Informe Centrales Termoelectricas

Informe Informe Centrales Centrales  Ter  T ermoeléctricas moeléctricas

Integrantes: Felipe Cordova Roberto Castro Daniel Gatica Sección:

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Introdcción !a primera central termoeléctrica nace en "eva #or$ #or$ en %88& constrida con la primera estación generadora' (l principio de fncionamiento de na central térmica se basa en el intercambio de energ)a calórica en energ)a mec*nica + lego en energ)a eléctrica' !as primeras centrales ,e se constr+eron eran m*,inas de vapor a pistón- similares en s fncionamiento a na locomotora + ,e mov)an al generador

 Ter  T ermoeléctricas moeléctricas !os combstibles fósiles se .an tili/ado desde .ace décadas en la prodcción de energ)a' a+ varios tipos de centrales termoeléctricas de las ,e tili/an combstibles fósiles- reciben el apelativo de convencionales o cl*sicas' Centrales Termoeléctricas: Convencionales: 1Fel 2il 1 Carbón 1 Gas "atral "o convencionales:

1 "cleares

1 Solares  1 Geotérmicas

Fncionamiento

S fncionamiento se basa principalmente en este principio: 3asar de (nerg)a térmica a energ)a mec*nica + lego a energ)a eléctrica'

!as  Termoeléctricas Convencionales (s na instalación empleada en la generación de energ)a eléctrica a partir de la energ)a liberada en forma de calor- normalmente mediante la combstión de combstibles fósiles como petróleo- gas natral o carbón' (ste calor es empleado por n ciclo termodin*mico convencional para mover n alternador + prodcir energ)a eléctrica' Caracter)sticas del Carbón: - (l carbón es n combstible fósil- de color negro-

m+ rico en carbono - Sele locali/arse ba4o na capa de pi/arra + sobre

na capa de arena + ti/a - Se cree ,e la ma+or parte del carbón fe

formada drante la era carbon)fera Se forma: - Se origina por descomposición de vegetales

terrestres- .o4as- maderas- corte/as- esporas- ,e

se acmlan en /onas pantanosas- lagnares o marinas- de poca profndidad - !os depósitos de carbón tienen frecente

asociación de mercrio - (n las cencas carbon)feras las capas de carbón

est*n intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias - (n las cencas .lleras se conservan- tanto en el

carbón como en las rocas intercaladas- restos + marcas de vegetales terrestres ,e pertenecen a especies actalmente desaparecidas

 Tipos de Carbón (l rango de n carbón mineral se determina en fnción de criterios tales como s contenido en materia vol*til- contenido en carbono 54o- .medadpoder calor)5co- etc' 6s)- a ma+or rango- ma+or es el contenido en carbono 54o + ma+or el poder calor)5comientras ,e dismin+en s .medad natral + la cantidad de materia vol*til

- 6ntracita - 7itminoso ba4o en vol*tiles - 7itminoso medio en vol*tiles - 7itminoso alto en vol*tiles - Sb1bitminoso - !ignito -  Trba

!a .lla es n carbón mineral de tipo bitminoso medio + alto en vol*tiles

6lgnas aplicaciones - Generación de energ)a eléctrica - Co,e - Siderrgia - Indstrias varias - so domestico - Carbo,imica

%1 6moniaco &1 9etanol - 3etróleo Sintético

(stas dos ltimas aplicaciones antigas son m+ contaminantes + re,ieren mc.a energ)adesperdiciando as) n tercio del balance energético global' Debido a la crisis del petróleo se .an velto a tili/ar ;Dónde se encentra< (l carbón se encentra en casi todas las regiones del mndo- pero en la actalidad los nicos depósitos de importancia comercial est*n en (ropa- 6sia6stralia- Sd*frica + 6mérica del "orte' (l carbón se pede obtener de dos formas: 9inas de cielo abierto o de ta4o + en minas Sbterr*neas

Gas "atral (l gas natral es na me/cla de gases ,e se encentra frecentemente en +acimientos fósiles- no1 asociado diselto o asociado con petróleo o en depósitos de carbón 6plicaciones del gas natral (l gas natral tiene diversas aplicaciones en la indstria- el comercio- la generación eléctrica- el sector residencial + el transporte de pasa4eros Desventa4as del petróleo + gas natral 1In=encia sobre el selo

1In=encia sobre el aga 1In=encia sobre la atmosfera 3ara solcionar estas desventa4as: %1 Incorporar n catali/ador en los tbos de escape de los atomóviles de gasolina &1 tili/ar 5ltros de catali/ador en las instalaciones de combstión >1 Tratar adecadamente el aga de refrigeración en las centrales térmicas ?1 (stablecer medidas de segridad @1 3romover la sstitción de estos combstibles por fentes de energ)a m*s limpias + renovables

!as  Termoelectricas "o Convencionales (stas peden ser m*s e5cientes + menos contaminantes ,e las convencionales:

n ciclo combinado aprovec.a an m*s la energ)a disponible en n combstible 9ediante dos m*,inas generadoras de electricidad: - na trbina de gas + na trbina de vapor' - 2peran en ciclos termodin*micos distintos

conocidos como A 7ra+ton + Ran$+neB'

Central "clear

Central Geotérmica:

3rincipales enta4as: -  (s na energ)a renovable' -  !a energ)a geotérmica es m+ abndante' -  (s constante A&? .oras al d)aB' -  Relativamente limpia + barata ' -  "o depende de componentes fósiles'

Desventa4as: - !a energ)a geotérmica no se pede transportar'

-  las centrales geotérmicas son m+ grandes +

costosas' -  tiene n gran impacto visal'

Diagrama de 92!!I(R (l diagrama de mollier es na representación de las propiedades del aga + del vapor de aga' Se sa n sistema principal de coordenadas 1S A(ntalp)a1(ntrop)aB

(n el diagrama la l)nea de satración Aborde de la campana de cambio de faseB- es na l)nea de importancia' Separa la l)nea del l),ido satrado de la /ona de vapor sobrecalentado' Dentro de la campana de cambio de fases las isóbaras se confnden con las isotermas' (s decir si la condensación es presión constante- también ser* a temperatra constante' na propiedad importante de estas l)neas de condensación es ,e son rectas' (l pnto de origen del diagrama de mollier Acoordenadas 0B es % atm' De presión + 0C de temperatra' 6ll) se 54a la entrop)a + entalp)a con valor 0

!os diagramas de 9ollier sales solo representan na porción del espacio completo 1S' (sta representación se limita a las temperatras + presiones m*s sales + en general se eEcl+e la /ona de l),ido satrado o sbsatrado'

("T6!36 !a entalp)a Asimboli/ada generalmente como también llamada contenido de calor- + medida en la nidad 7tHlbB- es na fnción de estado- A,e sólo depende de los estados inicial + 5nalB ,e se de5ne como la sma de la energ)a interna de n sistema termodin*mico + el prodcto de s volmen mltiplicado por la presión' !a entalp)a total de n sistema no pede ser medida directamente- al igal ,e la energ)a interna- en cambio- la variación de entalp)a de n sistema s) pede ser medida eEperimentalmente' !a entalp)a se pede aplicar nicamente a cerpos a presión constante' !a entalp)a se de5ne mediante la sigiente ecación: Dónde: 

 es la energ)a interna'



3 es la presión del sistema'



 es el volmen del sistema'

 !a entalp)a total de n sistema no pede ser medida directamenteJ la variación de entalp)a de n sistema s) ,e pede ser medida en cambio' !a

variación de entalp)a se de5ne mediante la sigiente ecación:



K es la variación de entalp)a'

 5nal es la entalp)a 5nal del sistema' (n na reacción ,)mica- 5nal es la entalp)a de los prodctos'  inicial es la entalp)a inicial del sistema' (n na reacción ,)mica- inicial es la entalp)a de los reactivos' !a ma+or tilidad de la entalp)a se obtiene para anali/ar reacciones ,e incrementan el volmen del sistema cando la presión se mantiene constante por contacto con el entorno- provocando ,e se realice n traba4o mec*nico sobre el entorno + na pérdida de energ)a' ( inversamente en reacciones ,e casan na redcción en el volmen debido a ,e el entorno reali/a n traba4o sobre el sistema + se prodce n incremento en la energ)a interna del sistema' (n este caso- la variación de entalp)a se pede eEpresar del sigiente modo: D L D M 3 D

Donde D pede indicar na variación in5nitesimal Aa mendo denotada como dB o na diferencia 5nita Aa mendo denotada como KB' Sin importar si la presión eEterna es constante- la variación in5nitesimal de la entalp)a obedece a: d L T dS M  d3

Siempre + cando el nico traba4o reali/ado sea a través de n cambio de volmen' !a entalp)a es la cantidad de calor- a presión constante- ,e trans5ere na sstancia' 3esto ,e la eEpresión T dS siempre representa na transferencia de calor- tiene sentido tratar la entalp)a como na medida del calor total del sistema- siempre + cando la presión se mantenga constanteJ esto eEplica el término contenido de calor' 3ara na reacción eEotérmica a presión constante- la variación de entalp)a del sistema es igal a la energ)a liberada en la reacción- incl+endo la energ)a conservada por el sistema + la ,e se pierde a través de la eEpansión contra el entorno' 6n*logamentepara na reacción endotérmica- la variación de entalp)a del sistema es igal a la energ)a absorbida drante la reacción- incl+endo la energ)a perdida por el sistema + la ganada a través de la eEpansión contra el entorno'

Entalpía estándar o normal !a variación de la entalp)a est*ndar de la reacción Adenotada como 0 ó 2B es la variación de entalp)a ,e ocrre en n sistema cando na nidad e,ivalente de materia se transforma mediante na reacción ,)mica ba4o condiciones normales na variación de la entalp)a est*ndar comn es la variación de la entalp)a est*ndar de formación- ,e .a sido determinada para na gran cantidad de sstancias' !a variación de entalp)a de cal,ier reacción ba4o cales,iera condiciones se pede comptar- obteniéndose la variación de entalp)a de formación de todos los reactivos + prodctos' 2tras reacciones con variaciones de entalp)a est*ndar son la combstión Avariación de la entalp)a est*ndar de

combstiónB + la netrali/ación Avariación de la entalp)a est*ndar de netrali/aciónB' ("TR236  Concepto de entrop)a  Caracter)sticas  Transferencia de entrop)a  Irreversibilidad + entrop)a  3rincipio de amento de entrop)a  Calclo de variaciones de entrop)a 

Concepto de entrop)a'

 Desigaldad de Clasis: !a desigaldad de Clasi es na relación entre las temperatras de n nmero arbitrario de fentes térmicas + las cantidades de calor entregadas o absorbidas por ellas- cando a na sstancia se le .ace recorrer n proceso c)clico arbitrario drante el cal intercambie calor con las fentes' (sta desigaldad viene dada por: dN H T OL 0 (n el caso de na cantidad in5nita de fentes'

 (ntrop)a: (n la desigaldad de Clasis no se .an impesto restricciones con respecto a la reversibilidad o no del proceso- pero si .acemos la restricción de ,e el proceso sea reversible podemos ver ,e no importa el camino ,e semos para recorrer el proceso- el cambio de calor dN va a .acer igal en n sentido o en otro por lo ,e llegaremos a ,e: dN H T L 0 Como estamos imponiendo ,e semos n camino cal,iera esta diferencial es na diferencial eEacta + diremos ,e representa a na fnción de estado S ,e pde representarse por dS' (sta cantidad S recibe el nombre de entrop)a del sistema + la ecación: dN H T L dS establece ,e la variación de entrop)a de n sistema entre dos estados de e,ilibrio cales,iera se obtiene llevando el sistema a lo largo de cal,ier camino reversible ,e na dic.os estados- dividiendo el calor ,e se entrega al sistema en cada pnto del camino por la temperatra del sistema + smando los coe5cientes as) obtenidos' (n la pr*ctica- generalmente los procesos no son del todo reversible por lo ,e la entrop)a amenta- no es

conservativa + ello es en gran parte el misterio de este concepto' 1

Caracter)sticas asociadas a la entrop)a'

1 !a entrop)a se de5ne solamente para estados de e,ilibrio' 1 Solamente peden calclarse variaciones de entrop)a' (n mc.os problemas pr*cticos como en el disePo de na ma,ina de vapor- consideramos nicamente diferencias de entrop)a' 3or conveniencia se considera nla la entrop)a de na sstancia en algn estado de referencia conveniente' 6s) se calclan las tablas de vapor- e donde se spone cero la entrop)a del aga cando se encentra en fase li,ida a 0QC + presión de % atm' 1 !a entrop)a de n sistema en estado se e,ilibrio es nicamente fnción del estado del sistema- + es independiente de s .istoria pasada' !a entrop)a pede calclarse como na fnción de las variables termodin*micas del sistema- tales como la presión + la temperatra o la presión + el volmen'

1 !a entrop)a en n sistema aislado amenta cando el sistema eEperimenta n cambio irreversible' 1 Considérese n sistema aislado ,e contenga & secciones separadas con gases a diferentes presiones'

6l ,itar la separación ocrre n cambio altamente irreversible en el sistema al e,ilibrarse las dos presiones' 3ero el medio no .a sfrido cambio drante este proceso- as) ,e s energ)a + s estado permanecen constantes- + como el cambio es irreversible la entrop)a del sistema .a amentado'

 Transferencia de entrop)a' !a entrop)a est* relacionada con la aleatoriedad del movimiento moleclar Aenerg)a térmicaB- por esto- la entrop)a de n sistema no decrece si no .a+ cierta interacción eEterna' 2crre ,e la nica manera ,e el .ombre conoce de redcir la energ)a térmica es transferirla en forma de calor a otro cerpoamentando as) la energ)a térmica del segndo cerpo + por ende s entrop)a' 3or otro lado trans5riendo energ)a térmica es posible redcir la entrop)a de n cerpo' Si esta transferencia de energ)a es reversible- la energ)a total permanece constante- + si es irreversible la entrop)a amenta' De lo anterior se concl+e ,e el calor es n =4o de entrop)a' (n el caso de la transferencia de energ)a mec*nica- i'e' f de traba4o- no .a+ n =4o directo de entrop)a'

Si la transferencia de energ)a mec*nica en n sistema se reali/a con irreversibilidad se prodcen amentos de entrop)a en el sistema- es decir se generan entrop)a' (sta generación de entrop)a trae consigo na pérdida de traba4o tili/able debido a la degradación de la energ)a mec*nica prodcida por las irreversibilidades presentes como lo es el roce'

Irreversibilidad + entrop)a' 6.ora nos podr)amos pregntar: ;De ,é depende la reversibilidad de n proceso< na respesta a esto es decir ,e la variación de entrop)a es el criterio ,e permite establecer el sentido en ,e se prodcir*n en n proceso determinado ,e cmpla con el primer principio de la termodin*mica' 6s)- el ingeniero mec*nico est* interesado en la reversibilidad + en las variaciones de entrop)a por,e desde s pnto de vista algo se .a perdido cando se .a prodcido n proceso irreversible- en na m*,ina de vapor o en na trbina' !o ,e se .a perdido- sin embargo- no es energ)a- sino na oportnidad' !a oportnidad de transformar energ)a térmica en energ)a mec*nica' 3esto ,e la energ)a interna de na sstancia ,e evolciona en na ma,ina térmica se recpera generalmente por absorción del calor- decimos ,e lo ,e se pierde es na oportnidad de convertir calor en traba4o mec*nico'

(s imposible eEtraer calor de na nica fente + .acer fncionar na ma,ina c)clicaJ en cambio podr)amos .acer fncionar na ma,ina entre dos fentes- na caliente + otra fr)a- eEtra+endo calor de na + entreg*ndosela a la otra- + disponiendo de na parte de ese calor para prodcir traba4o mec*nico' na ve/ ,e las fentes .an alcan/ado la misma temperatraesta oportnidad esta irremediablemente perdida' 3or lo tanto cal,ier proceso irreversible en na ma,ina térmica dismin+e s rendimiento- es decir- redce la cantidad de traba4o mec*nico ,e pede obtenerse con na cierta cantidad de calor absorbido por la sstancia ,e evolciona'

3rincipio del amento de entrop)a'  Todos los procesos reales son irreversibles' Se prodcen a na velocidad con diferencia s 5nitas de temperatra + de presión entre los diferentes partes de n sistema o entre n sistema + el medio ambiente' (n mec*nica se introdcen los conceptos de energ)a- cantidad de movimiento + otros por,e se conservan' !a entrop)a no se conserva- sin embargoeEcepto en los procesos reversibles + esta propiedad no familiar- o falta de propiedad de la fnción entrop)a- es na ra/ón del por,e eEiste cierto misterio sobre el concepto de entrop)a' Cando se me/cla n vaso de aga caliente con no de aga fr)a-

el calor entregado por el aga caliente es igal al recibido por el aga fr)a- sin embargo la entrop)a del aga caliente dismin+e + la del aga fr)a amentaJ pero el amento es 9a+or ,e la disminción por lo ,e la entrop)a total del sistema amenta' ;De dónde .a salido esta entrop)a adicional< !a Respesta es ,e .a sido creada drante el proceso de me/cla' 3or otra parte- na ve/ ,e fe creada- la entrop)a no pede ser destrida' (l niverso debe cargar con este amento de entrop)a' !a energ)a no pede ser creada ni destrida- nos dice el primer principio de la termodin*mica' !a entrop)a no pede ser destrida- pero pede ser creada- nos dice el segndo principio'

Calclo de variaciones de entrop)a' 3roceso isotérmico: Como la temperatra es constante se saca fera de la integral + ,edar)a:

S& 1 S% L, H T 3roceso no isotérmico: (n mc.os procesos- la absorción reversible de calor est* acompaPada por n cambio de temperatra- es este caso eEpresamos el

calor en fnción de la temperatra integramos + obtendremos: (n n proceso a volmen constante:

d, L cv dT (ntonces

S& 1S% L cv ln T&HT% (n n proceso a presión constante:

d, L cp dT (ntonces

S& 1S% L cp ln T&HT% 3roceso adiab*tico: (n n proceso adiab*tico como no eEiste transferencia de calor la variación de entrop)a es cero'

C2"S92 TR9IC2 "IT6RI2 ndice de calor neto AIC"B 3ara canti5car el aprovec.amiento del combstible para la generación eléctrica- se tili/a el )ndice conocido como IC"- conocido también como Consmo Térmico nitario o Consmo de

Combstible para Generación (léctrica- ,e se encentra eEpresado con la sigiente fórmla:

Dónde:

Ns L Calor sministrado- como combstible al sistema de cogeneración A$UB

N L Calor til proporcionado A=ido calienteB por el sistema de cogeneración A$UB

. L (5ciencia convencional de generación de energ)a térmica AVB

( L Generación eléctrica del sistema de cogeneración A$UB (l IC" eEpresa la cantidad de combstible adicional ,e es necesario introdcir al sistema de cogeneración con respecto al ,e se consmir)a para prodcir el calor til re,erido mediante sistemas convencionales Apor e4emplo na caldera de vaporB + la generación convencional de electricidad mediante

nidades termoeléctricas' (s de gran tilidad para comparar el comportamiento de distintos es,emas entre s)' Cabe aclarar el valor del AIC"B no solo depende del sistema de cogeneración- sino también de la aplicación espec)5ca a la ,e se destine +a ,e en ella se de5nir* canto calor se tendr* como til del potencial total ,e presente dic.o es,ema'

Conclsión (n conclsión a este traba4o las centrales termoeléctricas se rigen por métodos de traba4o comple4os- +a sean convencionales o no convencionales' (n canto al tema medio ambiental- se .an ido creando nevas formas de amortigar este impacto con el 5n de cidar m*s el planeta- n e4emplo claro de esto son las centrales no convencionales las cales brindan ma+or aprovec.amiento de los materiales tili/ados para la generación de electricidad + al