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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

INGENIERIA EN ENERGÍA CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

CENTRALES TÉRMICAS YTERMOELECTRICAS

PROFESOR: MAMANI CALLA PABLO

ALUMNO(S):  LOAYZA MENDOZA, RENZO  MUÑOZ DIAZ, MOISES LEONARDO  BRAYNER RAYNER ERICKSON  RAMIREZ LOVATO MIGUEL

2017 B FECHA DE ENTREGA: 14 de Noviembre del 2017

INDICE RESUMEN .............................................................................................................................. 3 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 4 INICIOS DE LAS CENTRALES TÉRMICAS ............................................................................................5 DEFINICIÓN DE UNA CENTRAL TÉRMICA..........................................................................................5 FUENTES DE LAS CENTRALES TÉRMICAS ..........................................................................................6 TIPOS DE CENTRALES TÉRMICAS: ....................................................................................................7 CENTRALES TÉRMICAS DE CARBÓN ......................................................................................................................7 CENTRALES TÉRMICAS DE PETRÓLEO (FUEL-OIL) .................................................................................................7 CENTRALES TÉRMICAS DE GAS NATURAL .............................................................................................................8

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL .....................................................8 CENTRALES TÉRMICAS NO CONVENCIONALES ............................................................................... 11 CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO ..................................................................................................11 CENTRALES TÉRMICAS GICC (GASIFICACIÓN INTEGRADA EN CICLO COMBINADO) ...........................................13

Centrales termoeléctricas de ciclo combinado ............................................................................... 15 Centrales termoeléctricas de ciclo convencional .......................................................................... 16 IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES TERMICAS .................................................................... 24 EMISIONES POTENCIALES DE LAS CENTRALES TÉRMICAS ..................................................................................25 CONTAMINACIÓN POR TIPO DE COMBUSTIBLE .................................................................................................27 IMPACTO EN EL AIRE ...........................................................................................................................................28 EFECTOS GLOBALES Y REGIONALES ....................................................................................................................29 AGUA DE ENFRIAMIENTO Y CALOR RESIDUAL ....................................................................................................29 IMPACTOS SOBRE LA COMUNIDAD ....................................................................................................................30 ELIMINACIÓN DE POLVO .....................................................................................................................................31 DESULFURACION .................................................................................................................................................31

IMPACTO ECONOMICO ................................................................................................................. 32 PROYECTOS DE CENTRALES TERMICAS EN PERU (costos de producción) ..........................................................38 CENTRAL TERMOELÉCTRICA PUERTO BRAVO INICIÓ OPERACIÓN EN EL PAÍS ...................................................39

CONCLUSIONES ................................................................................................................... 40 REFERENCIAS....................................................................................................................... 41 ANEXOS............................................................................................................................... 42

CENTRALES TÉRMICAS

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RESUMEN Se denominan centrales termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas centrales que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fueloil o gas en una caldera diseñada al efecto. El apelativo de "clásicas" o "convencionales" sirve para diferenciarlas de otros tipos de centrales termoeléctricas (nucleares y solares, por ejemplo), las cuales generan electricidad a partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes energéticas distintas de los combustibles fósiles empleados en la producción de energía eléctrica desde hace décadas y, sobre todo, con tecnologías diferentes y mucho más recientes que las de las centrales termoeléctricas clásicas.

Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen (fuel-oil, carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las centrales termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo. Las únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores de la misma, que varían según sea el tipo de combustible empleado. Una central termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza (parque de carbón, depósitos de fuel-oil) para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste. Si se trata de una central termoeléctrica de carbón (turba, hulla, antracita, lignito) es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la central mediante chorro de aire precalentado. Si es una central termoeléctrica de fuel-oil, éste es precalentado para que fluidifique, siendo inyectado posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de combustible. Si es una central termoeléctrica de gas los quemadores están asimismo concebidos especialmente para quemar dicho combustible. Las centrales termoeléctricas clásicas cuyo diseño les permite quemar indistintamente combustibles fósiles diferentes (carbón o gas, carbón o fuel-oil, etc.). Reciben el nombre de centrales termoeléctricas mixtas.

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INTRODUCCIÓN El desarrollo de un país exige cambios, cambios que traen consigo la necesidad del estudio de ciertas formas de energía, es bien sabido que el Perú se abastece en gran medida de las fuentes de energía no renovables. Una de estas fuentes es la energía térmica Las Plantas Termoeléctricas son la fuente de obtención de energía eléctrica más usado en la actualidad, y también es el más económico. Estas plantas tienen en su interior unas calderas muy poderosas cuyo diseño les permite quemar indistintamente combustibles fósiles como el carbón, petróleo y gas natural, y estos liberan gases y metales pesados que ocasionan el calentamiento global del planeta, ocasionando el efecto invernadero, lluvia acida, neblina, ozono, dióxido de carbono, y estas pueden ocasionar problemas en la salud, y en el medio ambiente, ya que son gases tóxicos.

Estas Plantas Termoeléctricas, utilizan también el agua para que estas puedan funcionar, contaminando así el agua y causando paulatinamente el abastecimiento de ella. Las Plantas Termoeléctricas ejecutan algunas de las transformaciones y se produce vapor de agua con características de presión y temperaturas específicas y controladas de tal manera que se aproveche su energía de manera eficiente y contribuya al proceso de generación eléctrica.

Tenemos que tener en cuenta que esto poco a poco acaba con el planeta y tenemos que evitar que esto pase, no podemos hacer que las Centrales Termoeléctricas dejen de producirse, pero si que la energía que producen no sea desperdiciada y utilizarla con responsabilidad para que podamos seguir gozando de ella, cuidando así mismo del medio ambiente y nuestro futuro en la tierra.

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INICIOS DE LAS CENTRALES TÉRMICAS La primera central termoeléctrica fue construida por el ingeniero Sigmund Schuckert en Baviera, y entró en funcionamiento en 1878. Las primeras centrales comerciales fueron la Central de Pearl Street en Nueva York y la Edison Electric Light Station, en Londres, que entraron en funcionamiento en 1882. Estas primeras centrales utilizaban motores de vapor de pistones. El desarrollo de la turbina de vapor permitió construir centrales más grandes y eficientes por lo que en 1905 la turbina de vapor ya había sido reemplazada completamente por los motores de vapor de pistones en las grandes centrales eléctricas.

DEFINICIÓN DE UNA CENTRAL TÉRMICA Una central térmica es una instalación empleada en la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica. CENTRALES TÉRMICAS

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CLASIFICACIÓN Las centrales térmicas pertenecen a la clasificación de las centrales eléctricas, esta clasificación, se elabora en función a la fuente de energía primaria que utilizan estas últimas, para así producir la energía mecánica necesaria para generar electricidad: Así tenemos:

FUENTES DE LAS CENTRALES TÉRMICAS Carbón: Recurso no renovable que sirve como combustible sólido, formado por carbono, fundamentalmente, y por otros elementos químicos ligeros como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno. También contiene componentes volátiles y no volátiles, tal que al quemar el carbón, queda en forma de residuos, siendo la antracita la más utilizada en las centrales.

Fueloil: Fuel oil (en inglés) Es una fracción del petróleo que se obtiene como residuo en la destilación fraccionada, siendo destilación fraccionada un proceso físico que consiste en separar líquidos miscibles en base a la diferencia en sus puntos de ebullición o condensación. De aquí se obtiene entre un 30 y un 50% de esta sustancia.

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Gas natural: El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases que se encuentra frecuentemente en yacimientos fósiles, no asociado (solo), disuelto o asociado con (acompañando al) petróleo o en depósitos de carbón

TIPOS DE CENTRALES TÉRMICAS:  CENTRALES TÉRMICAS CLÁSICAS O CONVENCIONALES En las centrales térmicas convencionales se produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, petróleo (fueloil) o gas natural, mediante un ciclo termodinámico de agua-vapor. CENTRALES TÉRMICAS DE CARBÓN Las centrales térmicas que usan como combustible carbón, pueden quemarlo en trozos o pulverizado. La pulverización consiste en la reducción del carbón a polvo finísimo (menos de 1/10 mm de diámetro) para inyectarlo en la cámara de combustión del generador de vapor por medio de un quemador especial que favorece la mezcla con el aire comburente. Con el uso del carbón pulverizado, la combustión es mejor y más fácilmente controlada. La pulverización tiene la ventaja adicional que permite el uso de combustible de desperdicio y difícilmente utilizado de otra forma. En estas se requiere instalar dispositivos para separar las cenizas producto de la combustión y que van hacia el exterior, hay incremento de efecto invernadero por su combustión, altos costos de inversión, bajo rendimiento y arranque lento CENTRALES TÉRMICAS DE PETRÓLEO (FUEL-OIL) En las centrales de fuel, el combustible se calienta hasta que alcanza la fluidez óptima para ser inyectado en los quemadores. Las de fuel-óil presentan como principal inconveniente las oscilaciones del precio del petróleo y derivados, y a menudo también se exigen tratamientos de desulfuración de los humos para evitar la contaminación y la lluvia ácida. El arranque es lento y de bajo rendimiento.

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CENTRALES TÉRMICAS DE GAS NATURAL En vez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calienta utilizando diversos combustibles (gas, petróleo o diesel). En este caso se utilizan quemadores distintos a los que se utilizan para combustionar fuel o carbón. El resultado de ésta combustión es que gases a altas temperaturas movilizan la turbina, y su energía cinética es transformada en electricidad por un generador. El uso de gas en las centrales térmicas, además de reducir el impacto ambiental, mejora la eficiencia energética. Menores costos de la energía empleada en el proceso de fabricación y menores emisiones de CO2 y otros contaminantes a la atmósfera. La eficiencia de éstas no supera el 35%. NOTA: El funcionamiento de las centrales térmicas convencionales es el mismo independientemente del combustible que se utilice.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL

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 Almacén de carbón: El carbón almacenado en el parque adyacente a la central es conducido mediante una cinta transportadora hasta la tolva.  Tolva: La tolva controla la alimentación del carbón al molino.  Molino: El molino pulveriza finamente el carbón para aumentar la superficie de combustión.  Quemador de caldera: El conjunto de quemadores son un accesorio principal en la caldera, cuya función es mezclar el aire con el combustible, para luego introducirlo a presión a la parte interna donde se encuentran los tubos de circulación de agua.  Vertedero: Los residuos sólidos de la combustión caen al cenicero para transportarlos posteriormente a un vertedero.  Precipitadores: Las partículas finas y los sumos se hacen pasar por los Precipitadores.  Equipos de desulfuración: Con el objeto de retener el elevado porcentaje de contaminantes circulan por los equipos de desulfuración.  Chimenea: Posteriormente los humos se descargan a la atmosfera, a través de la chimenea.  Calentadores: Son serpentines en donde se calienta el agua que va a ingresar a la caldera, utilizando como elemento calefactor a los mismos gases de combustión, al ser mayor la temperatura del agua que ingresa a la caldera menor será la cantidad de calor necesaria para producir su vaporación.  Tubería de agua de caldera: La caldera está formada por numerosos tubos donde circula en agua la cual es calentada (600°C) por la combustión del carbón para generar vapor a alta temperatura.  Turbina de vapor: El vapor de agua generado en la caldera acciona los alabes de las turbinas de vapor, haciendo girar el eje de estas.  Condensador: Después de accionar las turbinas, el vapor de agua se convierte en líquido en el condensador, y el agua es regresada a la caldera.  Torre de enfriamiento: EL agua que refrigera el condensador opera en circuito cerrado, es decir transfiriendo el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante torres de enfriamiento.  Generador eléctrico: El eje de las turbinas de vapor mueve el rotor del generador eléctrico, en el la energía mecánica rotatoria, es convertida en electricidad en media y alta tensión.  Transformador: Con el objetivo de disminuir las pérdidas de transporte a los puntos de consumo la tensión de la electricidad generada es enviada a un transformador antes de ser enviada a la red general mediante las líneas de transporte de alta tensión.

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Evolución de la producción de electricidad en centrales térmicas convencionales En los últimos 50 años, la producción térmica no ha cesado de crecer, siendo actualmente la que responde al incremento de la demanda, pues la producción nuclear está estabilizada, la hidroeléctrica es fuertemente dependiente de la disponibilidad de lluvias y las energías emergentes, principalmente la eólica, tienen todavía una producción pequeña. La mayor parte de la producción se realiza en centrales de carbón, pues a partir de la crisis del petróleo de 1973, se vio con claridad la necesidad de reducir la dependencia de esta fuente de energía. Actualmente la producción a partir de gas natural está aumentando con rapidez, y se prevé que sustituya una porción importante de la producción por carbón. El impacto ambiental de la producción térmica disminuye paulatinamente, por la implantación progresiva de procedimientos cada vez más limpios y con más rendimiento, basados en tecnologías de ciclo combinado, en la adecuación de los combustibles tradicionales (como la gasificación del carbón) y en el uso de gas natural.

La gráfica de potencia instalada refleja la rapidez con que se pusieron en operación grandes grupos térmicos entre 1960 y 1980. El crecimiento actual es debido en parte a la instalación de centrales de gas. Potencia instalada Las oscilaciones de la producción van en sentido opuesto a la producción hidroeléctrica -los años de mucha disponibilidad de agua la producción térmica disminuye- pero siempre con una clara tendencia ascendente. Producción

El factor de carga oscila entre el 50 y el 30%, con un tendencia paulatina al aumento. Factor de carga

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El porcentaje sobre la producción total disminuyó hacia 1985 por la puesta en operación de los grupos nucleares, pero actualmente está recuperando posiciones. Porcentaje sobre la producción total CENTRALES TÉRMICAS NO CONVENCIONALES

CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO Un ciclo combinado es, la combinación de un ciclo de gas y un ciclo de vapor. Sus componentes esenciales son la turbina de gas, la caldera de recuperación, la turbina de vapor y el condensador. El ciclo de gas lo compone la turbina de gas, y el ciclo de vapor está constituido por la caldera de recuperación, la turbina de vapor y el condensador. La tecnología de las centrales de ciclo combinado permite un mayor aprovechamiento del combustible y, por tanto, los rendimientos pueden aumentar entre el 38 por ciento normal de una central eléctrica convencional hasta cerca del 60 por ciento. Y la alta disponibilidad de estas centrales que pueden funcionar sin problemas durante 6500-7500 horas equivalentes al año.  FUNCIONAMIENTO COMBINADO

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DE

UNA

CENTRAL

TÉRMICA

DE

CICLO

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Es una central en la que la energía térmica del combustible es transformada en electricidad mediante dos ciclos termodinámicos: el correspondiente a una turbina de gas (ciclo Brayton) y el convencional de agua/turbina vapor (ciclo Rankine).  La turbina de gas consta de un compresor de aire, una cámara de combustión y la cámara de expansión. El compresor comprime el aire a alta presión para mezclarlo posteriormente en la cámara de combustión con el gas. En esta cámara se produce la combustión del combustible en unas condiciones de temperatura y presión que permiten mejorar el rendimiento del proceso, con el menor impacto ambiental posible.  A continuación, los gases de combustión se conducen hasta la turbina de gas para su expansión. La energía se transforma, a través de los álabes, en energía mecánica de rotación que se transmite a su eje.  Parte de esta potencia es consumida en arrastrar el compresor (aproximadamente los dos tercios) y el resto mueve el generador eléctrico que está acoplado a la turbina de gas para la producción de electricidad.  El rendimiento de la turbina aumenta con la temperatura de entrada de los gases, que alcanzan unos 1.300 ºC, y que salen de la última etapa de expansión en la turbina a unos 600 ºC. Por tanto, para aprovechar la energía que todavía tienen, se conducen a la caldera de recuperación para su utilización.  La caldera de recuperación tiene los mismos componentes que una caldera convencional (precalentador, economizador, etc.), y, en ella, los gases de escape de la turbina de gas transfieren su energía a un fluido, que en este caso es el agua, que circula por el interior de los tubos para su transformación en vapor de agua.  A partir de este momento se pasa a un ciclo convencional de vapor/agua. Por consiguiente, este vapor se expande en una turbina de vapor que acciona, a través de su eje, el rotor de un generador eléctrico que, a su vez, transforma la energía mecánica rotatoria en electricidad de media tensión y alta intensidad.  A fin de disminuir las pérdidas de transporte, al igual que ocurre con la electricidad producida en el generador de la turbina de gas, se eleva su tensión en los transformadores, para ser llevada a la red general mediante las líneas de transporte.  El vapor saliente de la turbina pasa al condensador para su licuación mediante agua fría que proviene de un río o del mar. El agua de refrigeración se devuelve posteriormente a su origen, río o mar (ciclo abierto), o se hace pasar a través de torres de refrigeración para su enfriamiento, en el caso de ser un sistema de ciclo cerrado.  Conviene señalar que el desarrollo actual de esta tecnología tiende a acoplar las turbinas de gas y de vapor al mismo eje, accionando así conjuntamente el mismo generador eléctrico.

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CENTRALES TÉRMICAS GICC (GASIFICACIÓN INTEGRADA EN CICLO COMBINADO) La gasificación del carbón es un proceso que transforma el carbón sólido en un gas sintético compuesto principalmente de CO e hidrógeno (H2). El carbón es gasificado controlando la mezcla de carbón, oxígeno y vapor dentro del gasificador. La potencia media de estas centrales viene a ser de 300 MW, muy inferior todavía a la de una térmica convencional. Las ventajas medioambientales que ofrecen estas centrales se fundamentan en los bajos valores de emisión de óxidos de azufre y otras partículas. En la actualidad las IGCC alcanzan eficiencias de 45%, una eliminación de 99% de azufre. Bajos costos de combustible, admite combustible de bajo grado de calidad, bajo grado de emisiones, alto rendimiento, tecnología sin completa prueba de eficiencia, altos costos de inversión, plantas complejas, arranque lento.  FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL TÉRMICA GICC

Las centrales de gasificación del carbón y ciclo combinado integrado utilizan combustibles (carbón, cok de petróleo, etc.) que son primeramente gasificados en la propia central. El gas obtenido se expande posteriormente en una turbina de gas y, a continuación, aprovecha el calor residual para, mediante una caldera de recuperación, alimentar una turbina de vapor. La energía eléctrica final que se produce es, por lo tanto, la suma de la generada en el grupo tradicional y de la producida en la unidad de gas.

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 En primer lugar, el carbón es transportado y almacenado en el parque de carbón. Desde el parque, una cinta transportadora conduce el carbón a la planta de preparación del combustible, donde éste es pulverizado y secado mediante el nitrógeno procedente de la unidad de separación de aire.  En esta unidad, el aire se limpia y enfría para obtener el oxígeno que se utiliza posteriormente en la gasificación del carbón. Asimismo, se extrae el nitrógeno que se emplea en aumentar el rendimiento del grupo de gas y en la planta de preparación del combustible.

 El gasificador recibe, por un lado, el combustible pulverizado procedente de la planta de preparación y por otro, se le inyecta el oxígeno producido junto con vapor de agua, obteniéndose un gas sintético a muy alta temperatura. Una vez enfriado el gas sintético, las cenizas producidas se llevan al cenicero, para su tratamiento posterior y transporte a vertedero.  El gas obtenido en el gasificador, antes de ser quemado, pasa por la unidad de desulfuración, en la que se le quita el azufre; una vez limpio, es enviado al grupo de gas.

 Este grupo se compone de un compresor, que toma aire exterior y lo adapta a las condiciones necesarias para que la combustión sea óptima; una cámara de combustión, donde es quemado el gas; y la propia turbina de gas, en la que los gases de combustión se expanden y mueven un generador eléctrico.  La electricidad generada es enviada a los transformadores para adaptar sus condiciones de tensión e intensidad a las de la línea de transporte del sistema.

 En la caldera de recuperación, se aprovecha el calor residual de los gases de combustión procedentes de la turbina de gas antes de liberarlos a la atmósfera y se transforma en vapor el agua procedente del depósito. Este vapor es enviado a una turbina de vapor para su expansión.  En la caldera del gasificador también se produce vapor de agua, aprovechando la alta temperatura a la que se genera el gas sintético, agua que es precalentada en la caldera de recuperación.

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 Al igual que en el caso de la turbina de gas, la turbina de vapor convencional mueve un generador que produce energía eléctrica; ésta es enviada a continuación al parque de transformación y de éste, a la línea de transporte del sistema.

 El vapor de agua procedente de la turbina de vapor es llevado al condensador para su transformación en líquido mediante el intercambio de calor con el agua del circuito auxiliar de refrigeración. El agua es enviada a la torre de refrigeración para que libere el calor recibido.  Todos los funcionamientos de los sistemas y equipos de la central están supervisados desde la sala de control, que está diseñada para resolver cualquier incidente operativo que pueda producirse en las instalaciones.

Centrales termoeléctricas de ciclo combinado

Esquema básico de funcionamiento de una central térmica de ciclo combinado. Artículo principal: Ciclo combinado

En la actualidad se están construyendo numerosas centrales termoeléctricas de las denominadas de ciclo combinado, que son un tipo de central que utiliza gas natural, gasóleo o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina de gas. Luego los gases de escape de la turbina de gas todavía tienen una elevada temperatura, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez de vapor. Cada una de estas turbinas está acoplada a su correspondiente alternador para generar energía eléctrica. Normalmente durante el proceso de partida de estas centrales solo funciona la turbina de gas; a este modo de operación se lo llama ciclo abierto. Si bien la mayoría de las centrales de este tipo pueden intercambiar el combustible (entre gas y diésel) incluso en funcionamiento. CENTRALES TÉRMICAS

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Como la diferencia de temperatura que se produce entre la combustión y los gases de escape es más alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 55 %. Este tipo de centrales generaron el 32 % de las necesidades españolas de energía eléctrica en 2008

Centrales termoeléctricas de ciclo convencional Se llaman centrales clásicas o de ciclo convencional a aquellas centrales térmicas que emplean la combustión del carbón, petróleo (aceite) o gas natural para generar la energía eléctrica. Son consideradas las centrales más económicas, por lo que su utilización está muy extendida en el mundo económicamente avanzado y en el mundo en vías de desarrollo, a pesar de que estén siendo criticadas debido a su elevado impacto medioambiental. A continuación, se muestra el diagrama de funcionamiento de una central térmica de carbón de ciclo convencional:

Diagrama de una central térmica de carbón de ciclo convencional

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1. Torre de refrigeración 2. Bomba hidráulica 3. Línea de transmisión (trifásica)

10. Válvula de control de 19. Supercalentador gases 11.Turbina de vapor de alta 20. Ventilador de tiro forzado presión 12. Desgasificador

4. Transformador (trifásico) 13. Calentador

21. Recalentador 22. Toma de aire de combustión

5. Generador eléctrico 14. Cinta transportadora de 23. Economizador (trifásico) carbón 6. Turbina de vapor de baja 15. Tolva de carbón 24. Precalentador de aire presión 25. Precipitador 7. Bomba de condensación 16. Pulverizador de carbón electrostático 8. Condensador de 26. Ventilador de tiro 17. Tambor de vapor superficie inducido 9. Turbina de media presión 18. Tolva de cenizas 27. Chimenea de emisiones Básicamente, el funcionamiento de este tipo de centrales es el mismo independientemente del combustible que se consuma. Así, este se quema en la caldera, liberando calor que se usa para calentar agua. El agua calentada se transformará en vapor con una presión muy elevada, que es la que hace girar una turbina de vapor, lo que transformará la energía interna del vapor en energía mecánica (rotación de un eje). La producción de electricidad se generará en el alternador, por la rotación del rotor (que comparte el mismo eje que la turbina de vapor) y mediante la inducción electromagnética. La electricidad generada pasa por un transformador, que aumentará su tensión para el transporte. El vapor que sale de la turbina de vapor se envía a un condensador (termodinámica) para transformarlo en líquido y retornarlo a la caldera para empezar de nuevo un nuevo ciclo de producción de vapor.

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CARACTERÍSTICAS – FUNCION

COMPONENTES DE UNA CENTRAL TERMICA

En él tienen lugar las siguientes conversiones de energía:  

TURBOGENERADOR

GENERADOR DE VAPOR



Energía calorífica del vapor a energía cinética en las toberas de la turbina. Energía cinética del vapor a energía mecánica en los álabes, la que se recoge en la flecha de la turbina. Energía mecánica o energía eléctrica, de la flecha al embobinado del generador. El término de generador de vapor o caldera se aplica normalmente a un dispositivo que genera vapor para producir energía, para procesos o dispositivos de calentamiento. Las calderas se diseñan para transmitir calor de una fuente externa de combustión a un fluido (agua) contenido dentro de ella La caldera está compuesta por equipos como ventiladores de aire y gases, precalentadores de aire, ductos, chimenea, economizador, domo, hogar, sobrecalentador, recalentador, quemadores, accesorios, instrumentos, etc.

CONDENSADOR

TORRE DE ENFRIAMIENTO

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La condensación el vapor de escape de la turbina y drenes se efectúa en el condensador, además de la extracción de algunos gases inconfensables. Las torres de enfriamiento son dispositivos de enfriamiento artificial de agua. Se clasifican como cambiadores de calor entre un volumen en circuito cerrado de agua y aire atmosférico.

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Básicamente las torres de enfriamiento son cambiadores de calor de mezcla, efectuando la transmisión de calor por cambio de sustancia y convección entre los medios. El agua cede calor al aire sobre todo por evaporación, lo hace también por convección, pero en forma secundaria. De acuerdo con el mecanismo que mueve el flujo, las bombas se clasifican en: 

centrífugas

 

rotatorias alternativas

BOMBAS

Después de la resistencia de los materiales, los problemas que involucran flujo de calor son los más importantes en la ingeniería. el calor se transfiere mediante aparatos llamados cambiadores de calor; los principales de éstos equipos, son los siguientes: 

CAMBIADOR DE CALOR        

calentadores de agua de alimentación calentadores de combustible generador de vapor / vapor evaporadores enfriadores de agua enfriadores de aceite enfriadores de hidrógeno condensador generador de vapor Los códigos o normas sobre diseño de recipientes o tanques tienen como objeto principal que la fabricación se haga con la seguridad requerida a una economía razonable. Todos los tanques estarán provistos con los

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aditamentos necesarios para cumplir con su funcionamiento y los reglamentos de seguridad; Usos de los tanques TANQUES

         

COMPRESORES DE AIRE

Almacenamiento de condensado Servicio diario de aceite combustible Almacenamiento de aceite combustible Almacenamiento de agua desmineralizada o evaporada Almacenamiento de agua cruda Servicio de aceite ligero Tanque para columna de agua de enfriamiento Tanque de mezcla de sustancias químicas Drenes limpios fríos Tanque de purgas (blow off tank) El aire comprimido se utiliza en las plantas termoeléctricas para instrumentos, control, servicio, sopladores de la caldera y subestación eléctrica. La alimentación de agua a la caldera constituye, desde el punto de vista químico, uno de los principales problemas de operación: influencia en la confiabilidad decisiva.

TRATAMIENTO Y MONITOREO DE AGUA

En las plantas termoeléctricas, la alimentación a la caldera es principalmente de condensado de la turbina (alrededor de 95 a 99%); las pérdidas por purgas, fugas de vapor y condensado, atomización de combustible, etc., deben compensarse con agua de repuesto cuyo volumen varía de 1 a 5%. El agua de repuesto proviene de fuentes naturales de superficie o pozos profundos; en ninguno de los

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dos casos se encuentra en estado puro. La aplicación de tuberías en plantas termoeléctricas y nucleares, refinerías y plantas químicas, etc., se basa normalmente en idénticas ( o muy similares) consideraciones de diseño. En su construcción se usan materiales de las mismas propiedades físicas y mecánicas, composición química y estructura metalúrgica; los procesos de fabricación como doblado, formado, soldado y tratamiento térmico involucran procedimientos idénticos que no dependen de la aplicación, sino de la calidad final deseada.

TUBERÍAS Y AISLAMIENTO

CUADRO COMPARATIVO ENTRE CENTRALES TERMICAS, NUCLEARES E HIDROELECTRICAS

PARÁMETROS COMBUSTIBLE

EQUIPOS

    

CENTRAL TERMICA Combustibles fósiles: gas, carbón, fuel- oíl.

CENTRAL NUCLEAR Energía nuclear: fisión, fusión

Calderas Reactor nuclear Turbinas de vapor y gas Carbón- gas- fuel oil Turbinas de vapor Condensador  Generador Uranio – plutonio  

CENTRAL HIDROELECTRICA Energías renovables: Hidráulica

Turbinas Agua Generador

Generador

TIEMPO DE INSTALACIÓN

6 meses a 1 año

5 a 10 años

1 a 4 años

FUENTE DE ENERGIA

No renovable

No renovable

Renovable

150 millones de dólares.

Esta alrededor de 1000 US$/kW, 3.5 USc/kWh

240 millones de dólares

COSTOS

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SUMINISTRO DE ENERGIA EN COLOMBIA

25%

CONVENIENCIA ECONOMICA EN COLOMBIA Menor consumo de divisas, menor tendencia tecnológica, mayor factor de empleo.

PRODUCCIÓN DE El vapor se genera por ENERGIA la combustión del ELECTRICA carbón o de derivados del petróleo.

Corto tiempo de construcción No dependen del clima

VENTAJAS

0% Mayor consumo de divisas, mayores costos en tecnología, menor factor de empleo remplazando la mano de obra por máquinas.

75% Menor consumo de divisas, menor tendencia tecnológica, mayor factor de empleo.

El calor se produce Utilizan la fuerza y por la fisión nuclear velocidad del agua en un reactor. corriente para hacer girar las turbinas. Uno de los materiales utilizados para su desintegración es el uranio, del cual quedan aún grandes reservas.

No contamina: el aire, ni agua, ya que no se requiere combustible alguno.

Costos de inversión menores que en las hidroeléctricas lo que Costos de favorece su construcción La tecnología mantenimiento empleada está muy bajos. y entrada en desarrollada y tiene funcionamiento. una gran Facilidad de transporte productividad, ya del combustible orgánico que con cantidades mínimas de desde el lugar de su sustancia se extracción hasta la obtiene una gran central térmica. cantidad de Progreso técnico lo que energía. permitió diseñar grandes Generan energía unidades generadoras (grandes módulos) con eléctrica limpia ya que no se produce mejores rendimientos emanación al medio que las unidades pequeñas o medianas. ambiente de gases de combustión causantes de la lluvia ácida.

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Como resultado del procesamiento del carbón, fue- oil y gas, éstas centrales son importantes fuentes emisoras de agentes contaminantes, calor, ruido y vibraciones.

DESVENTAJAS

Uno de los mayores problemas es la posibilidad de una fuga radioactiva en caso de accidente, lo que provocaría cuantiosos daños humanos y materiales.

La peor desventaja es el terrible impacto ambiental que produce, ya que emite gases que provocan tanto el efecto invernadero como la lluvia ácida.

Otro problema son los residuos radioactivos que genera, de difícil y costoso almacenamiento y que resultan muy peligrosos a corto y largo plazo.

Inundaciones grandes de tierras fértiles. Deforestación. Migración forzada de poblaciones aledañas. Mayor tiempo de construcción en comparación con las Centrales Térmicas.

En el caso del petróleo es preocupante su vertido al mar cuando se transporta, ya que crea También es muy las famosas mareas alto el coste de las negras. instalaciones y su mantenimiento. 

Gas natural 9,7 KW-h/ m3

CAPACIDAD DE Carbón 2,4 KW- h/ Kg GENERACION

 

Fuel- oil 2,9 KW- h/ Kg 

Hidráulica 2,57 KWh/m3

Uranio 115 KW- h/ Kg

Gas natural 40%

EFICIENCIA DE Carbón 40% LA CONVERSION  Fuel- oil 40%

 

Hidráulica 80%

Uranio 30%

Gas natural 0,416 m3 /KW –h

Kg O m3 DE COMBUSTIBLE Uranio 8,69 x 10-3 Hidráulica 0,389 m3 QUE SE Carbón de 0,336 a 0,850 Kg / KW - h / KW- h NECESITAN Kg / KW- h PARA GENERAR 1 KW Diesel / fuel de 0,362 a 0,309 Kg / KW- h CENTRALES TÉRMICAS

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IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES TERMICAS

La emisión de residuos a la atmósfera y los propios procesos de combustión que se producen en las centrales térmicas tienen una incidencia importante sobre el medio ambiente. Para tratar de paliar, en la medida de lo posible, los daños que estas plantas provocan en el entorno natural, se incorporan a las instalaciones diversos elementos y sistemas. Algunos tipos de centrales termoeléctricas contribuyen al efecto invernadero emitiendo dióxido de carbono. No es el caso de las centrales de energía solar térmica que al no quemar ningún combustible, no lo hacen. También hay que considerar que la masa de este gas emitida por unidad de energía producida no es la misma en todos los casos: el carbón se compone de carbono e impurezas. Casi todo el carbono que se quema se convierte en dióxido de carbono, también puede convertirse en monóxido de carbono si la combustión es pobre en oxígeno. En el caso del gas natural, por cada átomo de carbono hay cuatro de hidrógeno que también producen energía al combinarse con oxígeno para convertirse en agua, por lo que contaminan menos por cada unidad de energía que producen y la emisión de gases perjudiciales procedentes de la combustión de impurezas como los óxidos de azufre es mucho menor. El problema de la contaminación es máximo en el caso de las centrales termoeléctricas convencionales que utilizan como combustible carbón. Además, la combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y óxidos de azufre que contaminan en gran medida la atmósfera. En las de fueloil los niveles de emisión de estos contaminantes son menores, aunque ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre y hollines ácidos, prácticamente nulos en las plantas de gas. En todo caso, en mayor o menor medida todas ellas emiten a la atmósfera dióxido de carbono, CO2. Según el combustible, y suponiendo un rendimiento del 40 % sobre la energía primaria consumida, una central térmica emite aproximadamente:

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Las centrales de gas natural pueden funcionar con el llamado ciclo combinado, que permite rendimientos mayores (de hasta un poco más del 50 %), lo que todavía haría las centrales que funcionan con este combustible menos contaminantes. En líneas generales el impacto ambiental que proviene de una central térmica depende de las características de ésta y de su emplazamiento. En las centrales térmicas aquí consideradas tal impacto puede aparecer en diferentes lugares. A continuación se reseñan los componentes principales que puede tener una central térmica:  Instalaciones para la preparación y almacenamiento del material de carga  Instalaciones para el quemado de combustibles y generación de vapor  Instalaciones para la producción de energía eléctrica y de calor útil  Instalaciones para el tratamiento de gases de escape y de materias residuales sólidas y líquidas  Instalaciones de enfriamiento. La tabla siguiente presenta los tipos de emisión que pueden producirse en las distintas fases de proceso: EMISIONES POTENCIALES DE LAS CENTRALES TÉRMICAS Fases de proceso

Como se deduce de la tabla, las centrales térmicas pueden influir sobre los medios aires, agua y suelo, así como sobre el ser humano, los animales, las plantas y el paisaje. CENTRALES TÉRMICAS

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Los efectos ambientales de una central térmica provienen del proceso de combustión, así como de las emisiones de polvo y gases contaminantes. En general los efectos ambientales, por ejemplo, emisiones contaminantes, ocupación de espacio por la central y volumen de residuos, aumentan en el orden siguiente: gas, fuel oíl ligero, fuel oíl pesado y combustión de carbón. Antes de explicar el impacto ambiental de los respectivos combustibles y las posibles medidas de protección, se harán algunas observaciones básicas. La parte principal de este capítulo informa sobre los efectos ambientales y las medidas de protección; los anexos, por su parte, proveen información detallada relacionada especialmente con medidas técnicas. Dentro los efectos ambientales causados por el funcionamiento de una central térmica se distingue en algunos países entre emisión, es decir, expulsión al medio ambiente de contaminantes desde diversas partes de la instalación, sobre todo la chimenea e inmisión, o incidencia de los contaminantes en el medio ambiente, que generalmente se mide a nivel del suelo. Las designaciones inglesas ground level concentration y ambient air quality concentration son en este caso más expresivas que la palabra inmisión. Emisión e inmisión se condicionan mutuamente a través de distintos factores, como lo son las características técnicas de la instalación (altura de la emisión, velocidad de salida del gas de escape, temperatura), las condiciones meteorológicas (situación del tiempo, velocidad del viento) y la distancia (entre el emisor y el punto de medición de la inmisión). Al construir centrales térmicas nuevas, aún pueden variarse los parámetros de la primera y última categoría (por ejemplo, altura de chimenea y distancia a la zona habitada). En las instalaciones antiguas, en cambio, sólo se pueden variar los de la primera categoría citada. Según la ley de conservación de la masa, casi todos los contaminantes emitidos (a excepción del CO2) acaban por caer otra vez a la superficie de la tierra, aunque su área de dispersión aumenta en función de la altura de la chimenea, la velocidad de salida del gas y la intensidad del viento. Sobre todo el aumento de la altura de la chimenea es una medida técnica relativamente sencilla para reducir la inmisión en una zona considerada. Sin embargo, como la emisión se distribuye entonces sobre una superficie mayor, hay que comprobar hasta qué punto esta medida aumenta de forma inadmisible los efectos ambientales fuera de la zona considerada. Las medidas destinadas a reducir los efectos ambientales térmica pueden agruparse en las siguientes categorías:

de

una

central

 Cambio de las condiciones básicas  Medidas de protección no técnicas  Medidas de protección técnicas La escala de prioridades en la aplicación de medidas de protección se define en función del principio de evitar o reducir las emisiones antes de recurrir a tratamientos secundarios; es decir, deben tomarse todas las medidas primarias factibles para evitar

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o minimizar la expulsión de contaminantes antes de recurrir a tratamientos complementarios. Es importante en este contexto lograr un alto grado de eficiencia en las centrales a fin de reducir las emisiones, por ejemplo, mediante la construcción de centrales combinadas o mediante el suministro simultáneo de electricidad y calor. El aumento de la eficiencia es también la medida más importante para reducir las emisiones de CO2, lo cual es importante para disminuir el efecto invernadero. Dentro del impacto ambiental hay que distinguir entre efectos directos, producidos por las emisiones contaminantes en sí, y efectos indirectos, como los que se producen al transferir la contaminación atmosférica primaria a las aguas (evacuación de aguas residuales no tratadas procedentes del lavado de gases), al explotar piedra caliza para la desulfuración y al transportar la piedra caliza desde el lugar de explotación hasta la central térmica (gases de escape de los camiones). Además pueden surgir otros problemas asociados, como la necesidad de eliminar el yeso producido al desulfurar el gas de combustión. CONTAMINACIÓN POR TIPO DE COMBUSTIBLE

c.n. = en condiciones normales Las gamas de valores indicadas en la tabla se obtienen, en el caso de los óxidos de azufre, de las distintas concentraciones de azufre en los combustibles utilizados, que en muchos países suelen ser combustibles nacionales como el lignito, de bajo poder calorífico y alto contenido en azufre. La combinación de un gran potencial contaminante y de un bajo poder calorífico da lugar a concentraciones relativamente altas de SOx en el gas sin tratar. Sólo una pequeña parte de las concentraciones de NOx proviene del nitrógeno contenido en el combustible (NOx de combustible); la mayor parte proviene de la oxidación del nitrógeno atmosférico a temperaturas de combustión superiores a 1.200°C (NOx térmico). Es decir, la combustión a temperaturas altas produce emisiones de NOx relativamente importantes. La adopción de medidas primarias destinadas a CENTRALES TÉRMICAS

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optimizar la combustión que pueden ser integradas en una instalación nueva a un costo relativamente bajo, permiten conseguir los valores inferiores de la gama citados en la tabla. Sin embargo, hay que evitar que las medidas primarias destinadas a reducir el NOx aumenten en forma desproporcionada otras emisiones, tales como el monóxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar. La limitación del CO se realiza generalmente con el fin de lograr que la combustión sea completa, reduciendo así las emisiones de este gas y la expulsión de hidrocarburos sin quemar. A diferencia del polvo, SO2, NOx y los compuestos halogenados, el CO y los hidrocarburos sin quemar son casi imposibles de retener en las instalaciones depuradoras. Los hidrocarburos sin quemar, especialmente, están formados por un gran número de sustancias químicas, algunas de ellas altamente tóxicas, como el benzopireno. En la combustión de carbón y de fuel oíl pesado se emiten también pequeñas cantidades de cloruro y fluoruro de hidrógeno (HCl y HF), en concentraciones de 50300 mg/m³ (en condiciones normales). Estas concentraciones son generalmente muy inferiores a las de SO2 y son reducidas conjuntamente con éstas incluso en mayor grado que el S2 en el proceso de desulfuración. Para la reducción de las emisiones atmosféricas de centrales térmicas se dispone de un gran número de medidas primarias y secundarias continuación se describen brevemente las diversas medidas empleadas para reducir las emisiones.

IMPACTO EN EL AIRE En el caso de una central térmica el aire recibe la mayor parte de la contaminación directa, en forma de emisiones de polvo y gases contaminantes. Posteriormente, el polvo emitido y la mayor parte de los gases contaminantes y productos de transformación atmosféricos (por ejemplo, NO2 y nitratos procedentes de las emisiones de NO) vuelven a la tierra a través de precipitaciones y deposición seca; ello constituye una carga contaminante para el agua y el suelo que puede perjudicar a la vegetación y a la fauna. Dependiendo del combustible utilizado en la central (clase, composición, poder calorífico) y de la técnica de combustión (por ejemplo en seco o en fusión), los gases de escape pueden llevar diferentes cantidades de contaminantes (polvo, metales pesados, SOx, NOx, CO, CO2, HCl, HF, compuestos orgánicos). En la siguiente tabla se resumen los posibles niveles de emisión con distintos combustibles, sin medidas de depuración del humo. Concentraciones de contaminantes masivos en el humo sin tratar

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EFECTOS GLOBALES Y REGIONALES

Las emisiones de las centrales termoeléctricas pueden provocar lluvia ácida, especialmente si el combustible es carbón con un alto contenido de azufre. La precipitación ácida acelera el deterioro de los edificios y monumentos; altera, radicalmente, los ecosistemas acuáticos de ciertos lagos y daña la vegetación de los ecosistemas forestales. Además, el uso de los combustibles fósiles en las plantas termoeléctricas genera C02 y NOx, y el calentamiento mundial ha sido atribuido al aumento de la concentración de C02 y NOx en la atmósfera. Sin embargo, es imposible, actualmente, predecir la contribución exacta de las emisiones específicas de un proyecto termoeléctrico en particular, a estos problemas regionales y globales.

AGUA DE ENFRIAMIENTO Y CALOR RESIDUAL

Muchas plantas de generación que emplean vapor tienen sistemas de enfriamiento sin reciclado. Si el alto volumen de agua que requieren las grandes plantas de este tipo, se toma de las extensiones de agua naturales, como ríos y bahías, existe el riesgo de mortandad para los organismos acuáticos, porque se arrastran y se chocan con el

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sistema de enfriamiento. Esto puede reducir grandemente la población de peces y moluscos, de los cuales algunos pueden tener importancia comercial. Las descargas de agua caliente pueden elevar la temperatura del agua ambiental, alterando radicalmente, las comunidades de plantas y animales acuáticos, favoreciendo a los organismos que se adapten a temperaturas más altas. Entonces, las nuevas comunidades son vulnerables al efecto opuesto, a saber, una reducción brusca de la temperatura ambiental, después de la paralización de la planta, debido a las fallas o el mantenimiento programado. Al utilizar torres de enfriamiento por evaporación, se reduce la cantidad de agua que debería ser empleada para enfriamiento, y se requiere, sólo una cantidad suficiente para compensar la evaporación. Las torres eliminan la descarga térmica, pero producen agua de purgación, que deberá ser eliminada. En los climas más fríos hay otra alternativa: se puede reducir la temperatura mediante el uso beneficioso del calor residual en la forma de agua caliente o vapor, p.ej., para calentar los edificios o piscinas de acuacultura. Cualquiera de los métodos de enfriamiento implica algún consumo de agua. En las áreas donde es escasa, esto reduce el volumen de agua que está disponible para consumo humano, riego, navegación y otros usos.

IMPACTOS SOBRE LA COMUNIDAD

Uno de los impactos más importantes de las plantas termoeléctricas se relaciona con la afluencia de trabajadores durante el período de construcción. Pueden ser necesarios varios miles de trabajadores durante algunos años para la construcción de una planta grande (700 MW), y cientos de trabajadores para su operación. Sin embargo, luego de construidas operan con no más de 40 trabajadores. En su fase de construcción existe potencial para mucha tensión si la comunidad receptora es pequeña. Se puede producir una condición de "crecimiento rápido" o desarrollo inducido. Esto puede tener efectos negativos importantes en la infraestructura existente de la comunidad: las escuelas, política, prevención de incendios, servicios médicos, etc. Asimismo, la afluencia de trabajadores de otros lugares o regiones cambiará los modelos demográficos locales y alterara los valores socioculturales locales, así como las costumbres de vida de los residentes. Otro impacto potencial es el desplazamiento de la población local debido a las necesidades de terreno para la planta y las instalaciones relacionadas con la misma. Puede haber serias alteraciones en el tráfico local a raíz de la construcción y operación de la planta termoeléctrica. Finalmente, las grandes plantas eléctricas producen impactos visuales y mucho ruido.

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ELIMINACIÓN DE POLVO En las centrales eléctricas la eliminación de polvo puede realizarse mediante ciclones sencillos, ciclones múltiples, precipitaderos electrostáticos y filtros textiles. La técnica a utilizar depende del grado de separación requerido, pudiéndose alcanzar valores del 60% - 70% en los ciclones y de más del 99% en los precipitaderos electrostáticos y filtros textiles. El costo de estas tecnologías aumenta desproporcionadamente a mayor grado de despolvoración. En los precipitaderos electrostáticos el grado de separación mejora con el número de campos conectados sucesivamente. Con estos filtros y con los filtros textiles se obtienen emisiones residuales menores de 50 y 30 mg/m³ (en condiciones normales), respectivamente. Un inconveniente de los ciclones es que separan principalmente las fracciones de polvo grueso, dejando fracciones respirables de polvo fino, toxicológicamente críticas. Los filtros textiles son muy útiles para la separación de polvos finos con contenido en metales pesados. Los gastos de inversión para la eliminación de polvo en los gases de combustión dependen de diversos factores, tales como el tipo de combustible y el grado de purificación necesaria, así como de la técnica utilizada. En el caso de combustibles con alto contenido en cenizas, la eliminación del polvo de los gases de combustión suele presentar problemas. Como problema posterior surge la gestión de las masas de polvo volátil separadas, que han de aprovecharse, por ejemplo, en la industria de materiales de construcción, o ser llevadas a disposición final. Dependiendo de la naturaleza del polvo volátil, pueden requerirse materiales suplementarios para compactar el producto depositado, a fin de evitar una posible contaminación de las aguas subterráneas con productos de lixiviación.

DESULFURACION Para la reducción de las emisiones de SOx procedentes de las centrales térmicas pueden adoptarse medidas primarias (uso de combustibles pobres en azufre, desulfuración directa en la cámara de combustión, inyección de aditivos secos), o medidas secundarias, como eliminación del SOx del gas de combustión. Estas emisiones se pueden reducir a través de equipos de control. A continuación se describen para cada contaminante los equipos de control utilizados con mayor frecuencia: Para las partículas lo más utilizados son los filtros, entre los cuales podemos mencionar: Ciclones/Multiciclones, Filtros de Mangas y Precipitador Electrostático no siendo estos, los únicos que se pueden utilizar para abordar la reducción de PM10.

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En el caso del NOx se dispone de tratamientos durante la combustión o durante la post-combustión: Durante la combustión: Quemadores de bajo NOx, Combustión Escalonada y Fuel reburning. Post combustión: reducción catalítica selectiva. Para el caso del SOx, se utilizan equipos conocidos comúnmente como desulfuradores, que es un proceso de post combustión de remoción de azufre desde la corriente de salida de la chimenea. IMPACTO ECONOMICO

Actualmente las centrales termoeléctricas representan el 62% de la potencia instalada en el país, el 63% de los proyectos en construcción y el 55% de los proyectos en evaluación. Es un hecho que el mercado adoptó esta tecnología, que marcó y sigue marcando la pauta de crecimiento del país. ¿Qué motiva esta notoria preferencia? Como en cualquier libre mercado, la respuesta se reduce a su atractivo económico: bajo costo de construcción, alto factor de planta, confiabilidad en el suministro y mayor flexibilidad a la hora de escoger su localización. La termoelectricidad se viene desarrollando exitosamente desde hace muchos años y la tecnología ya se encuentra madura, con costos y plazos de construcción conocidos. Además, su implementación posee un alto grado de independencia respecto al lugar donde se desarrolle, lo que permite una estandarización de las instalaciones. Estas características hacen que, por unidad de potencia, su precio de instalación sea el más bajo de toda la industria. La termoelectricidad presenta además una gran ventaja en cuanto a la seguridad del suministro, atributo que es remunerado a través del concepto de Potencia Firme (o “potencia segura”). Salvo por la biomasa, la geotermia y, hasta cierto punto, la generación hidroeléctrica de embalse, otras opciones están sujetas a variabilidades naturales que impiden asegurar la disponibilidad de energía en un momento dado. La generación eólica ha sido la Energía Renovable no Convencional (ERNC) que más se ha desarrollado, pero presenta una gran variabilidad en su generación. La incertidumbre que ésta introduce debe ser compensada con respaldos menos inciertos, aumentando los costos para el sistema. La generación térmica se limitaba a servir como respaldo. En 1940, el país contaba con 5 millones de habitantes y un consumo anual no superior a los 200 kWh/cápita. La demanda nacional se satisfacía con menos de 300 MW, cifra inferior a la potencia de muchas centrales modernas. Pero el contexto ha cambiado. En 2010, la población está rozando los 17 millones de habitantes, el consumo anual supera los 3.400 kWh/cápita y la capacidad instalada ronda los 16.600 MW. Para satisfacer el aumento de consumo en la zona centro-sur del país, por décadas se desarrollaron centrales hidroeléctricas las cuales fueron copando las CENTRALES TÉRMICAS

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cuencas más atractivas -en términos económicos- elevando progresivamente el costo de los próximos proyectos. Con el tiempo, este hecho permitió la entrada de tecnologías que en un principio no eran competitivas. Durante los ‘60 y ‘70, comenzó un fuerte desarrollo en base a carbón y diesel, pero es con la llegada del gas argentino a fines de los ‘90 que la termoelectricidad dio el gran salto y pasó a predominar. En los últimos 20 años por cada nuevo MW hídrico se han construido 3 MW térmicos

CENTRAL TERMICA

PARÁMETROS COMBUSTIBLE

EQUIPOS

Combustibles fósiles: gas, carbón, fuel-oil.     

Calderas Turbinas de vapor y gas Carbón- gas- fuel oil Condensador Generador

6 meses a 1 año TIEMPO DE INSTALACIÓN No renovable FUENTE DE ENERGIA COSTOS PRODUCCIÓN DE ENERGIA

150 millones de dólares. El vapor se genera por la combustión del carbón o de derivados del petróleo.

ELECTRICA

VENTAJAS

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Corto tiempo de construcción No dependen del clima Costos de inversión menores que en la hidroeléctricas lo que favorece su construcción y entrada en funcionamiento. Facilidad de transporte del combustible orgánico desde el lugar de su extracción hasta la central térmica. Progreso técnico lo que permitió diseñar grandes unidades generadoras (grandes módulos) con mejores rendimientos que las unidades pequeñas o medianas. Página 33

DESVENTAJAS

Como resultado del procesamiento del carbón, fue- oil y gas, éstas centrales son importantes fuentes emisoras de agentes contaminantes, calor, ruido y vibraciones. La peor desventaja es el terrible impacto ambiental que produce, ya que emite gases que provocan tanto el efecto invernadero como la lluvia ácida. En el caso del petróleo es preocupante su vertido al mar cuando se transporta, ya que crea las famosas mareas negras.  Gas natural 9,7 KW-h/ m3  Carbón 2,4 KW- h/ Kg

CAPACIDAD DE GENERACION  Fuel- oil 2,9 KW- h/ Kg  Gas natural 0,416 m3 /KW –h Kg O m3 DE COMBUSTIBLE QUE SE NECESITAN PARA GENERAR 1 KW

 Carbón de 0,336 a 0,850 Kg / KWh  Diesel / fuel de 0,362 a 0,309 Kg / KW- h

IMPACTO AMBIENTAL

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Los efectos ambientales de una central térmica provienen del proceso de combustión, así como de las emisiones de polvo y gases contaminantes. En general los efectos ambientales -por ejemplo, emisiones contaminantes, ocupación de espacio por la central y volumen de residuos - aumentan en el orden siguiente: gas, fuel oil ligero, fuel oil pesado y combustión de carbón.

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¿Por qué subirían en 17,35% las tarifas eléctricas al 2020? Varios proyectos energéticos son financiados hasta con un tercio de la facturación de tarifas de electricidad

Nuestro país es rico en recursos energéticos, pero la electricidad que pagamos los peruanos (usuarios residenciales) va camino a posicionarse, irónicamente, como una de las más caras de la región, al extremo de que ya iguala a la de Chile (según Cepal y Ceres), país que muchos consideran poco competitivo en energía. Efectivamente, las tarifas de luz se han encarecido en el último año, a pesar de la sobreoferta de generación (que debería contribuir a abaratarlas). Por el contrario, la evidencia apunta a que esta situación empeorará en los años venideros. Así lo aseveran las generadoras de energía a las que Día_1 consultó para indagar sobre el tema. Según estas, los recibos de luz de los usuarios residenciales se incrementarían en 17,38% de aquí al 2020. ¿La razón? Los ‘sobrecostos’ que se cargan continuamente a los recibos de luz (por concepto de peaje de conexión) para asegurar el desarrollo de un sinnúmero de proyectos y programas energéticos, según refiere Carlos Herrera Descalzi, ex ministro de Energía y Minas.

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En efecto, poquísimas personas advierten que sus recibos de luz contribuyen a financiar en un 20% cerca de 80 obras de infraestructura energética que nada tienen que ver con el concepto de peaje de conexión (o transmisión). Es el caso de las centrales de energía renovable que el Estado licita periódicamente, de programas como el Fondo de Inclusión Social Energético (Fise) y el Fondo de Compensación Social Eléctrica (Fose) y, desde el 2015, del gasoducto sur peruano (GSP), el cargo más oneroso de todos.

“Solo el GSP incrementará de 20% a 34% la participación de todos esos cargos en la tarifa residencial al año 2020” Esto significa que por cada S/100 que paguemos en nuestros recibos de luz, S/34 servirán para financiar el gasoducto y otros ítems que hoy existen y los que se irán añadiendo. ¿Cuáles son esos? NUEVOS CARGOS El cargo asociado al GSP es conocido como garantía por red principal (GRP) y su pago anual se calcula trayendo a valor presente los US$7.320 millones que costará la construcción y operación de dicha obra de infraestructura. Según cálculos de Osinergmin, este pago anual asciende a US$912 millones. La cláusula 14.6 del contrato de concesión del GSP obliga a recaudar el 90% de la primera armada (US$821 millones) con cargo a los recibos de luz en el período 20152018. CENTRALES TÉRMICAS

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El supuesto implícito es que la GRP se irá extinguiendo en años subsiguientes, en la medida en que el ducto se empiece a llenar (desde 2019). Lo que pocos saben, sin embargo, es que la puesta en marcha de esta obra traerá aparejado un cargo extra. “El quid del asunto es el siguiente: la ley establece que el gas para las centrales térmicas del nodo energético del sur (supuesta ancla del gasoducto) debe tener el mismo precio que el despachado a las centrales térmicas de Chilca, pero la verdad es que llegará al sur con un precio mayor. Ese diferencial, de al menos US$2, será absorbido con otro cargo en la tarifa residencial para que las centrales del nodo no pierdan competitividad frente a sus pares de Lima”, advierte un ejecutivo de una empresa de generación. Este nuevo ‘sobrecosto’ se denomina cargo por desconcentración y será incluido en los recibos de luz desde el 2020. “Calculamos que este sobrecosto añadirá unos US$441 millones anuales a la tarifa residencial”, añade el ejecutivo. Pero eso no es todo. Este año empezó a regir también el cargo por capacidad de generación, que subsidia con US$38 millones anuales a las dos centrales del nodo: la de Mollendo (actualmente en reparación) y la de Ilo (en construcción). SOLUCIONES Carlos Herrera Descalzi y Manuel Romero Caro aconsejan que el GRP no sea pagado por los usuarios eléctricos sino por el Tesoro Público. También han propuesto renegociar el contrato del gasoducto, aprovechando la reciente salida de Odebrecht y el ingreso de Sempra y Techint al consorcio operador. Otros consideran que es un mal precedente renegociar contratos. En lo que todos sí están de acuerdo es en dos puntos: uno, que el Estado no debe agregar más cargos al peaje de transmisión y, dos, que urge explicitar (transparentar) en los recibos de luz aquellos cargos relacionados con el GSP en vez de “dejarlos escondidos en la tarifa”.

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PROYECTOS DE CENTRALES TERMICAS EN PERU (costos de producción)

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CENTRAL TERMOELÉCTRICA PUERTO BRAVO INICIÓ OPERACIÓN EN EL PAÍS La obra implicó una inversión de US$380 mlls. y aportará 616 MW, con potencial de llegar hasta los 720 MW

La central termoeléctrica Puerto Bravo de Arequipa inició hoy su operación comercial en el país tras recibir la autorización del Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional (COES). La obra, a cargo de IC Power, está ubicada en Mollendo, provincia de Islay, y forma parte del nodo energético del sur. Se tiene previsto que aporte 616 MW de potencia de reserva, con una capacidad de generación de hasta 720 MW. La central termoeléctrica representa el 9,4% de la máxima demanda del sistema interconectado nacional y requirió de una inversión de US$380 millones para su puesta en marcha. Inicialmente, la central termoeléctrica Puerto Bravo usará diésel -con lo que cumplirá un rol de reserva fría para el sistema- hasta que llegue el gas natural de Camisea, que transportará el Gasoducto Sur Peruano (GSP). Como se recuerda, el 29 de noviembre de 2013 Pro Inversión adjudicó el proyecto de la central termoeléctrica Puerto Bravo a la empresa IC Power, a través de su empresa Samay I, vinculada a Kallpa Generación.

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CONCLUSIONES  Si bien es cierto que Perú cuenta con una gran cantidad de recursos no renovables como fuentes de combustible, se sabe que estos a pesar de generar grandes cantidades de corriente eléctrica son muy contaminantes y más aún se terminarán agotando de una u otra forma. Ergo, el mundo debe proyectarse a invertir en tecnología que permita el aprovechamiento de energías renovables

 La energía termoeléctrica es una de las formas usadas para la creación de energía eléctrica a través de los combustibles fósiles pero gracias a la manera de creación de energía el medio ambiente paga las consecuencias, la combustión de carbón debería dar lugar a la liberación de la energía, la existencia de distintos tipos de impurezas en los combustibles, hacen que, en muchos casos, sólo se logre una combustión incompleta determinando la aparición de una gran gama de productos químicos que ingresan a la atmósfera

 El uso de combustibles calientes genera emisiones de gases de efecto invernadero y de lluvia ácida a la atmósfera. Su uso está limitado a la duración de las reservas y su rentabilidad económica.

 Existen los elementos técnicos y tecnológicos para el crecimiento de la oferta de energía eléctrica con plantas termoeléctricas a carbón que respeten el medioambiente sin mermar las posibilidades de desarrollo económico de nuestra nación. Para esto se requiere un cambio en la mentalidad del Estado peruano, que debe velar por los intereses de la nación toda, entendiendo esto como el cuidado del medioambiente y la salud de sus habitantes, planteándolos como activos necesarios para un desarrollo económico sostenible y sostenido. Luego de que el Estado peruano cambie su enfoque, las termoeléctricas que quieran instalarse en el país no tendrán otra alternativa que respetar al medio ambiente.

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REFERENCIAS 

https://energiaeficiente.wordpress.com/2009/10/23/como-funcionan-lascentrales-termicas/



https://centralestermoelectricas.wordpress.com/impacto-ambiental/



http://www.ecologistasenaccion.org/article16472.html



http://power.sitios.ing.uc.cl/mercados/impamb/EIA%20Electrico_archivos/Page12 46.htm



http://www.endesaeduca.com/



http://www.unesa.es/



www.aulatecnologia.com



www.esan.edu.pe



https://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20130427154512AASS4gA



http://elcomercio.pe/economia/dia-1/que-tarifas-electricas-incrementarian-1735al-2020-noticia-1932883

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ANEXOS

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