1. Fsica y TecnologaEnergtica9 - Mquinas Trmicas.Motor de vapor. Turbinas. 2. Mquina de vapor de Newcomen (1712) Cuando se hierve agua su volumen se expande 1000 veces y puedeempujar un pistnEs necesario enfriar el vapor para que el pistnvuelva a bajar< 0,2% 3. Maquina de vapor de Watt El vapor caliente entra alternativamente por ambos ladosgenerando un movimiento de vaivn del pistnEs necesario enfriar el vapor a la salida para aumentar la eciencia < 10 % 4. Maquinas de vaporRpidamente se adaptan a todo tipo de maquinaria y revolucionan el transporte con la aparicin del ferrocarril y el barco de vaporProtagonizan la revolucin industrial 5. Turbina de vaporEstator EstatorRotorRotorLos labes del estator dirigen los chorros de vapor sobre las paletas del rotor impulsndolas y generando as su rotacin.Para extraer una parte apreciable de la energa del vapor hacen faltamuchos rotores en serie 6. Turbinas de vapor 7. Turbina de vaporSegn el vapor va perdiendo presin se le hace pasar por distintasturbinas, especcamente diseadas para cada rango de presiones VaporTurbina de alta presinTurbina de presin mediaTurbina deVaporbaja presin VaporSalida 8. Turbina de vapor. Ciclo de Rankine Caldera TurbinaWQent CondensadorBombaQsalWbP lquido gas T lquidogas 5 23 4 53 4 W Wb Qsal + Wb 2 = =1 30%6 6QentQent 1 1El ciclo es parecido al de CarnotV S 9. Centrales trmicasTurbinaGeneradorCaldera Torre de conveccinEmpleando turbinas de vapor puede generarse energa elctrica a partir de cualquier combustible o fuente de calorT lquido gasRecalentando el vapor varias veces se aumenta la eciencia = 40% Caldera TurbinasS 10. Central trmica1 Carbn2 Tolva3 Pulverizador4 Caldera5 Cenizas6 Precalentador7 Precipitador electrosttico8 Chimenea9 Turbina10 Condensador11 Transformadores12 Torres refrigeracin13 Generador14 Lnea alto voltaje 11. Turbina de Gas Turbo reactor Se comprime el aire en un compresor En la cmara de combustin se une al combustible namente inyectado que entra en ignicin. Se expande atravesando la turbina, que mueve el compresorTurbina Combustion Compresor En un turboreactor se obtiene un chorro de gas caliente a alta velocidad En una turbina de gas se obtiene el trabajo de rotacin de la turbina 12. Turbina de gas - Turboreactor 13. Turbina de gas 14. Turbina de gas 15. Turbina de gas. Ciclo de Brayton CombustinCompresor TurbinaGenerador La eciencia terica del cicloPT3depende de la relacin entre las2 3 presiones mxima y mnima.2 14 P1 4 =11 1 P2 VSSe consiguen valores ~ 25% 16. Turbina de gas Es necesario un motor externo para ponerlas en funcionamiento Una vez funcionando se puede variar la potencia muy rpidamente, variando laentrada de combustible. Puede usar cualquier combustible fcilmente vaporizable o gaseoso. En especial gasnatural. El gas en la cmara de combustin alcanza temperaturas superiores a los 1000 C El gas de salida de la turbina est todava caliente pudiendo tener 300 - 500 C La eciencia mejora si empleamos un regenerador para calentar el aire de entradaempleando el gas de salida. Esto aumenta la diferencia de temperaturas y presiones Se pueden alcanzar eciencias~ 30% Regenerador Combustin Compresor TurbinaGenerador 17. Complejo de turbinas en una central alternador reductor de trifsicocompresor velocidad excitador cmara decombustinturbina motor dearranque recalentadorrefrigerador turbinacompresorcompresor cmara decombustin motor de arranquerefrigerador 18. Centrales de ciclo combinado El gas de salida de una turbina de gas est todava bastante caliente ( 500 C ) yconserva la mayor parte del Oxgeno del aire ( 80% ) Se puede emplear bien para generar vapor directamente o bien como el aire deentrada en la caldera de una turbina de vapor Aire100C Gas naturalVapor Energa ElctricaEnergaElctrica540CTurbina vapor AlternadorAlternador Turbina gas Caldera de recuperacinCon el ciclo combinado pueden alcanzarse eciencias energticas = 50% Agua de alimentacin 19. Central limpia de carbn con ciclo combinadoPlanta deEl gas se genera encarbnla propia central SyngasLimpieza Syngas = CO + H2 carbn de gasesPlanta deoxigeno Vapor AguaPartculas Combustor GeneradorLimpiezaSyngasAzufreAireVapor APAcido Turbina GasGasesResiduosSulfricocalientesGenerador vapor GeneradoVapor r Turbina Vapor 20. Centrales trmicas de electricidadEn una central que disponga de varias turbinas de gas y de vapor en ciclo combinado : Se puede generar electricidad a partir de cualquier combustible. Gas natural, Carbn, Fuel, Biomasa, Basuras, Geotrmica, Nuclear, Solar trmica. Se pueden proporcionar las puntas diarias del consumo elctrico empleando las turbinasde gas La eciencia mejora con el tamao y la potencia generada50%MW200 1000 21. Cogeneracin En la industria y en el hogar necesitamos obtener trabajo y calor Las mquinas trmicas necesariamente ceden calor Qperdido Q1M WQ2Q2Empleando un proceso de cogeneracin claramente la eciencia del usode la energa es mayor Q1 MW Q2Las centrales termoelctricas pueden alimentar un sistema de calefaccin centralLas industrias que necesiten calor o vapor caliente pueden generar electricidad previamente 22. Planta de Cogeneracin con Ciclo Combinado