térmica de ciclo combinado:

2.2.1 Definición:

Se denomina central térmica de ciclo combinado a aquellas central que utiliza gas natural como combustible, para generar electricidad con la tradicional turbina de vapor y una turbina de gas, este último con la finalidad de no desperdiciar los gases liberados por la combustión.

2.2.2 Funcionamiento de una central térmica de ciclo combinado

El funcionamiento de una central térmica de ciclo combinado comienza con la absorción de aire desde el exterior de la central siendo conducido por medio de filtros a una turbina a gas. El aire y el combustible no fósil combustionan en una cámara, dando como resultado una mezcla de gases calientes que al expandirse hacen girar la turbina a gas generando trabajo. El generado acoplado a esta transforma este trabajo en energía eléctrica. Los gases que escapan de la turbina pasan a la chimenea recuperadora de calor. En esta se extrae la mayor parte del calor aún disponible en los gases de escape y se transmiten al ciclo agua-vapor, antes de pasar a la atmósfera.

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CAPÍTULO 3

IMPACTOS GENERALES

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Ya habiendo estudiado y definido lo que es una central térmica, las partes que la constituyen, los tipos de centrales térmicas y el funcionamiento de cada una de ellas, ahora en este capítulo nos concentraremos en los impactos que genera estas centrales: el impacto ambiental,así como también las ventajas, desventajas que produce el uso de estas centrales.

3.1 Impacto ambiental

Si bien los diferentes tipos de centrales se encargan de brindar energía eléctrica para nuestro consumo, en el proceso de obtención de dicha energía se generan muchas sustancias que contaminan al medio ambiente, entonces a continuación veremos el impacto ambiental que genera el funcionamiento de las centrales térmicas.

El impacto ambiental que se genera por el funcionamiento de una central depende de las características de cada una de estas, así como también el combustible usado, además los efectos ambientales producidos provienen principalmente del proceso de combustión, las emisiones de polvo y gases contaminantes. De manera general los efectos ambientales, como bien dijimos anteriormente, son dependientes del combustible usado, entonces podemos mencionar que estos efectos aumentan en el siguiente orden: gas, fuel oil ligero, fuel oil pesado y combustión de carbón, siendo este ultimo el más contaminante.

Si bien el gas no es uno de lo más contaminantes, Silva (s.f) afirma:” El uso del gas natural si bien no es tan contaminante provoca ciertos daños al medio ambiente […] ya que a diferencia de otros combustibles, no es tan fácilmente licuable, lo que dificulta su transporte y almacenamiento” (p.34).Si bien no está muy claro cuáles son los daños que produce el gas natural, podemos deducir que como existe dificultad en el transporte en el recorrido este gas genera contaminación afectando de este modo a la población , y esto se conoce como efectos indirectos del impacto ambiental.

La contaminación producida por las centrales térmicas influyen sobre los distintos medios: aire, agua y suelo, así como también sobre el ser humano, los animales y las plantas.

3.1.1 Contaminación en el aire

El aire es el medio que es afectado directamente por las emisiones de polvo y gases contaminantes, luego estos y algunos productos de la transformación atmosférica regresan a la tierra por medio de la

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precipitación y deposición seca, generando así una carga contaminante para el suelo y el agua lo que afectaría a la vegetación y a la fauna.

Dependiendo de las distintas variables (clase, composición, poder calorífico) del combustible y el tipo de combustión, los gases de escape pueden llevar distintas cantidades de contaminantes. En la siguiente tabla se hace un resumen de los niveles de emisión con distintos combustibles.

3.1.2 Contaminación del agua

El uso del recurso agua es indispensable para el funcionamiento de una central, principalmente para fines de enfriamiento. Mayormente el agua después de haber sido utilizada para la absorción de calor, esta se devuelve al lugar de toma, en otras palabras al lugar de donde se extrajo el agua produciendo así calor residual en el agua y con esto produciría una carga residual a las aguas superficiales, incluso esto podría afectar a los organismos acuáticos, ya que afectaríamos su hábitat variando la temperatura a la que están acostumbrados.

Para poder evitar problemas con el calentamiento excesivo de las aguas, se hace un proceso de enfriamiento en la torre de refrigeración, para luego poder devolverla al río.

Por último podemos mencionar que las aguas también pueden ser afectadas de forma indirecta por una central térmica, a este fenómeno se le conoce como lluvia ácida, la cual se produce por la reacción química de las precipitaciones naturales y la lluvia con los gases contaminantes emitidos por la central.

3.1.3 Contaminación del suelo y aguas subterráneas

Las centrales térmicas producen efectos diversos en el suelo y en las aguas subterráneas. Debido a la precipitación del polvo que se genera, la calidad del suelo empeora y peor aún cuando están a zonas muy próximas a la central, siendo más peligrosa la contaminación causada por los metales pesados contenidos en el polvo.

Las propiedades químicas del suelo también pueden variar a causa de las precipitaciones ácidas, del mismo modo estas también afectan a las aguas subterráneas y superficiales. Podemos mencionar que la contaminación del suelo y de las aguas subterráneas no depende principalmente de los formadores de ácido en el gas de escape y de las

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concentraciones de polvo, sino de las emisiones totales a lo largo de todo un año y también de las condiciones de difusión. Entonces podemos indicar que el tamaño de la central y el grado de eliminación de sustancias nocivas son directamente proporcionales, ya que si aumenta el tamaño de la central también de aumentar el mejoramiento en el grado de eliminación de dichas sustancias nocivas.

Las aguas subterráneas que están dentro de la central están afectadas también por la fuga de sustancias contaminantes provenientes principalmente de la depuración y captación de aguas residuales. Otros de los efectos sobre las agua subterráneas provienen de los depósitos de residuos, en las cuales se almacenan principalmente cenizas volátiles, escorias, residuos de la desulfuración de los gases de combustión. La cantidad de estos residuos varía de acuerdo a la calidad de carbones utilizados, quiere decir que si la cantidad de residuo es alta es porque la calidad de carbón utilizado es baja.

3.1.4 Contaminación al ser humano

La contaminación hacia el ser humano puede ser directa o indirecta, la acción de los gases sobre el organismo es una manera directa, en cambio la alteración del medio ambiente y con ello la cadena alimentaria seria una manera indirecta, ya que los seres humanos ingerimos metales pesados nocivos a través de la cadena alimentaria, lo que es el agua potable, productos vegetales y animales.

La salud humana también puede ser afectada con la desaparición de los bosques causada por la lluvia ácida o efecto invernadero que a su vez es ocasionado por los oligogases como el argón, helio y principalmente en dióxido de carbón.

Otro de los tópicos importantes es la contaminación sonora, el ruido molesto que tiene que soportar el personal de trabajo, es por esta razón que se recomienda el uso de tapones en los oídos, además una central térmica debe estar ubicada a una distancia considerable de las zonas habitadas, para que así no afecte a la población.

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3.2 Ventajas y desventajas de centrales térmicas

3.2.1 Ventajas

Podemos mencionar las siguientes ventajas:

Las centrales al no necesitar cantidades considerables de agua, provocan cierta independencia con respecto al clima.

Haciendo una comparación con las centrales hidroeléctricas, podemos decir que los costos de inversión son menores favoreciendo así su construcción y entrada en funcionamiento.

El tiempo de construcción de una central es menor que una central hidroeléctrica.

La facilidad con la que se puede transportar combustible orgánico desde el lugar de extracción hasta la misma central.

Sin embargo estas ventajas ya mencionadas no son muy significativas, además hemos mencionado ventajas desde una perspectiva general, es por eso que si analizamos las centrales según el combustible utilizado obtendríamos que una central que utiliza gas natural, estas presentan una gama de ventajas sobre las centrales que utilizan otros tipos de combustible, como carbón, derivados del carbón. Entre ellas mayor eficiencia energética, menor emisión de gases contaminantes y facilidad de operación de suministro.

3.2.2 Desventajas

Podemos mencionar las siguientes desventajas:

La combustión del carbón provoca la emisión al medio ambiente de partículas y ácidos de azufre.

Las centrales térmicas poseen un elevado costo operacional y de combustible.

La contaminación y emisión de gases puede ser tanta que puede generar lo que se conoce como lluvia ácida.

Una fuga radioactiva de un solo reactor puede tener consecuencias devastadoras para los seres vivos a varios kilómetros a la redonda.

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CONCLUSIONES

1. Gracias a los conocimientos de termodinámica clásica así como también el

conocimiento del ciclo de Carnot es posible, el desarrollo y funcionamiento

de centrales térmicas que funcionan en la actualidad

2. Si bien una central térmica clásica en su momento era la única encargada

de producir energía eléctrica ahora la central térmica de ciclo combinado es

más eficiente y genera menor contaminación en la naturaleza

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA

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ANEXOS

Partes de una central térmica

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Niveles de emisión de contaminantes