thumb|upright=1.35|La central eléctrica de Bełchatów de 5.400nbsp;MW en Polonia es una de las centrales eléctricas de carbón más grandes del mundo. thumb|upright=1.35|Porcentaje de producción de electricidad a partir de combustibles fósiles Una central eléctrica de combustibles fósiles es una central térmica que quema combustibles fósiles, como el carbón, petróleo o gases naturales, para producir electricidad. Las centrales eléctricas de combustibles fósiles utilizan maquinaria para convertir la energía térmica de la combustión en energía mecánica, para alimentar un generador eléctrico. El motor principal puede ser una turbina de vapor, turbina de gas o, en plantas pequeñas, un motor de gas alternativo. Todas las plantas utilizan la energía extraída de la expansión del gas caliente, ya sea vapor o gases de combustión. Existen diferentes métodos de conversión de energía, sin embargo todos los métodos de las centrales tienen su eficiencia limitada por la eficiencia de Carnot y, por lo tanto, producen calor residual.

Las centrales eléctricas de combustibles fósiles proporcionan la mayor parte de la energía eléctrica utilizada en el mundo, alrededor del 80%Quemada, José María Marín, and Enrique San Martín González. "El futuro de los combustibles fósiles." Carbón 27.21 (2011): 34.. Algunas centrales eléctricas de combustibles fósiles están diseñadas para operar de forma continua como centrales principales, mientras que otras se utilizan como centrales de punta.

Los subproductos de la operación de las centrales eléctricas de combustibles fósiles deben considerarse a través de su diseño y operación. Los gases de combustión de estos combustibles contienen dióxido de carbono y vapor de agua, así como contaminantes como óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx)Alonso, José Amestoy. El Planeta Tierra en peligro: Calentamiento Global, Cambio Climático, Soluciones. Editorial Club Universitario, 2013. y, en el caso de las centrales de carbón, mercurio, trazas de otros metales y cenizas volantes. Normalmente, todo el dióxido de carbono y parte de los demás contaminantes se descargan a la atmósfera. Las cenizas sólidas de las calderas de carbón también deben eliminarse.

Conceptos básicos: Calor en energía mecánica En una central eléctrica de combustibles fósiles, la energía química es almacenada en combustibles fósiles como el carbón, el aceite de combustible, el gas natural o el esquisto bituminoso, mientras el oxígeno del aire, se convierte sucesivamente en energía térmica, energía mecánica y, finalmente, energía eléctrica. Cada central eléctrica de combustibles fósiles es un sistema complejo con destino único. Se pueden construir múltiples unidades generadoras en un mismo emplazamiento para un uso más eficiente del terreno, los recursos naturales y la mano de obra. La mayoría de las centrales térmicas del mundo utilizan combustibles fósiles, superando en número a las centrales nucleares, centrales geotérmicas, de biomasa o las centrales de energía solar concentrada

La segunda ley de la termodinámica establece que cualquier ciclo cerrado solo puede convertir una fracción del calor producido durante la combustión en trabajo mecánico. El resto del calor, llamado calor residual, debe liberarse a un entorno más frío durante la fase de retorno del ciclo. La fracción de calor liberada a un medio más frío debe ser igual o mayor que la relación entre las temperaturas absolutas del sistema de refrigeración y la fuente de calor (horno de combustión). La elevación de temperatura del horno mejora la eficiencia, pero complica el diseño, principalmente por la selección de las aleaciones utilizadas para su construcción, lo que encarece el horno. El calor residual no puede convertirse en energía mecánica sin un sistema de refrigeración más frío. Sin embargo, puede utilizarse en plantas de cogeneración para calentar edificios, producir agua caliente o calentar materiales a escala industrial, como en algunas refinerías de petróleo y plantas de síntesis química.

Las centrales prácticas de combustibles fósiles funcionan como motores térmicos, su eficiencia puede expresarse como su tasa de calor, expresada en BTU/kilovatio-hora o megajulios/kilovatio-hora. Pero no pueden superar el límite del ciclo de Carnot para la conversión de energía térmica en trabajo útil. Mientras tanto, las pilas de combustible no tienen los mismos límites termodinámicos, ya que no son motores térmicos.

Tipo de Centrales

Centrales de vapor En centrales eléctricas de turbina de vapor, el combustible se quema en un horno y los gases calientes fluyen a través de una caldera. El agua se convierte en vapor en la caldera; se pueden incluir etapas de calentamiento adicionales para sobrecalentar el vapor. El vapor caliente se envía a través de válvulas de control a una turbina. A medida que el vapor se expande y se enfría, su energía se transfiere a los álabes de la turbina, que hacen girar un generador. El vapor residual tiene baja presión y contenido energético; este vapor de agua se alimenta a través de un condensador, que extrae el calor del vapor. El agua condensada se bombea a la caldera para repetir el ciclo.

Las emisiones de la caldera incluyen dióxido de carbono, óxidos de azufre y, en el caso del carbón, cenizas volantes provenientes de sustancias no combustibles presentes en el combustible. El calor residual del condensador se transfiere al aire o, en ocasiones, a un estanque, lago o río de enfriamiento.

Centrales de gas

Turbina y generador Un tipo de central eléctrica de combustibles fósiles utiliza una turbina de gas junto con una caldera de recuperación de vapor residual. Esta, se denomina central eléctrica de ciclo combinado porque combina el ciclo Brayton de la turbina de gas con el ciclo Rankine de la caldera de recuperación de vapor residual. Sus turbinas se alimentan con gas natural o aceite combustible.

Combustibles

Carbono El carbón es el combustible fósil más abundante del planeta y se utiliza ampliamente como fuente de energía en centrales térmicas, además de ser un combustible relativamente barato. El carbón es un combustible impuro y produce más gases de efecto invernadero y contaminación que una cantidad equivalente de petróleo o gas natural.

Gas natural El gas es un combustible muy común y ha sustituido prácticamente al carbón en algunos países. En ocasiones, las centrales térmicas de carbón se rehabilitan para utilizar gas natural y reducir las emisiones netas de dióxido de carbono. Las centrales térmicas de petróleo pueden convertirse en gas natural para reducir los costes operativos.

Petróleo El aceite de combustible pesado fue una fuente importante de energía para la generación de electricidad. Tras el aumento del precio del petróleo en la década de 1970, el petróleo fue reemplazado por el carbón y, posteriormente, por el gas natural. El petróleo destilado sigue siendo importante como combustible para las centrales eléctricas con motores diésel, especialmente en comunidades aisladas sin conexión a la red eléctrica. Las centrales eléctricas con turbinas de gas también pueden utilizar combustibles líquidos, especialmente para servicios de emergencia. De las tres fuentes de combustibles fósiles, el petróleo ofrece las ventajas de un transporte y manejo más fácil que el carbón sólido, y de un almacenamiento más sencillo que el gas natural.

Combinación de calor y poder La cogeneración consiste en el uso de una central térmica para generar tanto energía eléctrica como calor. Esta tecnología se utiliza no solo para calefacción doméstica, sino también para procesos industriales, que a menudo son de alta temperatura.

Impactos en el medioambiente Dióxido de carbono El dióxido de carbono es el mayor producto dañino de las centrales eléctricas. Las emisiones de carbono llegan hacer aproximadamente alrededor de 8 mil millones al año. Debido a su masiva producción y sus propiedades físicas, el dióxido de carbono llega a afectar los niveles de temperatura de los océanosCaballero, Margarita, Socorro Lozano, and Beatriz Ortega. "Efecto invernadero, calentamiento global y cambio climático: una perspectiva desde las ciencias de la tierra." Revista digital universitaria 8.10 (2007): 1-12., el aire, la tierra, y la producción de lluvias torrenciales.

Lluvia ácida La lluvia ácida se produce por la emisión de óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre. Estos gases pueden ser ligeramente ácidos, pero al reaccionar con la atmósfera, crean compuestos ácidos como el ácido sulfuroso, el ácido nítrico y el ácido sulfúrico, que se precipitan en forma de lluvia, de ahí el término, lluvia ácida.

Materia particulada La materia particulada incluye producto sólido y líquidos de tamaños tan pequeños que son esparcidos a través del aire atmosférico. Algunos de sus efectos incluye, el impacto a los sistemas respiratorias. Su aspersion puede llegar afectar a los adultos e infantes. Causando la dificultad respiratoria, degradación de las funciones pulmonarias, y la extensión de otras materias dañinas en las vías respiratoriasi Tortajada, J. Ferrís, et al. "Enfermedades asociadas a la polución atmosférica por combustibles fósiles. Aspectos pediátricos." Rev Esp Pediatr 57.3 (2001): 213-225.

Aguas residuales Los recursos de agua son utilizados en las centrales eléctricas para el calentamiento que se produce en ellas. Su uso lleva a contaminaciones en el agua que es descartada mediante su uso. Esta agua contaminada pueded llegar a ríos y los mares.

Eliminación progresiva de las centrales eléctricas de combustibles fósiles La eliminación progresiva de las centrales eléctricas es debido a sus efectos ambientales. La solución más clara es reducir extremadamente la producción de gases que dañan la tierra. Sin embargo, esto requiere la mucha coordinación entre gobiernos y países industriales.Barboza Lizano, Óscar. "Calentamiento Global:“la máxima expresión de la civilización petrofósil”." Revista del CESLA. International Latin American Studies Review 16 (2013): 35-68.

Anteriormente, ha habido discusiones oficiales sobre como reducir los efectos que causan el calentamiento global. Uno de ellos siendo las emisiones de dióxido de carbono causadas por las centrales eléctricas. El Panel de las Naciones Unidas han propuesto múltiples planes para prevenir el aumento de temperatura debido a los incrementos de niveles de carbono, en el 2015 y 2019. Sin embargo, debido a los extensivos niveles de dióxido de carbono es difícil reducir estos niveles a través de solo una fuente. Así que se han propuesto alternativas como el uso de bioenergía, y la reforestación intensa entre otras.

Alternativas adicionales al uso de combustibles fósiles incluyen las fuentes renovable, que dependen en recursos naturales para generar energía. Por ejemplo, el uso de panales solares, las turbinas de aire, y las presas hidráulicas. Actualmente, existen países que usan de este tipo de generación eléctrica. Sin embargo en muchas comunidades hace falta más información y énfasis sobre los efectos de las centrales eléctricas en el medio ambiente y como afecta sus vidas de día a día. Explora páginas addicionales

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Referencias

Categoría:Centrales eléctricas de combustibles fósiles Categoría:Tecnología de la central eléctrica