Existen numerosas formas de producir energía dependiendo del tipo de combustible que utilicemos y el lugar o el método que se emplee para ello. Las centrales térmicas convencionales, también llamadas termoeléctricas, emplean combustibles fósiles para poder generar energía eléctrica. Muchas personas no saben bien qué es una central térmica.
Vamos a dedicar este artículo a contarte qué es una central térmica, cuáles son sus características y cómo generan la energía eléctrica.
¿Qué es una central térmica?
Las centrales térmicas convencionales, también conocidas como termoeléctricas, utilizan combustibles fósiles (gas natural, carbón o fuel oil) para generar electricidad a través de un ciclo de vapor de agua térmica. El término «convencional» se utiliza para distinguirlas de otras centrales térmicas, como las de ciclo combinado o nucleares. Estas plantas generan energía eléctrica mediante la conversión de la energía química de los combustibles en energía térmica, la cual luego es transformada en energía mecánica y finalmente en electricidad.
Sus principales componentes son:
- Caldera: Espacio que convierte el agua en vapor mediante la combustión del combustible. En este proceso, la energía química del combustible se convierte en energía térmica.
- Serpentines: Tuberías por las que circula el agua, donde se convierte en vapor. El gas de combustión transfiere su calor al agua.
- Turbina de vapor: Máquina que recoge el vapor de agua, haciendo que, debido a un sistema de presión y temperatura, se mueva el eje que atraviesa la turbina. Estas turbinas suelen tener varios cuerpos (alta, media y baja presión) para aprovechar al máximo el vapor.
- Generador: Máquina que convierte la energía mecánica generada en electricidad mediante inducción electromagnética. El eje de la turbina está conectado al generador, el cual produce corriente alterna trifásica.
Funcionamiento de una central térmica
El funcionamiento de una central térmica convencional se puede dividir en varias etapas. En primer lugar, el combustible se quema en una caldera generando una gran cantidad de calor. Este calor se utiliza para calentar agua, que se convierte en vapor de alta presión y temperatura.
Este vapor se envía hacia las turbinas, donde ejerce presión sobre las láminas de la turbina, haciendo que esta gire. El movimiento de las turbinas genera energía mecánica, que finalmente se transforma en energía eléctrica en el generador.
La electricidad generada pasa por un transformador, donde su voltaje aumenta para ser distribuida a largas distancias mediante la red eléctrica.
El vapor, una vez utilizado en la turbina, se envía a un condensador donde se enfría y se convierte nuevamente en agua, lo que da lugar a un ciclo cerrado de producción de vapor. Este proceso es común en todas las centrales térmicas, independientemente del tipo de combustible utilizado.
Tipos de ciclo en una central térmica
- El ciclo Rankine: Se utiliza en la mayoría de las centrales térmicas convencionales. Este ciclo aprovecha la energía térmica del combustible para generar vapor de agua, que luego impulsa una turbina.
- Ciclo de Hirn: Es una variante del ciclo Rankine, con una fase adicional de recalentamiento del vapor. Este proceso mejora la eficiencia energética.
Impactos ambientales de una central térmica
Las centrales térmicas generan efectos negativos sobre el medio ambiente debido a las emisiones derivadas de la quema de combustibles fósiles y la liberación de grandes cantidades de calor residual.
En cuanto a las emisiones, estas plantas producen dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), y dióxido de azufre (SO2), que contribuyen al calentamiento global y la contaminación del aire. Otros elementos tóxicos como mercurio y plomo pueden liberarse.
Se utilizan filtros para reducir la cantidad de partículas emitidas a la atmósfera, y las chimeneas suelen ser lo suficientemente altas para dispersar mejor las partículas en el aire.
Transferencia de calor y contaminación térmica
Otro problema asociado es la contaminación térmica debido a la liberación de calor residual en cuerpos de agua cercanos. Esto eleva la temperatura del agua, afectando al ecosistema local. Las centrales implementan sistemas de refrigeración para mitigar este impacto, enfriando el agua antes de devolverla a su origen.
Impacto sobre la salud humana
Los contaminantes emitidos por las centrales térmicas afectan negativamente la salud humana. Las partículas y gases tóxicos provocados por la combustión pueden causar enfermedades respiratorias y cardiovasculares. A largo plazo, la exposición a estas sustancias aumenta el riesgo de cáncer.
Los filtros y sistemas actuales han mejorado, aunque sigue siendo necesario desarrollar nuevas tecnologías para minimizar el impacto en la salud y el medio ambiente.
Tipos de centrales térmicas
Existen diferentes tipos de centrales térmicas, dependiendo del combustible empleado y del diseño de la planta.
Centrales térmicas convencionales
Utilizan combustibles fósiles como carbón, fuel oil o gas natural. Aunque son comunes a nivel mundial, su impacto ambiental es considerable debido a las emisiones de gases contaminantes.
Centrales térmicas de ciclo combinado
Las centrales de ciclo combinado son más eficientes que las convencionales. Utilizan turbinas de gas para transformar la energía térmica en mecánica mediante la quema de gas natural. Los gases calientes sobrantes se emplean para generar vapor que alimenta otra turbina de vapor, reduciendo las emisiones.
Centrales térmicas nucleares
Generan energía mediante la fisión nuclear en un reactor, que libera una gran cantidad de energía térmica para convertir el agua en vapor. Aunque no emiten gases de efecto invernadero, presentan riesgos por los residuos radiactivos y posibles accidentes nucleares.
Alternativas y energías renovables
Las energías renovables, como solar, eólica y geotérmica, están ganando terreno. Estas fuentes no producen emisiones de gases de efecto invernadero y son más sostenibles a largo plazo.
Las centrales solares térmicas y geotérmicas ofrecen alternativas similares a las térmicas convencionales, aprovechando fuentes naturales sin los impactos negativos asociados a los combustibles fósiles.
Las mejoras tecnológicas están incrementando la eficiencia y reduciendo costes, lo que permite acelerar su adopción en todo el mundo.
Central de vapor
Las centrales de vapor utilizan un ciclo en el que el agua pasa por una fase de vapor y vuelve a su estado líquido. Es común en las térmicas convencionales.
La tecnología supercrítica ha ganado relevancia, mejorando la eficiencia y reduciendo pérdidas de energía al eliminar los cambios de fase.
Son una de las principales tecnologías en la producción eléctrica, aunque el crecimiento de energías renovables está comenzando su progresiva sustitución.
El sector energético está en una profunda transformación. Las centrales térmicas siguen siendo relevantes, pero las energías renovables ya están tomando la delantera en muchos países, gracias a su menor impacto ambiental y alto potencial de crecimiento.