Archivo para febrero 16th, 2011


Esta es una de mis tipos de centrales favortias… una central térmica a vapor. Lo usual es que se utilize como combustible algo abundante y de desperdicio de algun proceso. Por ejemplo: la caña de azúcar luego se extraerse el azúcar y alcohol, queda reducida a simple bagazo, entonces esta apta para ser quemada en las calderas. También hay diseños para quema de material orgánico de biomasa, por ejemplo: residuos provenientes de casas, etc.

Su principio es semejante a la turbina de gas. Se quema el combustible y la energía liberada para al fluido operante (en este caso agua) que está inmerso de un circuito cerrado. El vapor de agua ingresa a la turbina de vapor conectada mecànicamente a un generador. El vapor de salida de la turbina pasa a un condensador y el ciclo se reinicia. Es el famoso Ciclo de Rankine.

También esto se puede simular en Matlab/Simulink. Habrá alguien que ha tratado de hacer esto como tema de tesis ?

Añado algo principal, tanto acá como en los diagramas anteriores, no se ha hablado de los equipos auxiliares y los hay muchos en una central eléctrica. Por ejemplo, los equipos de acondicionamiento de aguas, sin ellos, todo el sistema estaría en grave peligro por mala calidad de agua. También están los sistemas de protecciòn mecánica, eléctrica con diferentes equipos. Los transformadores de potencia y de mediciòn, sensores, actualadores, equipos de control y mando, entre muchos mas. Mayor información en un buen libro sobre Máquinas Térmicas.

Estos sistemas seguirán operando en el futuro junto con las energías renovables, es decir, el ingeniero de hoy y del mañana, tendra que saber ambas cosas.

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En alguno de mis anteriores entradas habíamos mencionado que las proyecciones a futuro contemplan el uso de plantas a carbón… si lectores, se seguirán usando por su obvias ventajas en lo que respecta a la capacidad calorìfica del carbón, muy superior a la de otros combustibles. Además, aún las reservas de carbón son altas y tienen para buen tiempo. CAsi todos los países desarrollados han contemplado seguir utilizando carbón como recurso energético primario.

Vayamos a la descripciòn. El carbòn se llevado a un pulverizador mediante un sistema de tornillo sin fin. En el pulverizador lo que se desea es lograr que el carbón tenga el tamaño mìnimo necesario para que su combustión sea perfecta y completa.  Luego el carbón se ingresa a las calderas en donde libera su energìa contenida con cierto grado de eficiencia. Si seguimos el paso al carbón, los productos de la combustión pasan a través de un precipitador electrostàtico en donde las particulas cargadas son capturas, luego pasa a un sistema de lavado de los gases de escape y de ahi se emite hacia la atmósfera. Lo capturado en el lavado de gases, son partículas de todo tipo, son procesador, separados y eliminados para cumplir normas de impacto ambiental.

Sigamos el camino del calor liberado del carbón. Este es transferido a lìquido operante de la caldera, por lo general, agua de calidad adecuada. Se convierte en vapor de agua a mul alta presiòn, este vapor ingresa a la turbina de vapor. La turbina de vapor consta de varias elapas, en primer lugar el vapor ingresa a la etapa de alta presiòn, luego de ahi a la presiòn intermedia y finalmente a la etapa de baja presiòn. Porque varias etapas? Porque estamos hablando de turbinas de mas de 500 MW de capacidad (por lo general una central térmica a carbón se hace para potencias mucho mas altas). El vapor agotado pasa por un condensador y reingresa al proceso. El condensador es enfriado en este caso, mediante intercambio indirecto con un circuito de refrigeraciòn que utiliza torres para su enfriamiento.

Todo esto se puede simular en Matlab/Simulink. Se puede colocar los paràmetros del caso para mirar como es que se comporta el sistema ante una variación de la presiòn de vapor, o una reducción de la capacidad calorìfica del carbón, o un incremento de la carga que alimetan el generador.

Como les repito, en el corto y mediano plazo, las energias renovables trabajarán junto con centrales eléctricas de carbón, entre otras (nuclear)… y es por ello que lo hemos considerado en este blog.


Este ciclo combinado tiene varias cosas… tiene generaciòn de electricidad, vapor de agua y agua caliente. El calor contenido en los gases de escape de la turbina de gas, pasan por una caldera en donde se genera vapor de agua a una buena presiòn de tal manera que acciona una turbina de gas conectada a un generador propio. Luego vapor de escape de dicha turbina, aun tiene la cantidad suficiente de energìa como para calentar mediante un equipo de transferencia de calor, agua caliente para uso residencial o de oficinas.

Este ciclo combinado detallado en la presente, tiene casi todo lo que uno idealmente quisiera como ingeniero tener, una extracciòn de todo la energìa quìmica contenida en los combustibles con destino para diferentes usos en varias etapas.

Se llama capacidad calorìfica a la cantidad de energìa contenida por unidad de combustible. Esta se libera en la combustiòn, pero hay varios tipos de combustión: perfecta e imperfecta, completa e imcopleta. Cada una de ellas, tiene su significado y sus porques. (Si desean profundizar un libro de Máquinas Térmicas les ayudará).

Ciclos combinados de este tipo tambien se pueden simular en Matlab/Simulink.


Ya lo habiamos explicado en  la entrada anterior lo referente a la turbina de gas. Por lo general, un tercio de la energia generada por la turbina de gas se utiliza en comprimir el aire en el compresor (valga la redundancia). En esta aplicación, el calor residual contenido en los gases de escape de la turbina de gas, pasan a un intercambiador de calor en donde como producto principal se tiene vapor salurado.

Esta es otra de las posibles aplicaciones. Ese vapor saturado puede ir a múltiples usos tanto para secado, esterilizado, etc. Segùn la aplicaciòn y la temperatura final que se desea obtener. En el caso de fluidos, hay una relaciòn entre presiòn y temperaratura (mirar tablas termodinàmicas).

Alguien puede mencionar que esto ya no se deberìa tratar en este blog dedicado a las energias renovables. Pero hay que decirlo, este tipo de aplicaciones se estan utilizando junto con las renovables para atender los picos de demanda. Aunque algunas de ellas por su potencia y por la utilizaciòn, son usadas como centrales base.

Este diagrama es representativo y al igual que el anterior se puede simular con Matlab/Simulink, claro teniendo como repito, toda la parte matemàtica o fìsica desarrollada.


Esta entrada muestra el diagrama de flujo de una central eléctrica de ciclo combinado destinada para la generación de electricidad. Estas centrales se han puesto de moda debido a que se mejora la eficiencia total de la instalación debido a reuso de calor proveniente de los gases de combustión, y que antiguamente se iba hacia la atmósfera.

El proceso inicia en la turbina de gas, con la compresión de aire, luego la combustión y la expansiòn en la turbina de gas de donde se obtiene electricidad por el accionamiento del generador respectivo. Luego los gases de combustión, pasan a una caldera en donde se genera vapor de agua (hay aplicaciones con otros fluidos operantes)  el cual ingresa a una turbina de vapor en donde se expande y entrega trabajo que sirve para accionar el generador de electricidad respectivo. El calor residual es condensado por enfriamiento en el condensador y el fluido reinicia el ciclo.

Eficiencias del 50% y creo que algo mas han sido obtenidas mediante este mecanismo. Las mejoras van en el diseño de la turbina de gas, se están consiguiendo que se trabaje a mayor tempearatura con materiales destinados a los álabes de última generación, lo mismo decir para la turbina de vapor.

Estos sistemas tambien se pueden simular en Matlab/Simulink, para lo cual, obviamente, debes tener todo el material matemático que describa cada uno de los procesos.