jueves, 5 de enero de 2012

Termoeléctrica

 Las termoeléctricas en Chile son un tema sumamente polémicas, el gobierno para autorizar la construcción de estas a utilizado el argumento de que debemos acumular energía para el futo, pero ¿la población necesita más energía?¿esta energía es destinada a minoraría o a la ciudadanía? cuales son sus males y beneficios? a continuación daremos respuesta a estas interrogantes.


Una central termoeléctrica es una instalación industrial empleada para la generación de electricidad a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de algún combustible fósil como petróleo, gas natural o carbón. 





Las centrales termoeléctricas están clasificadas en dos tipos:

1-     Clásica o de ciclo convencional, son centrales que utiliza como combustible carbón, petróleo o gas natural para la alimentación de caldera generadora de calor

2-     Ciclo combinado, son centrales modernas que utilizan simultáneamente gas natural, petróleo o carbón para alimentar la turbina generadora de calor
       


















Central Termoeléctrica Ventanas  de 120 MW
Las centrales termoeléctricas están compuestas principalmente por una caldera con intercambiador de calor y chimenea escape de gases, una torre de enfriamiento, una turbina y un generador compuesto  por un estator y un rotor, el cual se mueve generando un campo electromagnético dando origen a tensión o voltaje que luego pasa por la etapa de rectificación y elevación con los transformadores de poder.
El esquema básico de funcionamiento de todas las centrales térmicas convencionales es prácticamente el mismo, independientemente de que utilicen carbón, petróleo o gas.
Las únicas diferencias sustanciales consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y el diseño de los quemadores de la misma, que varía según el tipo de combustible empleado.
El vapor de agua se bombea a alta presión a través de la caldera, a fin de obtener el mayor rendimiento posible. Gracias a esta presión en los tubos de la caldera, el vapor de agua puede llegar a alcanzar temperaturas de hasta 600 ºC (vapor recalentado).
Este vapor entra a gran presión en la turbina a través de un sistema de tuberías. La turbina consta de tres cuerpos; de alta, media y baja presión respectivamente.
El objetivo de esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente. Así pues, el vapor de agua a presión hace girar la turbina, generando energía mecánica.
Hemos conseguido transformar la energía térmica en energía mecánica de rotación.
El vapor, con el calor residual no aprovechable, pasa de la turbina al condensador. Aquí, a muy baja presión (vacío) y temperatura (40ºC), el vapor se convierte de nuevo en agua, la cual es conducida otra vez a la caldera a fin de reiniciar el ciclo productivo.
El calor latente de condensación del vapor de agua es absorbido por el agua de refrigeración, que lo entrega al aire del exterior en las torres de enfriamiento.
La energía mecánica de rotación que lleva el eje de la turbina es transformada a su vez en energía eléctrica por medio de un generador asíncrono acoplado a la turbina.
















Para entender mejor, la cantidad de energía que produce una termoeléctrica, debemos  comprender que es un “watt”, un Watt es una unidad de energía o potencia eléctrica equivalente a 1 joule/segundo, un Megawatt (MW) es equivalente a un millón de watts.
la mayoría de la energía producida por la termoeléctricas, hidroeléctricas etc, va destinada a las mineras y demás industrias ya que la cantidad de energía que consume la población esta cubierta por varios años mas. Una casa chilena promedio consume aproximadamente 10 amperes que equivalen a 2.200 watts y una central minera promedio consume 4.000 a 5.000 amperes de alta tensión cuya potencia depende de la tensión de servicio, si se transforma a baja tensión, esta minera consume aprox 10.000 amperes. Ósea que la energía que consume una minera equivale al consumo de 1000 hogares chilenos promedios.

La combustión de carbón (C + Oflecha CO2 ) u otros combustibles fósiles, genera emisiones de partículas, gases y metales.
Todos estos agentes o mezcla de agentes tienen conocidos y comprobados efectos negativos para la salud de la población expuesta y el ambiente. El problema de la contaminación es máximo en el caso de las centrales termoeléctricas convencionales que utilizan como combustible carbón. Además, la combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y ácidos de azufre que contaminan en gran medida la atmósfera.
] En las de fueloil[1] los niveles de emisión de estos contaminantes son menores, aunque ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre y hollines ácidos, prácticamente nulos en las plantas de gas.
En todo caso, en mayor o menor medida todas ellas emiten a la atmósfera dióxido de carbono, CO2 que al reaccionar con H2O forma CO3H2 lo que nos causa la llamada lluvia acida, la cantidad emitida depende del combustible, y suponiendo un rendimiento del 40% sobre la energía primaria consumida. A continuación se presentará la cantidad de emisiones según el combustible.
Combustible
Emisión de CO2
kg/kWh
0,44
0,71
Biomasa (leña, madera)
0,82
1,45

Hasta la fecha de hoy se dispone de 21 termo eléctricas de las cuales  17 están operando en el país, esta termoeléctricas tiene una potencia mayor a 50 MWt que en conjunto genera más de 3500 MW.
Según estudios realizados por el MINSAL departamento de medio ambiente, no hay registro determinado de cuanta superficie afectan las emisiones de las termoeléctricas, ya que, estas dependen de las condiciones meteorológicas y geográficas del lugar.

Ya planteado el problema, especificaremos y analizaremos la parte financiera de las termoeléctricas, la facilidad de invertir en una de estas.
Independiente de cuál sea el combustible utilizado ya sea, carbón, petróleo o gas natural, el funcionamiento de este tipo de centrales es casi el mismo.  La diferencia que existe es el tratamiento previo del hidrocarburo que sufre antes de ir a la caldera.
Los costos están relacionados directamente con el rendimiento de cada empresa, estos serian menores si la conservación de los equipos es permanente.  Estos costos son fijados por la cantidad de inspecciones y revisiones que le son evaluadas a la empresa, a estos hay que considerarle el costo de la mano de obra, los costos de los materiales y herramientas, entre otras.
Los valores aproximados a la instalación y los costos de operaciones necesarios para generar un kWh de energía, varían debido al alza de los combustibles y de los gases.
(1)
Tipo de Generación


Inversión
 US$=kWh
Hidroeléctrica

1000-2000
Termoeléctrica Ciclo Combiando Gas

400-500
Termoeléctrica Vapor-Carbón

900-1100
Termoeléctrica Vapor-Petróleo

900-1000
Termoeléctrica Diesel

300-900
Termoeléctrica Turbina Gas Petróleo

300-500







 (2)


En la tabla anterior (1) nos podemos dar cuenta que las termoeléctricas son destacablemente más económicas que las hidroeléctricas. Por eso el gobierno
estaría optando por este tipo de energía, debido al bajo costo de instalación e inversión.
Pero como sabemos, los costos de las termoeléctricas varía por la inversión que se realiza en los combustibles, pero todo depende ya que el precio de estos combustibles no son fijos. En la tabla (2) se muestran las distintas centrales con los costos y tipos de combustibles, su potencia y su consumo.

Central
Potencia MW
Tipo de Combustible
Consumo Especifico Kg/KWh
Costos de Combustibles
US$/ton
Petropower
59.1
C. de Petróleo
0.313
0.00
Huasco
13.3
Carbón
0.740
74.65
Laguna Verde
52.7
Carbón
0.850
77.94
Diego de Almagro
46.0
Diesel
0.337
373.83
Turbinas El Indio
18.0
Diesel
0.264
369.38
E. Verde TG25MW
25.0
Diesel
0.309
427.38
Ampliación Arauco
24.0
Fuel
0.297
177.0
Renca
92.0
Diesel
0.362
348.23

La actividad de control del mantenimiento en la empresa, exige un rigor científico-técnico, pues de lo contrario puede que se desacredite y puede llegar a provocarle problemas en el desarrollo de su actividad productiva[l1] .

¿Que y cuantos contaminantes genera una termoeléctrica?
La quema de carbón es una causa  principal de smog, lluvia acida, calentamientos globales y tóxicos atmosféricos, se estima que en un año promedio una planta típica a carbón de 500mw  genera:
  • 3 700 000 ton de dióxido de carbono, causa antrópicas del calentamiento global
  • 10 000 ton de dióxido de azufre, que causa lluvia acida que daña bosques, lagos y edificios, y forma pequeñas partículas que pueden penetrar profundo en los pulmones
  • 500 ton de pequeñas partículas aéreas, que causan bronquitis crónica, agravamiento de asma y muerte prematura, así como niebla que reduce la visibilidad
  • 10 200 ton de oxido de nitrógeno, tanto como emitirían medio millón de autos viejos.
  • 720 ton de monóxido de carbono, que causa dolores de cabeza y pone estrés  adicional a la gente con problemas cardiacos.
  •   170 libras de mercurio, de las que basta 1/70 de cucharadita de vaciado en un lago de 8      hectáreas para que el pescado sea inseguro para ingerir
  • 225 libras de arsénico, que causara cáncer en una de cada cien personas que beban agua conteniendo solo 50 partes por cada mil  millones
Hoy existe una gran preocupación, tanto de las autoridades, como de sus habitantes en general, por los variados impactos que genera la actividad de obtención eléctrica por medio de las centrales térmicas en el territorio y las personas residentes en los lugares en las que estas centrales se encuentran.
Según la SEREMI de Salud se dispone de suficiente evidencia que demuestra que la exposición de las personas a  los contaminantes emitidos  por termoeléctricas, determinan efectos perjudiciales para la salud.
 Continuación se presentará a las termoeléctricas en funcionamiento y las emisiones al ambiente.

NOMBRE
COMBUSTIBLE
EMISIONES
Termoeléctrica Tarapacá
Carbón y Disel
NOx, SO2, CO, MP, Hidrocarburos metánicos y no metánicos.
Central térmica Atacama
Gas Natural y Diesel
Nox y O3 cuando se use gas natural .PM10 y CO cuando se use Diesel.
Norgener.S.A
Carbón y Petcoke
PM10,NO2,Sox, se establecen emisiones máximas para SO2 y material particulado.PM, V, Ni y As
Central termina Tocopilla
Carbón, petcoke /gas natural
PM10, NO2, Sox, se establecen emisiones máximas para SO2 y material particulado. PM, V, Ni y As 
Central térmica  mejillones
Gas natural
MP10, NO2, SO2, O3; monitorear emisiones de MP10, V, Ni y As
Termoeléctrica Taltal
Gas natural
O3, NO, NO2, y NOx totales.  Además se incluye monitoreo de NOx y  O2 en la chimenea.
Termoeléctrica guacolda
Petcoke, Carbones, Petróleo Diesel y Petróleo 6
PM10, SOx, SO2,  NOX  CO, O3
Termoeléctrica San Isidro
Gas Natural P. Diesel
SO2, PM10, y NOx, CO ,O2, NO2, ,COV,MP
Complejo Termoeléctrico Nehuenco
Gas Natural y Diesel
SOy PM 10,NO2, CO, HC,
Central Termoeléctrica Ventanas
Gas Natural y Diesel
limita las emisiones de MP  y  SO2
Central Termoeléctrica Laguna Verde
carbón
limita las emisiones de MP  y  SO2
Central Candelaria
Gas Natural y Diesel
 Se establece límite de emisiones para Nox, CO y MP ,PM10, SO2, NO2, O3 , HCNM y CH4
C.T. Bocamina
Carbón, Diesel y Petróleo Combustible
PM10, NOx y O3
Central Coronel
Carbón, Diesel y Petróleo Combustible
PM10, NOx y O3
Petropower Energía Ltda.
Petcoke
SO2,NOx y MP
Antilhue
Diesel
SO2,  NOX  CO, O3 , PM 10
Nueva Renca
Gas Natural y Diesel
PTS, NOX1, SO2, HCT, HCNM y CO para Nueva Renca (ciclo combinado)

Estas emisiones causan principalmente los siguientes efectos:
NO2: irritante respiratorio
NOx: irritante respiratorio
COV: psiquiátricos: irritabilidad, dificultades de concentración, dificultades respiratorias, algunos son carcinogénicos (como el benceno)
SOx y el S02: producen daño respiratorio; en niños, puede producir enfermedad aguda, que se manifiesta por una tos seca y fiebre, y, en casos extremos, puede producir la muerte por asfixia. Ejemplo: niños de la escuela La Greda, Puchuncaví.
Hg: efecto neurotóxico, daño cardiovascular, traspasa la barrera hematoencefálica en el feto en desarrollo, con daños cognitivos.
O3: la exposición de corta duración puede afectar de forma temporal a los pulmones, el tracto respiratorio y los ojos, mayor susceptibilidad a los alérgenos respiratorios. A largo plazo puede provocar una disminución de la función pulmonar e incrementar el riesgo de asma.
CO: los síntomas más evidentes son dolor de cabeza, mareo, debilidad, náusea, vómitos, dolor de pecho y confusión. Puede producir desmayos y la muerte.
V: irritante pulmonar, tos, dolor de garganta e irritación de los ojos.
Ni: cancerígeno comprobado, aumenta el riesgo de cáncer pulmonar y nasal, bronquitis crónica, reducción de la función pulmonar
As: cancerígeno comprobado, mayor riesgo de cáncer pulmonar, vejiga, daño respiratorio, dérmico.
HCNM, HCM, HCT, HC: daño respiratorio
MP, MP 2,5 y MP 10: daño respiratorio, cardiovascular, reproductivo. Afecta a todos los sistemas, puede llevar adsorbido a los metales u otros elementos tóxicos. 

Debe considerarse que las termoeléctricas emiten estos contaminantes de manera simultánea, con diferentes concentraciones, por lo que los efectos de cada uno de ellos podrían potenciarse y generar un mayor daño en la salud. Todos estos efectos son mayores en niños, mujeres embarazadas,  personas mayores, y otras que tengan enfermedades previas.
Entre las emisiones mencionadas hay tres reacciones químicas que generan gran impacto ambiental y las que creemos más relevantes:
CO2 +H2O      CO3H2
SO2+H2O          SO3H2
SO2+2H2O  SO4H2
La reacción entre el dióxido de carbono más agua + la reacción entre los ácidos de azufre más agua  producen ácidos  los cuales causan la  lluvia acida, esto es a causa que el gas se mantiene en la atmósfera y cuando llueve la lluvia cae junto a este gas convirtiéndolo en un acido altamente corrosivo que deteriora inmuebles, monumentos, afectando también la flora y fauna.
Reacción complementaria:
C + Oflecha COel carbón más el oxigeno generan dióxido de carbono, este fenómeno es totalmente normal e inofensivo, pero por causa de la deforestación y ausencia de la masa verde este producto no es absorbido por las plantas por tanto el exceso de co2 se mantiene en la atmósfera y al reaccionar con agua se convierte en acido carbonilo lo cual es altamente perjudicial al ambiente.


Recursos:
Ir al MINSAL y pedir permiso a un funcionario de identidad protegida para entrar a la base de datos.
Cuestionario a la bioquímica Mónica Kurte.
Entrevista a Armando Hultazo ingeniero civil electrico.
Documentos de Sandra Cortés 27/11/12 ‘‘Plan de seguimiento de CentralesTermoeléctricas’’
Las paginas: “www.termoelectica.com; “www.icarito.cl”




Glosario:

TON/AÑO: número de toneladas emitidas durante un año
NO2: óxido de Nitrógeno
NOx: otros óxidos de  Nitrógeno
COV: compuestos orgánicos volátiles, butano, propano, xileno, alcohol butílico, metiletilcetona, acetona, etc.

SOx: óxidos de Azufre
SO2: dióxido de Azufre
Hg: Mercurio
PCDD/F.: corresponde a compuestos llamados dioxinas (policlorodibenzo-p-dioxinas, PCDD) y furanos (policlorodibenzofuranos, PCDF)
O3: ozono
CO: monóxido de Carbono
V: metal, Vanadio
Ni: metal, Níquel
As: metaloide, Arsénico
HCNM: hidrocarburos no metánicos
HCM: hidrocarburos metánicos
HCT: hidrocarburos totales
HC: hidrocarburos
MP: material particulado
MP 2,5: Material Particulado conformado por partículas con un diámetro menor a 2,5 micrones
MP 10: Material Particulado conformado por partículas con un diámetro menor a 10 micrones
Emisiones fugitivas: corresponde a las emisiones atmosféricas que no son controladas
Metaloides: corresponde a  los elementos químicos que tienen las propiedades de los metales y no metales. Pueden ser  brillantes  y su forma puede cambiar fácilmente. Generalmente son conductores de calor y de electricidad, de mejor manera que los no metales, y no tan bien como los metales. Ejemplos: flùor, cloro, bromo, yodo, azufre, selenio, telurio, nitrógeno, fósforo, arsénico, carbono, silicio y boro.
Petcoke: carbón generado del proceso de destilación del petróleo.






[1] Combustible líquido derivado del petróleo bruto.



Conclusiones:
En el área de Matemática hemos concluido que la energía producida por las termoeléctricas es medida mediante Watt y en Joules las cuales están fuertemente ligadas con la Potencia producida, nos dimos cuenta y concluimos que las formulas para sacar la producción y potencia que realizan los centros energéticos son totalmente necesarias para verificar si estas están ganando o perdiendo dinero, también para que se den cuenta de las falencias existentes en las centrales; a la vez descubrimos que todo el tema de las termoeléctricas y su producción y contaminación es un circulo vicioso ya que mientras más producción, más watt, mas consumo y más contaminación al ambiente. También hemos comprobado que la instalación y mantenimiento de las termoeléctrica son bastantes más económicas que otros tipos de producción energética.
En el área de física al finalizar el trabajo, concluimos que las centrales de energía tienen un mecanismo complejo, pero es aun mas complejo el transporte de esta a la ciudad. de pasar de alta tensión a baja tensión, además de que estas la energía que producen, va mayoritariamente  alas industrias o mineras que son las que mas consumen y que muchas de estas se construyen para las mineras ya que existe energía suficiente para mantener a la población por muchos años. Aprendimos lo que eran los amperes y descubrimos que por ejemplo la casa de Natalie Hultazo no es como las demás ya que tiene 25 amperes y el promedio es de 10.
Y bioquímicamente aprendimos que debido a las reacciones químicas producidas por el proceso de las termoeléctricas existe un  real impacto biológico, ya que todas las emisiones químicas y reacciones generan a la salud y el ambiente un gran daño recargando los procesos naturales como sucede con el CO2 que es una reacción totalmente natural, pero debido a la producción en exceso se vuelve perjudicial formando lluvia acida.



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