Centrales Térmicas Clásicas

Las centrales térmicas clásicas generan electricidad a partir de combustibles fósiles (carbón, fuelóleo y gas natural). Su funcionamiento comienza en el parque de carbón y la cinta transportadora, que lleva el carbón a la tolva. De ahí, el carbón pasa al molino y luego a la caldera. En la caldera, se quema el carbón para obtener energía calorífica. Esta energía pasa al cenicero y luego al sistema de tubos, donde se cede al agua la mayor parte del calor de la combustión. El agua se convierte en vapor a gran presión debido al intenso calor.

La temperatura disminuye a medida que el calor se desplaza por el sistema hacia la chimenea. El calor pasa por el calentador de aire, donde unas tuberías llevan el aire que se introduce en la caldera para que arda el carbón. Los gases de la combustión calientan este aire hasta 90ºC. Luego, los gases pasan al precipitador, que suele constar de varias cortinas de agua pulverizada para retener las partículas sólidas (especialmente cenizas). Después, los gases pasan al desulfurizador, que evita que las partículas de azufre salgan a la atmósfera y provoquen lluvia ácida. Finalmente, los gases salen por la chimenea.

El vapor generado en el sistema de tubos se dirige a las turbinas: de alta presión, de media presión y de baja presión. El vapor hace girar las turbinas a gran velocidad, transformando la energía térmica en energía mecánica de rotación. El generador de corriente alterna, solidario al eje de la turbina, transforma la energía mecánica en energía eléctrica. El condensador licua el vapor de agua que ha atravesado las turbinas, permitiendo que sigan girando. El agua pasa a la torre de refrigeración, donde se enfría antes de volver a la caldera. Luego, el agua pasa por los calentadores y finalmente a los transformadores, donde la corriente eléctrica generada (a unos 20,000 V) se eleva hasta unos 400,000 V para su transporte a los puntos de consumo a través de las líneas de transporte de energía eléctrica.

Energías Renovables: Energía Eólica

La energía eólica tiene como fuente el viento, es decir, el aire en movimiento. Se aprovecha su energía cinética. Se calcula que el 2% de la energía solar que recibe la Tierra se transforma en energía cinética de los vientos, aunque en la práctica solo se puede aprovechar la que circula cerca del suelo.

Las modernas máquinas eólicas transforman la energía cinética del aire en energía cinética de rotación de un eje, que arrastra un alternador que genera electricidad. Hay referencias históricas de que el ser humano ya utilizaba la energía eólica en las velas de los barcos desde el año 4500 a.C.

Clasificación de las Máquinas Eólicas

Las máquinas eólicas, también conocidas como aerogeneradores, aeroturbinas o turbinas eólicas, se clasifican en dos grandes grupos:

• De eje horizontal: Son las más utilizadas debido a su desarrollo tecnológico y comercial avanzado. Necesitan mantener su eje paralelo a la dirección del viento para que este incida sobre las palas y haga girar el eje.
  • De potencias bajas o medias (hasta 50kW): Se utilizan en el medio rural para bombear agua y como suministro complementario de electricidad para viviendas. Funcionan a pleno rendimiento con vientos de 5 m/s y arrancan con vientos de 2 m/s.
  • De potencia alta (más de 50 kW): Suelen tener dos o tres palas de perfiles aerodinámicos. Necesitan vientos de unos 5 m/s para arrancar. El rendimiento aumenta con la velocidad del viento, alcanzando el máximo a 15 m/s. Las aeroturbinas modernas tienen palas diseñadas para mantener el máximo rendimiento por encima de 15 m/s. Suelen agruparse formando parques eólicos.
• De eje vertical: Su desarrollo tecnológico está menos avanzado, pero su futuro es prometedor. No necesitan dispositivos de orientación y ofrecen menos problemas de resistencia y vibraciones estructurales. Se amarran con cables.
  • Aeroturbina Darrieus: Constituida por dos palas de perfil biconvexo unidas que producen el giro del eje.
  • Aeroturbina Savonius: Compuesta por dos semicilindros iguales. El viento, al actuar sobre la superficie del cilindro, produce el giro del eje.

La potencia máxima teórica que se puede obtener del viento se calcula con la fórmula: p(viento)=0.37·S·v(3).

El Carbón como Combustible

El carbón es un combustible sólido de color negro, compuesto fundamentalmente por carbono y otros elementos químicos como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno.

Tipos de Carbón

• Carbón mineral: Procede de la transformación de grandes masas de vegetación sepultadas que han sufrido un proceso de carbonización total o parcial. Se distinguen cuatro tipos: antracita, hulla, lignito y turba.
• Carbones artificiales: Fabricados o modificados por el ser humano.
  • Carbón vegetal: Se obtiene quemando madera apilada en montones recubiertos de barro para evitar el contacto directo con el aire y conseguir una combustión parcial.
  • Carbón de coque: Se utiliza como combustible y reductor de óxidos metálicos en el horno alto para la obtención del acero. Debe ser poroso y resistente.

Fabricación del Carbón de Coque

Se introduce carbón de hulla en una cámara cerrada, controlando la cantidad de oxígeno. Se aumenta la temperatura hasta unos 1100ºC durante unas 16 horas. Se extrae el carbón de coque al rojo vivo y se vierte sobre un vagón. Se transporta a la torre de enfriamiento (cortina de agua) y, antes de que se enfríe, se realizan briquetas de coque comprimiéndolo fuertemente.

Impacto Medioambiental del Carbón

La combustión del carbón origina deterioros medioambientales importantes, como la emisión a la atmósfera de óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas, hidrocarburos y dióxido de carbono. Estos gases, si no son absorbidos por procesos naturales, originan:

• Efecto invernadero: Aumento del porcentaje de dióxido de carbono en la atmósfera.
• Lluvia ácida: Consecuencia de la emisión de azufre y óxidos de nitrógeno a la atmósfera.
• Pérdida de manto fértil del suelo: Destrucción de bosques.
• Contaminación de ríos: Daño a la vida acuática y deterioro del agua.
• Deterioro del patrimonio arquitectónico: Los gases atacan la piedra.

Los residuos sólidos (cenizas ricas en azufre) no suelen perjudicar al medio ambiente si se depositan en vertederos controlados.

Concepto de Energía

La energía es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Las unidades de energía más utilizadas pertenecen al Sistema Internacional (SI) y al Sistema Técnico (ST). En el SI, la unidad es el Julio (N·m = W·s), y en el ST es el kilográmetro (Kp·m). La energía se manifiesta de cinco formas diferentes:

• Energía mecánica
• Energía calorífica
• Energía química
• Energía nuclear
• Energía eléctrica