4.1 LA PLANTA GEOTÉRMICA, TIPOS BÁSICOS SUS COMPONENTES Y SU DISTRIBUCIÓN Producción
de electricidad.
La producción de corriente alterna pasa ineludiblemente por inducir un campo electromagnético en unos bobinados especiales (estator) al girar a gran velocidad otros bobinados en su interior (rotor), creando así una diferencia de potencial que constituye la corriente eléctrica.
Así pues, y simplificando ampliamente el tema, el problema se reduce a conseguir una máquina que obligue a girar el rotor de un alternador a gran velocidad. Esta máquina se denomina turbina y el conjunto es lo que conocemos como turboalternador. turboalternador.
Así pues, y simplificando ampliamente el tema, el problema se reduce a conseguir una máquina que obligue a girar el rotor de un alternador a gran velocidad. Esta máquina se denomina turbina y el conjunto es lo que conocemos como turboalternador. turboalternador.
Para conseguir este giro se utilizan fluidos que deben poseer dos características fundamentales: a) Un caud caudal al acept aceptabl able. e. b) Una presión suficiente. Para garantizar su continuidad en el tiempo, ambos dentro de unos límites relativamente estrictos
Es evidente que ésta es una posible aplicación de la energía geotérmica que provenga de un yacimiento de alta temperatura: la producción de vapor a presión. En primer lugar, es necesario estudiar qué posibilidades ofrece la producción de ese vapor a presión que se puede obtener, en el más estricto de los sentidos, de las entrañas de la tierra.
Para ello, es interesante estudiar en la curva de la Figura el comportamiento del agua sometida a gran presión y temperatura en las citadas profundidades terrestres.
Según se puede apreciar en la grafica, a unos tres km de profundidad, con una presión próxima a los 200 x 10 5 N/m2, el agua permanece líquida hasta el entorno de los 350 ºC - 400 ºC. Cuando se perfora un sondeo hasta esa profundidad y se extrae el agua, en parte por depresión y en parte por bombeo, el agua va perdiendo su presión de confinamiento, por lo cual baja su punto de ebullición, convirtiéndose en vapor.
4.1.1 Clasificación de la producción de electricidad de acuerdo al tipo de circuito de procesamiento del fluido geotérmico En general se pueden mencionar dos tipos de circuitos de procesamiento para el aprovechamiento del recurso geotérmico: a) Circuito abierto b) Circuito cerrado.
a) Circuito abierto. Este es el caso más sencillo de producción eléctrica, en el que el agua de origen geotérmico es absorbida desde el pozo de alimentación, en forma de vapor, hacia una turbina a la que obliga a girar a gran velocidad, perdiendo en el trabajo su energía, que se traduce en una pérdida paulatina de presión y de temperatura, que la devuelven a su estado líquido (aún con la presencia de alguna parte en fase vapor).
con la opción de incorporarla al exterior (vapor a la atmósfera y agua a la red hidrográfica), o bien reinyectarla al acuífero de procedencia o a través del pozo de reinyección, una vez utilizada.
Esta situación, aparentemente sencilla, se complica cuando se estudian con más profundidad las características del vapor. Es prácticamente imposible conseguir que el vapor esté absolutamente seco, lo cual constituye el primer inconveniente para la producción de energía eléctrica. En efecto, las pequeñas gotas de agua que puede arrastrar el vapor, a la presión a la que impactan con los álabes de la turbina, producen un desgaste excesivo, cuando no su ruptura.
Para evitar este extremo, es práctica habitual colocar a la salida del vapor del pozo de alimentación un separador centrífugo de agua, que elimina una buena parte del agua que contenía el vapor. Se dispondría así de un nuevo esquema de funcionamiento.
Un serio inconveniente para el funcionamiento en ciclo abierto es la emisión de vapor a la atmósfera o a los cauces fluviales una vez licuado. La contrapartida es la reinyección en el mismo acuífero del que proviene el vapor, lo que obliga a perforar para ello un pozo, con el consiguiente gravamento económico.
b) Circuito cerrado. Existe una sencilla manera de evitar que el vapor de origen geotérmico circule por el interior de la turbina, como ilustra la Figura. Como puede apreciarse en ella, el vapor de origen geotérmico se emplea para calentar un nuevo fluido, hasta convertirlo en vapor que, ahora libre de impurezas, alimentará en circuito cerrado una turbina.
Esquema de un turboalternador funcionando en ciclo binario. El fluido del circuito secundario es de bajo punto de vaporización
El denominado ciclo binario, además de proteger la instalación de turbinado con las mejoras de rendimiento citadas, es también ampliamente aplicado cuando el yacimiento geotérmico produce una mezcla de agua-vapor a temperaturas inferiores a las que posibilitan disponer de vapor seco.
Son comunes las mezclas de hidrocarburos altamente volátiles como fluidos secundarios (de bajo punto de ebullición), como propano, n-butano, isobutano o isopentano, que funcionan en el rango de los 35 ºC, en la fase fría, a los 150 ºC de la fase caliente, que será la temperatura del agua de origen geotérmico, que aquí se utilizará en calidad de energía calorífica.
4.1.2 Concepto de termodinámica. Recordando algunos concepto termodinámica que son útiles geotermia se tienen: a) Eficiencia térmica.
de en
b) Eficiencia de Carnot. La eficiencia térmica de un ciclo reversible solo depende de las temperaturas de los reservorio.
Temperaturas deben incluirse kelvin
en
c) Eficiencia según la segunda ley de la termodinámica.
d) La eficiencia interna de la turbina es frecuentemente utilizada. Supuestos: 1. Adiabático 2. Sin cambios en Energía Cinética y Potencial. 3. Condiciones de estado estable.
Diagrama presión-entalpia de algunos campos geotérmicos del mundo
4.1.3 Tecnología y ciclos de la plantas geotérmicas a) Tecnología Turbinas
de Vapor: Bocapozo (atmosféricas) Condensación Plantas de Ciclo Binario: Ciclo “Rankine” Ciclo “Kalina” Plantas Hibridas: Combinación anteriores
b) Ciclos Vapor
seco Simple Flasheo Doble Flasheo Rankine Kalina
Turbinas
de vapor.
Turbina a Bocapozo
Planta a BocaPozo.
Unidad 1 a Boca Pozo Berlín, El Salvador
Turbina a Condensación
CICLOS
Vapor seco.
Diagrama T-s para vapor seco
Simple Flasheo
Diagrama T-s para ciclo simple flasheo
Doble flash
Diagrama T-s para ciclo doble flasheo (Entrada de doble presión)
Variante del ciclo doble flasheo
Diagrama T-s para ciclo doble flasheo (Turbinas separadas)
Ciclo Rankine
Ciclo rankine con Torre húmeda
Ciclo rankine con Torre seca
Ciclo Kalina
Ciclo binario
Sistemas Híbridos
EJERCICIO 1. Una central geotérmica de vapor seco tiene una turbina de condensación que consume 16 kg/s de vapor saturado a 18 bar y 207.1ºC y descarga a un condensador a 40ºC; el rendimiento interno de la turbina es del 70% y el electromecánico es del 90%. Calcular la potencia eléctrica generada, el consumo de vapor específico bruto y la potencia térmica disipada en el condensador.
