En una central termoeléctrica, la producción de energía realiza a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en el interior de una caldera. Generalmente, este tipo de instalaciones se denominan centrales termoeléctricas convencionales, para diferenciaras de otras centrales termoeléctricas que, como las nucleares o las solares, generan electricidad también a través de un ciclo termodinámico, pero utilizando fuentes de energía diferentes de los combustibles fósiles y recurriendo a una tecnología muy avanzada mucho más reciente que la aplicada en las centrales termoeléctricas convencionales

Funcionamiento de las centrales termoeléctricas clásicas

Se a cual sea el combustible fósil utilizado (fuel-oil, gas o carbón), las centrales termoeléctricas funcionan según el mismo esquema básico; las diferencias vienen dadas por el peculiar tratamiento que cada uno de los combustibles mencionados experimenta antes de ser inyectado en la caldera. Asimismo, determinadas instalaciones, como los quemadores de la caldera, varían dependiendo de dicho factor.

Uno de los elementos esenciales de una instalación termoeléctrica es el depósito donde se almacena el combustible, ubicado dentro del propio recinto. En las centrales de carbón, el mineral se tritura previamente en molinos, que lo convierten en polvo muy fino; de esta manera, la combustión resulta más fácil. Desde el molino se envía a la caldera mediante chorros de aire precalentado. En las centrales de fuel-oil este componente se precalienta para asegurar su fluidificación; posteriormente proyectado en quemadores especialmente adaptados, cuyo diseño y funcionamiento es diferente si el combustible empleado es gas. Las centrales mixtas disponen instalaciones aptas para quemar indistintamente todo

tipo de combustibles fósiles.

Cuando el gas, el carbón o el fuel-oil ha llegado a la caldera, los quemadores provocan su combustión, como consecuencia de la cual se genera energía calorífica. Esta energía transforma el agua que transita por la vasta red de tubos que componen la caldera en vapor, a elevada temperatura. A continuación, el vapor, a gran presión, penetra en la turbina, integrada por tres cuerpos de alta, media y baja presión unidos a un mismo eje. En el primero de estos cuerpos, el de alta presión, existen centenares de paletas o alabes de pequeño tamaño. En el segundo, los álabes, también numerosos, son mayores. Finalmente, las paletas del cuerpo de baja presión son aun más grandes que las precedentes Con esta gradación de tamaños se aprovecha al máximo la fuerza del vapor puesto que éste va disminuyendo su presión poco a poco; ésta es la razón de que los álabes de la turbina crezcan en tamaño a medida que se pasa de un cuerpo a otro. Antes de que el vapor penetre en la turbina es necesaria su deshumidificación. Si no se sometiera a dicho proceso, las diminutas gotas de agua que transporta en suspensión serían despedidas a gran velocidad contra los álabes, erosionando el mecanismo.

Así pues, el vapor de agua a presión provoca el giro de los álabes de la turbina y genera energía mecánica. Por otra parte, el eje que mantiene unidos los tres cuerpos de la turbina hace girar, a su vez, un alternador que se encuentra conectado a ella, produciendo energía eléctrica. Gracias al empleo de un transformador la energía eléctrica pasa a la red de transporte a alta tensión.

El vapor, cuya presión ha resultado ya muy debilitada, pasa a los condensadores, donde se enfría y se convierte nuevamente en agua. El agua retorna otra vez a los tubos que conforman las paredes de la caldera, reiniciándose así el ciclo productivo.

La protección del medio ambiente

La emisión de residuos a la atmósfera y los propios procesos de combustión que se producen en las centrales termoeléctricas tienen una incidencia importante sobre el medio ambiente. Para tratar de paliar, en la medida de lo posible, los daños que estas plantas provocan en el entorno natural, se incorporan a las instalaciones diverso elementos y sistemas.

El problema de la contaminación es máximo en el caso de las central termoeléctricas convencionales que utilizan como combustible carbón. En las de gas, los niveles de polución son mucho menores, prácticamente inapreciables plantas de gas. Sin embargo, la combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y ácidos de azufre. Uno de los sistemas ideados para red volumen de estas emanaciones es la construcción de chimeneas de gran altura sirven para dispersar las mencionadas partículas en las capas altas de la atmósfera consiguiendo así que su nociva influencia sea mínima. Por otra parte, el empleo de filtros electrostáticos y precipitadores permite la retención de estas partículas les dentro de la propia central.

En las centrales de fuel-oil, la emisión de partículas sólidas es, como se ha indicado, mucho más pequeña. No obstante, ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre y hollines ácidos. El efecto de los primeros puede ser anulado parcialmente a través de diversos sistemas de purificación; los hollines pueden ser neutralizados gracias a la adición de neutralizantes de la acidez.

El proceso de combustión que se verifica en las centrales termoeléctricas constituye una forma de contaminación (contaminación térmica) que puede ser contrarrestada gracias a la instalación de torres de refrigeración. Como se ha indicado el agua que, tras ser convertida en vapor, se emplea para hacer girar la turbina enfriada en los condensadores para volver nuevamente a los conductos de la caldera. La refrigeración se lleva a cabo utilizando el agua del mar o la de a cercano a la instalación; este agua recibe el calor incorporado por el agua de la central que atraviesa los condensadores. Cuando los caudales de los ríos son pequeños, las centrales emplean sistemas de refrigeración en circuito cerrado, a través de torres refrigerantes, para evitar así la contaminación térmica. El agua caliente procedente de los condensadores penetra en la torre a determinada altura. De manera natural, el aire frío asciende de forma continua en la torre. El agua, al penetrar en ella desciende por su propio peso y, en su caída, tropieza con un sistema de rejillas colocadas de tal manera que la pulverizan hasta convertirla en una fina lluvia. Cuando las gotas de agua que caen contactan con la corriente de aire frío ascendente, pierden su calor. El agua enfriada de esta manera retorna a los condensadores por medio de un circuito cerrado; el proceso de producción continúa eliminando los daños medioambientales.

En diversos países se han puesto en marcha proyectos encaminados a aprovechar estos residuos nocivos producidos por la combustión en las centrales termoeléctricas; asimismo, el exceso térmico de estas plantas puede servir para criar minadas especies marinas, cuyo desarrollo se beneficia del aumento de la temperatura de las aguas en las que se desarrollan.

La aplicación de las nuevas tecnologías

La gasificación del carbón in situ o el empleo de maquinaria hidráulica de arranque de mineral y de avance continuo son dos de los procedimientos utilizados para optimizar el aprovechamiento del carbón. Con estos sistemas es posible explotar yacimientos de poco espesor o bien aquellos en los que el mineral se encuentra disperso o mezclado en exceso. La gasificación consiste en inyectar oxígeno en el yacimiento para provocar ¡a combustión del carbón. Así se produce un gas aprovechable para generar energía eléctrica gracias a la instalación de centrales eléctricas en la bocamina. El segundo de los procedimientos mencionados se lleva a cabo lanzando potentes chorros de agua contra las vetas de mineral, para provocar los denominados barros de carbón, que, a través de tuberías, son evacuados fuera de la mina. Por otra parte, puede mencionarse también el sistema de combustión de carbón en lecho fluidificado. Según este método, el carbón se quema en un lecho de partículas inertes (por ejemplo, caliza), a través del cual se hace pasar una corriente de aire que soporta el peso de las partículas, manteniéndolas en suspensión.

Finalmente, cabe citar diversas líneas de investigación con nuevas tecnologías, encaminadas a sustituir el fuel-oíl, en un intento de reducir la dependencia respecto del petróleo.