Este documento describe los elementos principales de las centrales térmicas, incluyendo los ciclos termodinámicos de Carnot y Rankine, las instalaciones del combustible, y los elementos auxiliares como las turbinas de vapor. Explica que las centrales térmicas convierten la energía calorífica del combustible en energía mecánica a través de un ciclo termodinámico y luego en energía eléctrica usando un generador.

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS, FÍSICAS Y QUÍMICAS
CARRERA DE ELECTRICIDAD
CENTRALES ELECTRICAS
TEMA:
ELEMENTOS DE LAS CENTRALES TÉRMICAS
1. GENERALIDADES.
2. CICLOS TERMODINÁMICOS: CARNOT Y RANKING, DIAGRAMAS DE CALOR.
3. INSTALACIONES DEL COMBUSTIBLE, PODER CALÓRICO, EXTRACCIÓN DE HUMOS.
4. ELEMENTOS AUXILIARES DE UNA CENTRAL TÉRMICA.

2. 1. GENERALIDADES.
El objeto de las centrales térmicas es
aprovechar la energía calorífica de un
combustible para transformarla en electricidad.
Es decir, utilizan la energía mecánica obtenida
de un ciclo termodinámico para convertirla en
electricidad.
El proceso que sigue dicha transformación es el siguiente:
a) Alta energía contenida en el combustible se transforma, por combustión (centrales
térmicas convencionales) o por fisión (nucleares), en energía calorífica.
b) La energía calorífica que absorbe el fluido de trabajo se convierte al expansionarse en la
turbina o motor en energía mecánica.
c) La energía mecánica es transformada en energía eléctrica a través del generador eléctrico.

3. 2. CICLOS TERMODINÁMICOS: CARNOT Y RANKING, DIAGRAMAS DE CALOR.
CICLO DE CARNOT.
Es un ciclo de potencia, en la figura II, se
representa el ciclo de Carnot de una máquina
térmica, este tiene el fin de producir trabajo
empleando calor, esto se logra al tomar el calor 𝑄c
de una fuente de mayor temperatura y hacer que
atraviese por un depósito (máquina térmica), esta
aprovecha el calor Qc y sus productos son el
trabajo y calor 𝑄f hacia una fuente de baja
temperatura.
II ciclo de Carnot

4. Primero se cuenta con una expansión isotérmica
de A-B a una temperatura 𝑇1; segundo, de B-C se
tiene un proceso de expansión adiabática; tercero,
de C-D se tiene una compresión isotérmica a una
temperatura 𝑇2; cuarto, completando el ciclo una
compresión adiabática. Se recuerda que en un
proceso adiabático no se produce una
transferencia de calor con el entorno por ello el
calor 𝑄 = 0 en los puntos de B-C y de D-C
El ciclo se compone de 4 procesos que se representan claramente en la figura III.
IIIDiagrama P-V ciclo de Carnot.
CICLO DE CARNOT

5. IV Esquema de Central Termoeléctrica
CICLO DE RANKINE.
El ciclo Rankine es un ciclo que opera con vapor,
y es el que se utiliza en las centrales
termoeléctricas. Consiste en calentar agua en una
caldera hasta evaporarla y elevar la presión del
vapor. Éste será llevado a una turbina donde
produce energía cinética a costa de perder presión.
Su camino continúa al seguir hacia un
condensador donde lo que queda de vapor pasa a
estado líquido para poder entrar a una bomba que
le subirá la presión para nuevamente poder
introducirlo a la caldera.

6. Es el ciclo termodinámico que se emplea en las centrales térmicas de vapor.
Para los puntos 1-2 correspondientes a la bomba,
se presenta un proceso isoentrópico con un
aumento leve en la temperatura, en los puntos 2-3
se encuentra la caldera donde se da un proceso
isobárico, de 3- 4 se tiene un proceso isoentrópico
en la turbina y cerrando el ciclo de 4-1 se
encuentra el condensador con un proceso
isobárico.
V Diagrama T-S del ciclo Rankine.
CICLO RANKINE

7. 3. INSTALACIONES DEL COMBUSTIBLE, PODER CALÓRICO, EXTRACCIÓN DE HUMOS.
INSTALACIONES DEL COMBUSTIBLE
Central termoeléctrica de carbón (hulla, antracita, lignito,) es
previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar
convertido en un polvo muy fino para facilitar su combustión.
Central termoeléctrica de fuel-oil, éste es precalentado para
adecuar su viscosidad, siendo inyectado posteriormente en
quemadores adecuados a este tipo de combustible.
Central termoeléctrica de gas, los quemadores están asimismo
concebidos especialmente para quemar dicho combustible.

8. 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.

9.  PODER CALÓRIFICO
Cantidad de calor que se obtiene de la oxidación completa, a presión atmosférica,
de los componentes de la unidad de masa (o volumen) de dicho combustible.
PODER CALORIFICO INFERIOR (PCI).
Es la cantidad de calor que puede obtenerse
en la combustión completa de la unidad de
combustible, si en los productos de la
combustión el agua está en forma de vapor.
PODER CALORIFICO SUPERIOR (PCS).
En los productos de la combustión el agua
aparece en forma líquida, por lo que se
aprovecha todo el calor de oxidación de los
componentes del combustible.

10. EXTRACCIÓN DE HUMOS.
Una vez que los Productos de la Combustión [PdC] o Humos
han cedido su calor al agua en el interior de la caldera es
preciso evacuarlos al exterior del local donde se encuentra el
aparato, para ello se utilizan los conductos de humos y las
chimeneas.
Tiro natural: los PdC, al estar a una
temperatura superior a la temperatura
ambiente, experimentan lo que se
conoce como tiro natural.
Tiro forzado: si las pérdidas de carga
del circuito de combustión son
superiores a las que es capaz de
vencer el tiro natural se incluyen
ventiladores que compensan
mecánicamente
La circulación del aire comburente y
los humos hasta la salida del aparato
puede realizarse de dos maneras:

11. 4. ELEMENTOS AUXILIARES DE UNA CENTRAL TÉRMICA.
1. Turbina de vapor
2. Motores alternativos:
3. Motor alternativo de gas y sus elementos auxiliares
4. Motor alternativo de fuel y sus auxiliares
5. Calderas de recuperación
6. Calderas de recuperación de aceite térmico
7. Elementos del sistema agua-vapor
8. Alternador
9. Reductor
10. Plantas de frío: máquinas de absorción
11. Sistemas de tratamiento de agua
12. Sistemas de refrigeración
13. Sistemas eléctricos
14. Sistema de control
15. Estación de gas (ERM)
16. Plantas de regasificación

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