'Una central térmica es una central eléctrica en la que la energía térmica se convierte en energía eléctrica. En la mayor parte del mundo, el motor principal es impulsado por vapor. El agua se calienta, se convierte en vapor y hace girar una turbina de vapor que impulsa un generador eléctrico.
¿Por qué se elige H2O? ¿No debería usarse un líquido con un punto de ebullición más bajo?
Además, ¿por qué no se pueden usar las siguientes configuraciones? ¿Todos ellos han sido debidamente considerados?
1) Líquido en expansión: en esta configuración, un líquido elegido se calienta, se expande y se usa para empujar pistones, sin que hierva. Como un líquido es difícilmente comprimible, ¿no debería la expansión generar una presión tremenda? Además, no hay calor latente involucrado.
2) Expansión de un sólido vacío con picos en un líquido: en esta configuración, un sólido vacío especialmente diseñado se calienta en un líquido para dar lugar a un gran aumento de volumen. El líquido luego empuja un pistón.
3) Tiras bimetálicas equilibradas fuertes: en esta configuración, se utilizan tres juegos de tiras/varillas bimetálicas para empujar un pistón cuando se enfría (y se doblan cuando se calienta).
4) Expansión de hielo: en esta configuración, el H2O congelado en regiones frías, naturales o artificiales, se expande en aproximadamente un 9% y se usa para empujar pistones.
Líquido en expansión: la expansión por unidad de energía es pequeña en comparación con la expansión en la transición de fase de líquido a gas.
Sólido en expansión: incluso peor que líquido en expansión
Tiras bimetálicas: muy poca capacidad de transferencia de energía y largo ciclo de enfriamiento.
Hielo: ver "sólido en expansión" arriba.
La siguiente mejor opción después de la conversión de (cualquier) líquido a gas es la expansión gaseosa directa como se hace en los motores de combustión interna; el último es mucho menos eficiente.
En cuanto a la elección del agua: está fácilmente disponible, es relativamente no tóxica y hierve a una temperatura razonable: no muy caliente, pero no tan baja como para hervir, digamos, a temperatura ambiente.
Por lo general, las centrales eléctricas de gas modernas utilizan ciclos combinados y se prevé que alcancen una eficiencia térmica superior al 61 % , que, según mi conocimiento, es mucho más alta que cualquier tecnología contemporánea. La primera etapa se basa en la expansión de gas térmico similar a un motor a reacción, la segunda etapa que opera a una temperatura más baja es el ciclo de vapor clásico. Así que la respuesta es sí .
Wikipedia también enumera tecnologías alternativas a la turbina de gas en la primera etapa: "Otros ciclos combinados históricamente exitosos han utilizado ciclos calientes con turbinas de vapor de mercurio, generadores magnetohidrodinámicos o celdas de combustible de carbonato fundido, con plantas de vapor para el ciclo de 'toque fondo' de baja temperatura".
Sería mejor un líquido con un punto de ebullición más bajo, sin embargo, el punto de ebullición aún debe estar por encima de la temperatura ambiente, y simplemente no hay líquidos disponibles con su punto de ebullición a una temperatura mejor y sin otras desventajas.
Los líquidos con un punto de ebullición a temperatura más baja se utilizan en la generación de energía térmica cuando la temperatura alta es más baja que en las plantas regulares alimentadas con gas o carbón, por ejemplo, plantas geotérmicas o solares. Aquí se suele utilizar un hidrocarburo líquido, y esta tecnología se conoce como ciclo de rankine orgánico . Los hidrocarburos son buenos porque puedes diseñarlos para que tengan cualquier punto de ebullición que desees, pero no son una buena opción para las centrales eléctricas regulares porque comienzan a descomponerse a altas temperaturas.
También hay investigaciones sobre el CO supercrítico turbinas accionadas, sin embargo, AFAIK eso no se trata de eficiencia térmica sino de otras ventajas, como el tamaño más pequeño o el CO captura. También se investigan las turbinas alimentadas con gas inerte , pero allí la principal aplicación son las centrales nucleares.
Con respecto a sus otras configuraciones, parece pensar que es preferible una relación de expansión más baja. Ese no es el caso, cuanto más alto mejor. El agua hirviendo tiene una relación de expansión de aproximadamente 1000, o 100000%, así que trata de superar eso. El vapor también puede alcanzar la presión que desee, pero los límites de presión están dictados por los materiales de construcción, no por el medio de trabajo.
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