1. ASIGNATURA: GENERACIÓN DE atmósfera. Para minimizar los
POTENCIA. efectos contaminantes de la
PROFESOR: ING. GREGORIO combustión sobre el entorno, la
BERMUDEZ. central dispone de una chimenea de
GUIA N°2 gran altura (llegan a los 300 m) y de
CENTRALES TERMICAS CON unos precipitadores que retienen las
TURBINAS A VAPOR cenizas y otros volátiles de la
combustión. Las cenizas se
DEFINICIÒN DE CENTRAL recuperan para su aprovechamiento
TERMICA en procesos de metalurgia y en el
Una central térmica es una campo de la construcción, donde se
instalación que produce energía mezclan con el cemento.
eléctrica a partir de la combustión FUNCIONAMIENTO DE UNA
de carbón, fuel-oil o gas en una CENTRAL TÉRMICA
caldera diseñada al efecto. El
funcionamiento de todas las En las centrales térmicas
centrales térmicas, o convencionales, la energía química
termoeléctricas, es semejante. ligada por el combustible fósil
(carbón, gas o fuel -óil) se
El combustible se almacena en transforma en energía eléctrica. Se
parques o depósitos adyacentes, trata de un proceso de refinado de
desde donde se suministra a la energía. El esquema básico de
central, pasando a la caldera, en la funcionamiento de todas las
que se provoca la combustión. Esta centrales térmicas convencionales es
última genera el vapor a partir del prácticamente el mismo,
agua que circula por una extensa red independientemente de que utilicen
de tubos que tapizan las paredes de carbón, fuel -óil o gas.
la caldera. El vapor hace girar los
álabes de la turbina, cuyo eje rotor Las únicas diferencias sustanciales
gira solidariamente con el de un consisten en el distinto tratamiento
generador que produce la energía previo que sufre el combustible
eléctrica; esta energía se transporta antes de ser inyectado en la caldera
mediante líneas de alta tensión a los y el diseño de los quemadores de la
centros de consumo. Por su parte, el misma, que varía según el tipo de
vapor es enfriado en un combustible empleado.
condensador y convertido otra vez El vapor de agua se bombea a alta
en agua, que vuelve a los tubos de la presión a través de la caldera, a fin
caldera, comenzando un nuevo ciclo. de obtener el mayor rendimiento
El agua en circulación que refrigera posible. Gracias a esta presión en los
el condensador expulsa el calor tubos de la caldera, el vapor de agua
extraído a la atmósfera a través de puede llegar a alcanzar
las torres de refrigeración, grandes temperaturas de hasta 600 ºC
estructuras que identifican estas (vapor recalentado).
centrales; parte del calor extraído Este vapor entra a gran presión en la
pasa a un río próximo o al mar. turbina a través de un sistema de
Las torres de refrigeración son tuberías. La turbina consta de tres
enormes cilindros contraídos a cuerpos; de alta, media y baja
media altura (hiperboloides), que presión respectivamente. El objetivo
emiten de forma constante vapor de de esta triple disposición es
agua, no contaminante, a la aprovechar al máximo la fuerza del

2. vapor, ya que este va perdiendo Con el uso del carbón pulverizado, la
presión progresivamente. Así pues, combustión es mejor y más
el vapor de agua a presión hace girar fácilmente controlada. La
la turbina, generando energía pulverización tiene la ventaja
mecánica. Hemos conseguido adicional que permite el uso de
transformar la energía térmica en combustible de desperdicio y
energía mecánica de rotación. difícilmente utilizado de otra forma.
En estas se requiere instalar
El vapor, con el calor residual no
dispositivos para separar las cenizas
aprovechable, pasa de la turbina al
producto de la combustión y que van
condensador. Aquí, a muy baja
hacia el exterior, hay incremento de
presión (vacío) y temperatura
efecto invernadero por su
(40ºC), el vapor se convierte de
combustión, altos costos de
nuevo en agua, la cual es conducida
inversión, bajo rendimiento y
otra vez a la caldera a fin de reiniciar
arranque lento
el ciclo productivo. El calor latente
de condensación del vapor de agua • Centrales Térmicas de Fuel-
es absorbido por el agua de Oil
refrigeración, que lo entrega al aire
del exterior en las torres de FUNCIONAMIENTO,
enfriamiento. CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y
DESVENTAJAS
La energía mecánica de rotación que
lleva el eje de la turbina es En las centrales de fuel, el
transformada a su vez en energía combustible se calienta hasta que
eléctrica por medio de un generador alcanza la fluidez óptima para ser
asíncrono acoplado a la turbina. inyectado en los quemadores. Las de
fuel-óil presentan como principal
CLASIFICACION
inconveniente las oscilaciones del
CENTRALES TERMICAS precio del petróleo y derivados, y a
CLASICAS O CONVENCIONALES menudo también se exigen
tratamientos de desulfuración de los
• Centrales Térmicas de
humos para evitar la contaminación
Carbón
y la lluvia ácida.
FUNCIONAMINETO, El consumo de un millón de litros de
CARACTERISTICAS, gasolina emite a la atmósfera 2,4
VENTAJAS Y millones de kilogramos de Dióxido
DESVENTAJAS de Carbono (CO2), el principal
causante del cambio climático
Las centrales térmicas que usan
mundial. Arranque lento y bajo
como combustible carbón, pueden
rendimiento.
quemarlo en trozos o pulverizado.
La pulverización consiste en la • Centrales Térmicas de Gas
reducción del carbón a polvo Natural
finísimo (menos de 1/10 mm de
diámetro) para inyectarlo en la FUNCIONAMIENTO,
cámara de combustión del CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y
generador de vapor por medio de un DESVENTAJAS
quemador especial que favorece la
En vez de agua, estas centrales
mezcla con el aire comburente.
utilizan gas, el cual se calienta
utilizando diversos combustibles

3. (gas, petróleo o diesel). El resultado relativamente complejo de
de ésta combustión es que gases a conversión de energías. Utilizan
altas temperaturas movilizan la combustible de alto grado de
turbina, y su energía cinética es calidad. Provocan contaminación
transformada en electricidad por un con la alta emisión de gases.
generador.
• Centrales Térmicas de
El uso de gas en las centrales Combustión de Lecho Fluidizado
térmicas, además de reducir el
impacto ambiental, mejora la FUNCIONAMIENTO;
eficiencia energética. Menores CARACTERISTICAS; VENTAJAS Y
costos de la energía empleada en el DESVENTAJAS
proceso de fabricación y menores
Consiste en quemar carbón en un
emisiones de CO2 y otros
lecho de partículas inertes, a través
contaminantes a la atmósfera. La
del cual se hace pasar una corriente
eficiencia de éstas no supera el 35% .
de aire. Esta soporta el peso de las
CENTRALES TERMICAS NO partículas y las mantiene en
CONVENCIONALES suspensión, de modo que da la
impresión de que se trata de un
• Centrales Térmicas de Ciclo
líquido en ebullición. Permitiría
Combinado
obtener rendimientos de hasta el
50%, disminuyendo al mismo
FUNCIONAMIENTO,
tiempo la emisión de anhídrido
CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y
sulfuroso.
DEVENTAJAS
Su eficiencia es de 40 a 42% en
Un ciclo combinado es, la
ciclos combinados En la tecnología
combinación de un ciclo de gas y un
de lecho fluidizado se inyecta caliza
ciclo de vapor. Sus componentes
directamente dentro de la caldera
esenciales son la turbina de gas, la
para capturar y remover el azufre
caldera de recuperación la turbina
del combustible como un
de vapor y el condensador. El ciclo
subproducto seco.
de gas lo compone la turbina de gas,
y el ciclo de vapor está constituido La temperatura del gas dentro de la
por la caldera de recuperación, la caldera va de los 820°C a los 840°C,
turbina de vapor y el condensador. lo cual determina su diseño y el
arreglo de las superficies de
La tecnología de las centrales de
transferencia de calor. Este tipo de
ciclo combinado permite un mayor
calderas puede ser atmosférico o
aprovechamiento del combustible y,
presurizado.
por tanto, los rendimientos pueden
aumentar entre el 38 por ciento • Centrales Térmicas Gicc
normal de una central eléctrica Gasificación de Carbón Integrada
convencional hasta cerca del 60 por en ciclo combinado
ciento. Y la alta disponibilidad de
estas centrales que pueden FUNCIONAMIENTO,
funcionar sin problemas durante CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y
6.500-7500 horas equivalentes al DESVENTAJAS
año.
La gasificación del carbón es un
Uno de los principales problemas proceso que transforma el carbón
que plantean las centrales térmicas sólido en un gas sintético compuesto
es que se trata de un proceso principalmente de CO e hidrógeno

4. (H2). El carbón es gasificado *Meteorología. Condiciones
controlando la mezcla de carbón, climatológicas del sitio
oxígeno y vapor dentro del
• CONDICIONES
gasificador. La potencia media de
GENERALES DE DISEÑO
estas centrales viene a ser de 300
MW, muy inferior todavía a la de
*Temperatura del aire anual
una térmica convencional.
promedio
Las ventajas medioambientales que
*Presión barométrica
ofrecen estas centrales se
fundamentan en los bajos valores de *Nivel base de la planta
emisión de óxidos de azufre y otras
*Coeficientes sísmicos: para
partículas.
estructuras, para bardas, para
En la actualidad las IGCC alcanzan chimeneas.
eficiencias de 45%, una eliminación
*Resistencia del terreno
de 99% de azufre. Bajos costos de
combustible, admite combustible de • SELECCIÓN DEL
bajo grado de calidad, bajo grado de TAMAÑO DE UNIDADES
emisiones, alto rendimiento,
tecnología sin completa prueba de La selección del tamaño involucra
eficiencia, altos costos de inversión, un compromiso entre varios
plantas complejas, arranque lento. factores, sin embargo se sabe que
económicamente la mejor solución
CRITERIOS DE SELECCIÓN Y
es instalar unidades del 5 al 10% de
DISEÑO
la capacidad de los sistemas.
El diseño conceptual incluye la
*Especificaciones del
descripción de la localización, forma
turbogenerador, del
y bases del diseño de la planta
generador de vapor, y
general, como intemperie o cubierta,
optimización del sistema de
grado de utilización, combustible
agua de circulación.
(incluyendo previsión de cambios),
tipo y enlaces de la subestación *Suministro de agua
eléctrica, suministro y sistemas de asegurada para el presente y
agua, accesos, condiciones y para el fututo.
características del sitio, orientación,
*Ubicación por razón de
arreglo general, elementos
disponibilidad del carbón o
principales, condiciones de diseño y
combustibles, cerca de las
características de construcción.
fuentes del mismo, o sea lo
• CARACTERÍSTICAS DEL que corrientemente se conoce
SITIO como Central de Boca de
Mina.
*Topografía y drenaje
*Ubicación por razón de otros
*Accesos factores, como proximidad a
los centros de carga, a fuentes
*Geología
de agua para refrigeración, o
*Proximidad a bancos de a sitios de fácil acceso para la
préstamos (obtención de maquinaria y equipos
material combustible) pesados. La ubicación del
lugar debe ser en un sitio con
vías de acceso muy buenas y

5. al uso de equipos especiales extrae desde la turbina a la
de transporte. temperatura y la presión que
necesita el proceso industrial. Las
*Costos de la propiedad, de
turbinas de vapor se pueden utilizar
construcción, de puesta en
en ciclos (escalones) combinados
función, de mantenimiento.
con un generador de vapor que
*Impacto- socio económico. recupera el calor que se perdería.
Las unidades industriales se utilizan
*Facilidades de
para poner en movimiento
transportación.
máquinas, bombas, compresores y
MATERIALES DE generadores eléctricos. La potencia
CONSTRUCCION que se obtiene puede ser de hasta
1.300 MW.
Estos varían de acuerdo al equipo
utilizado, los más utilizados son los COSTOS
siguientes:
De acuerdo con los planes de
• Para paredes, pisos y cubierta expansión del sector eléctrico, la
o techo de los tanques, se mínima capacidad de la planta
emplean los aceros A283 grado C térmica que se está instalando en el
y D y A285 grado C. país es de 150 MW.
• Acero al carbón
Es casi imposible poder indicar,
• Acero inoxidable
para centrales térmicas de
• Teflón en los compresores de
determinada capacidad, un costo
aire
promedio global o por KW
• Aleaciones de acero
instalado. Cada central es un caso
• Aleaciones de latón
específico y debe procederse a
• Vidrio
establecer los costos de cada uno de
• Hule
sus componentes de acuerdo con los
• Plásticos
equipos seleccionados y las
• Concreto
condiciones locales específicas.
• Ladrillo Refractario
La siguiente tabla muestra las
DEFINICION DE diferencias de costo frente a las
COGENERACION alternativas clásicas de generación
Los sistemas de cogeneración Como puede apreciarse en la tabla
reciclan la energía perdida en el anterior, de las centrales térmicas
proceso primario de generación analizadas, la de ciclo combinado
(como una turbina de gas) en un presenta costos de operación
proceso secundario. La energía menores a cualquier alternativa.
restante se emplea en este caso en Posee un costo variable no
forma de vapor directamente en las combustible enmarcado dentro de
cercanías de la central (por ejemplo, los más baratos (1,55 Mills/KWh) y
para calentar edificios), lo que un costo de combustible
aumenta aún más la eficiencia global considerablemente más barato que
del sistema. cualquier otra alternativa térmica
(8,5 Mills/KWh). Aunque estos
En las aplicaciones de cogeneración
costos varían algo con cada diseño,
que requieran tanto calor (el
son aproximadamente constantes,
utilizado en un proceso industrial)
por lo que se pueden considerar
como electricidad, se genera vapor a
estables.
altas presiones en una caldera y se

6. COMPONENTES DE UNA CENTRAL CARACTERÍSTICAS –
TERMICA FUNCION
En él tienen lugar las
siguientes conversiones de
energía:
TURBOGENERADOR
• 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
GENERADOR DE VAPOR
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.

7. La condensación el vapor de
escape de la turbina y drenes
CONDENSADOR
se efectúa en el condensador
, además de la extracción de
algunos gases
inconfensables.
Las torres de enfriamiento
son dispositivos de
TORRE DE ENFRIAMIENTO
enfriamiento artificial de
agua. Se clasifican como
cambiadores de calor entre
un volumen en circuito
cerrado de agua y aire
atmosférico.
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
BOMBAS
flujo, las bombas se clasifican
en:
• centrífugas
• rotatorias
• alternativas
Después de la resistencia de
los materiales, los problemas
CAMBIADOR DE CALOR
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,

8. son los siguientes:
• 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
TANQUES
requerida a una economía
razonable. Todos los tanques
estarán provistos con los
aditamentos necesarios para
cumplir con su
funcionamiento y los
reglamentos de seguridad;
Usos de los tanques
• 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

9. (blow off tank)
El aire comprimido se utiliza
en las plantas termoeléctricas
COMPRESORES DE AIRE
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
TRATAMIENTO Y MONITOREO DE AGUA de los principales problemas
de operación: influencia en la
confiabilidad decisiva.
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 dos casos
se encuentra en estado puro.
La aplicación de tuberías en
plantas termoeléctricas y
nucleares, refinerías y
TUBERÍAS Y AISLAMIENTO 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,

10. formado, soldado y
tratamiento térmico
involucran procedimientos
idénticos que no dependen
de la aplicación, sino de la
calidad final deseada.
CUADRO COMPARATIVO ENTRE CENTRALES TERMICAS,
NUCLEARES E HIDROELECTRICAS
CENTRAL CENTRAL
NUCLEAR HIDROELECTRICA
PARÁMETROS CENTRAL TERMICA
COMBUSTIBLE Combustibles fósiles: Energías
gas, carbón, fuel- oil. renovables:
Energía nuclear:
Hidráulica
fisión, fusión
• Calderas • Turbinas
• Turbinas de vapor • Agua
EQUIPOS y gas • Reactor • Generador
• Carbón- gas- fuel nuclear
oil • Turbinas
• Condensador de vapor
• Generador • Uranio –
plutonio
• Generador
TIEMPO DE 6 meses a 1 año 1 a 4 años
INSTALACIÓN
5 a 10 años
FUENTE DE No renovable Renovable
ENERGIA
No renovable
COSTOS Esta alrededor de 240 millones de
1000 US$/kW, dólares
150 millones de
3.5 USc/kWh
dólares.
SUMINISTRO 25% 75%
DE ENERGIA
0%
EN COLOMBIA
CONVENIENCIA Menor consumo de Mayor consumo Menor consumo de
ECONOMICA divisas, menor de divisas, divisas, menor

11. EN COLOMBIA tendencia mayores costos tendencia
tecnológica, mayor en tecnología, tecnológica, mayor
factor de empleo. menor factor de factor de empleo.
empleo
remplazando la
mano de obra por
máquinas.
PRODUCCIÓN El vapor se genera El calor se Utilizan la fuerza y
DE ENERGIA por la combustión del produce por la velocidad del agua
ELECTRICA carbón o de fisión nuclear en corriente para
derivados del un reactor. hacer girar las
petróleo. turbinas.
Corto tiempo de
construcción
VENTAJAS Uno de los No contamina: el
No dependen del materiales aire, ni agua, ya
clima utilizados para su que no se requiere
desintegración es combustible alguno.
Costos de inversión
el uranio, del cual
menores que en la Costos de
quedan aún
hidroeléctricas lo que mantenimiento
grandes
favorece su bajos.
reservas.
construcción y
entrada en La tecnología
funcionamiento. empleada está
muy desarrollada
Facilidad de
y tiene una gran
transporte del
productividad, ya
combustible orgánico
que con
desde el lugar de su
cantidades
extracción hasta la
mínimas de
central térmica.
sustancia se
Progreso técnico lo obtiene una gran
que permitió diseñar cantidad de
grandes unidades energía.
generadoras
Generan energía
(grandes módulos)
eléctrica limpia ya
con mejores
que no se
rendimientos que las
produce
unidades pequeñas o
emanación al
medianas.
medio ambiente
de gases de
combustión
causantes de la
lluvia ácida.
Como resultado del Uno de los Inundaciones

12. DESVENTAJAS procesamiento del mayores grandes de tierras
carbón, fue- oil y gas, problemas es la fértiles.
éstas centrales son posibilidad de Deforestación.
importantes fuentes una fuga Migración forzada
emisoras de agentes radioactiva en de poblaciones
contaminantes, calor, caso de aledañas.
ruido y vibraciones. accidente, lo que
Mayor tiempo de
provocaría
La peor desventaja construcción en
cuantiosos daños
es el terrible impacto comparación con
humanos y
ambiental que las Centrales
materiales.
produce, ya que Térmicas.
emite gases que Otro problema
provocan tanto el son los residuos
efecto invernadero radioactivos que
como la lluvia ácida. genera, de difícil
y costoso
En el caso del
almacenamiento
petróleo es
y que resultan
preocupante su
muy peligrosos a
vertido al mar cuando
corto y largo
se transporta, ya que
plazo.
crea las famosas
mareas negras. También es muy
alto el coste de
las instalaciones
y su
mantenimiento.
CAPACIDAD DE • Gas natural 9,7
3
GENERACION KW-h/ m
• Hidraulica 2,57
Carbon 2,4
KW- h/m3
KW- h/ Kg • Uranio 115
KW- h/ Kg
Fuel- oil 2,9
KW- h/ Kg
EFICIENCIA DE • Gas natural 40%
LA • Carbón 40%
• Hidráulica 80%
CONVERSION • Fuel- oil 40%
• Uranio 30%
Kg O m3 DE Gas natural 0,416 m3
COMBUSTIBLE /KW –h
Uranio 8,69 x 10-3 Hidráulica 0,389 m3
QUE SE
Carbón de 0,336 a Kg / KW - h / KW- h
NECESITAN
0,850 Kg / KW- h
PARA
GENERAR 1 Diesel / fuel de 0,362
KW a 0,309 Kg / KW- h

13. Los efectos
ambientales de una
central térmica
provienen del Los materiales Gran impacto
proceso de radioactivos ambiental
IMPACTO
combustión, así emiten radiación
AMBIENTAL No contaminan el
como de las ionizante
ambiente
emisiones de polvo y penetrante que
gases puede dañar los
contaminantes. En tejidos vivos.
general los efectos
El gas radón
ambientales -por
radioactivo es un
ejemplo, emisiones
contaminante
contaminantes,
frecuente en las
ocupación de espacio
minas
por la central y
subterráneas de
volumen de residuos
uranio.
- aumentan en el
orden siguiente: gas,
fuel oil ligero, fuel oil
pesado y combustión
de carbón.