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CON C EP T OS G E NE R ALES E N ER G Í A
La energía es la capacidad que tenemos para realizar un trabajo o para suministrar un calor.
La energía es la fuerza vital de nuestra sociedad. De ella dependen la iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de nuestras casas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimento y su preparación, el funcionamiento de las fábricas, etc. Hace poco más de un siglo las principales fuentes de energía eran la fuerza de los animales y la de los hombres y el calor obtenido al quemar la madera.
El ingenio humano también había desarrollado algunas máquinas con las que aprovechaba la fuerza hidráulica para moler los cereales o preparar el hierro en las ferrerías, o la fuerza del viento en los barcos de vela o los molinos de viento.
Pero la gran revolución vino con la máquina de vapor, y desde entonces, el gran desarrollo de la industria y la tecnología han cambiado, drásticamente, las fuentes de energía que mueven la moderna sociedad. Ahora, el desarrollo de un país está ligado a un creciente consumo de energía de combustibles fósiles como el petróleo, carbón y gas natural.
C ON S U MO D E ENER G Í A
Otro tema importante que analizaremos con detalle es la gran diferencia entre la energía consumida en los países desarrollados y en los que están en vías de desarrollo
Esto se traduce en que, de media, cada uno de los habitantes de los países desarrollados usa unas diez veces más energía que una persona de un país no desarrollado. La mitad de la población mundial todavía obtiene la energía principalmente de la madera, el carbón vegetal o el estiércol.
En los países más desarrollados el consumo de energía se ha estabilizado o crece muy poco, gracias a que la usamos cada vez con mayor eficiencia. Pero, como hemos dicho, las cifras de consumo por persona son muy altas. En los países en vías de desarrollo está creciendo el consumo por persona de energía porque, para su progreso, necesitan más y más energía.
Para hacer frente a los problemas que hemos citado, los países desarrollados quieren frenar el gasto mundial de petróleo y otros combustibles fósiles, pero los países en vías de desarrollo denuncian que eso frena su desarrollo injustamente.
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UN I D A D ES D E E N ER G Í A
La energía se manifiesta realizando un trabajo. Por eso sus unidades son las mismas que las del trabajo. En el SI (Sistema Internacional de Unidades) la unidad de energía es el Joule. Se define como el trabajo realizado cuando una fuerza de 1 newton desplaza su punto de aplicación 1 metro.
En la vida corriente es frecuente usar la caloría. 1 Kcal. = 4,186 · 103 julios. Las Calorías con las que se mide el poder energético de los alimentos son en realidad Kilocalorías (mil calorías).
Para la energía eléctrica se usa el kilovatio-hora. Es el trabajo que realiza una máquina cuya potencia es de 1 KW durante 1 hora. 1 KW-h = 36·105 J
Cuando se estudian los combustibles fósiles como fuente de energía se usan dos unidades:
• tec (tonelada equivalente de carbón): Es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla) 1 tec = 29,3 · 109 J
• tep (tonelada equivalente de petróleo): Es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de crudo de petróleo. 1 tep = 41,84 · 109 J
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U SO EFIC I E NT E D E L A E N ER G Í A
Es imprescindible reducir la dependencia de nuestra economía del petróleo y los combustibles fósiles. Es una tarea urgente, según muchos de los estudiosos del ambiente, porque la amenaza del cambio climático global y otros problemas ambientales son muy serias y porque, a medio plazo, no podemos seguir basando nuestra forma de vida en una fuente de energía no renovable que se va agotando.
Además esto lo debemos hacer compatible, por un deber elemental de justicia, con lograr el acceso a una vida más digna para todos los habitantes del mundo.
Para lograr estos objetivos son muy importantes dos cosas:
• Por una parte aprender a obtener energía, de forma económica y respetuosa con el ambiente, de las fuentes alternativas de las que hemos hablado en páginas anteriores.
• Pero más importante aún, es aprender a usar eficientemente la energía. Usar eficientemente la energía significa no emplearla en actividades innecesarias y conseguir hacer las tareas con el mínimo consumo de energía posible. Desarrollar tecnologías y sistemas de vida y trabajo que ahorren energía es lo más importante para lograr un auténtico desarrollo, que se pueda llamar sostenible.
POT E N C I AL E N ER G É T I CO
EL RE N D I M I E NT O E N ER G É T I CO
La energía obtenida del carbón, petróleo, gas, biomasa, energía hidráulica y calor generado en un reactor nuclear es la energía primaria, que no se utiliza en forma directa sino trasformada en energía secundaria.
La ventaja de ésta es que tiene una amplia gama de utilización y comodidad de uso: electricidad, gasolina, gas avión, etc. La energía secundaria se suministra como energía final y otra parte es rechazada y devuelta a la naturaleza como "calor residual".
Las consideraciones acerca de la eficiencia energética se centran en la que se deriva de la explotación, transporte y tratamiento de la energía primaria para su conversión, almacenaje de la secundaria, sistemas de distribución, redes de transporte y, finalmente, en la transformación útil para el consumo final, y en los medios de conversión como focos, cocinas o motores de vehículos.
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¿CUÁNTA ENERGÍA UTILIZAMOS?
El hombre utiliza cada vez más energía y esa energía procede en casi su totalidad de las fuentes fósiles o de la energía nuclear.
En prueba de ello se estima que el hombre actual utiliza 30 veces más energía por persona que su homólogo en la prehistoria o casi cuatro veces más que a principios del siglo XX.
E N ER G Í A P R I M A R I A
Se consideran como fuentes de energía primaria a las que se obtienen directamente de la naturaleza como los casos de: la energía solar, la hidráulica, la eólica, la leña, los productos de caña y otros combustibles de origen vegetal y animal, o bien, después de un proceso de extracción como, el petróleo, el gas natural, el carbón mineral, u otros como el recurso de la geoenergía, y el recurso de la núcleo energía, etc.
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E N ER G Í A S E C U N D AR I A
Es aquella cuyos productos energéticos provienen de los distintos centros de transformación con destino a los diversos sectores de consumo y/u otros centros de transformación.
Ejemplos:
• Electricidad: energía generada con recursos primarios o secundarios en centrales termoeléctricas, hidroeléctricas, núcleo eléctricas, etc.
• Gas licuado de petróleo (GLP): mezcla de hidrocarburos livianos obtenidos de la destilación del petróleo y/o del tratamiento del gas natural.
• Gasolinas y Naftas: mezcla de hidrocarburos líquidos livianos, obtenidos de la destilación del petróleo y/o del tratamiento del gas natural.
• Diesel y Gas oíl: combustibles líquidos que se obtienen de la destilación atmosférica del petróleo entre los 200 y 380 grados centígrados.
• Fuel oíl: es el residuo de la refinación del petróleo y comprende todos los combustibles pesados.
• Coque: es un material sólido de alto contenido de carbono, obtenido como resultado de la destilación destructiva del carbón mineral, petróleo y otros materiales carbonosos.
• Carbón vegetal: combustible obtenido de la destilación destructiva de la madera, en ausencia de oxígeno en las carboneras.
• Gases: combustibles obtenidos como subproductos de las actividades de refinación, coquerías y altos hornos. Además se incluye el gas obtenido en biodigestores.
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C L AS I F I CA C I Ó N D E L O S T I PO S D E E N ER G Í A
E N ER G Í AS R E NO V AB L ES
Las energías renovables son fuentes energéticas que, aunque se explotan, no disminuyen sus recursos en lo que respecta a la escala de tiempo humana.
El viento, la radiación solar, el calor interno de la tierra pueden aprovecharse y no parece que disminuya su intensidad ni la cantidad de energía que se puede producir.
Las energías renovables son energías limpias que contribuyen a cuidar el medio ambiente. Frente a los efectos contaminantes y el agotamiento de los combustibles fósiles, las energías renovables son ya una alternativa. En renovable hablamos ahora de la Energía solar, eólica, biomasa, energía geotérmica, energía hidroeléctrica, hidrógeno, energía de los océanos y mucho más.
Las Energías Renovables son aquellas fuentes de energía que no se acabarán o estarán disponibles mientras nosotros estemos en este planeta
No se extinguen con su uso, al contrario que las fósiles, que presentan recursos limitados y que se agotan debido a nuestro alto consumo.
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¿POR QUÉ NOS INTERESAN LAS ENERGÍAS RENOVABLES?
Nos interesan estas fuentes de energía porque no producen emisiones contaminantes, como hacen las fósiles, y por tanto nos permitirán consumir energía sin provocar los efectos medio ambientales que ya comentamos.
Y gracias a esto podemos mantener nuestras actuales costumbres y alcanzar lo que se llama el “DESARROLLO SOSTENIBLE”.
Las energías renovables más importantes son:
ENERGÍA HIDRÁUL ICA
Uno de los recursos más importantes cuantitativamente en la estructura de las energías renovables es la procedente de las instalaciones hidroeléctricas; una fuente energética limpia y autóctona pero para la que se necesita construir las necesarias infraestructuras que permitan aprovechar el potencial disponible con un coste nulo de combustible.
ENER GÍA S OLAR TÉRMIC A
Se trata de recoger la energía del sol a través de paneles solares y convertirla en calor el cual puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades.se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a hogares, hoteles, colegios o fábricas. También, se podrá conseguir refrigeración durante las épocas cálidas.
ENERGÍA EÓ LICA
La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de energía para las actividades humanas (El términoeólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de los vientos en la mitología griega).
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En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente paraproducir electricidad mediante aerogeneradores, conectados a las grandes redes de distribución de energía eléctrica. Los parques eólicos construidos en tierra suponen una fuente de energía cada vez más barata, competitiva o incluso más barata en muchas regiones que otras fuentes de energía convencionales.
BIOM A S A
La formación de biomasa a partir de la energía solar se lleva a cabo por el proceso denominado fotosíntesis vegetal que a su vez es desencadenante de la cadena biológica. Mediante lafotosíntesis las plantas que contienen clorofila, transforman el dióxido de carbono y el agua de productos minerales sin valor energético, en materiales orgánicos con alto contenidoenergético y a su vez sirven de alimento a otros seres vivos. La biomasa mediante estos procesos almacena a corto plazo la energía solar en forma de carbono. La energía almacenada en el proceso fotosintético puede ser posteriormente transformada en energía térmica, eléctrica o carburantes de origen vegetal, liberando de nuevo el dióxido de carbono almacenado.
ENER GI A S O L A R FO T O V O L T A I C A
La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce electricidad deorigen renovable obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante undispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposición de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina .
Este tipo de energía se usa para alimentar innumerables aplicaciones y aparatos autónomos, para abastecer refugios o viviendas aisladas de la red eléctrica y para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
Se llama energía geotérmica a la energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Él interior de la Tierra está caliente y la temperatura aumenta con la profundidad. Las capas profundas, pues, están a temperaturas elevadas y, a menudo, a esa profundidadhay capas freáticas en las que se calienta el agua: al ascender, el agua caliente o el vapor producen manifestaciones en la superficie, como los géiseres o las fuentes termales, utilizadas para baños desde la época de los romanos. Actualmente, el progreso en los métodos de perforación y bombeo permiten explotar la energía geotérmica en numerosos lugares del mundo.
BENE F I C I O S DE L A S E N ER GI A S RE N O V AB L E S
• Contribuyen a la conservación de recursos no renovables (combustibles fósiles y agua).
• Tienen menores impactos ambientales.
• No emiten gases de efecto invernadero.
• Promueven el desarrollo regional
ENERGI A NO RENO VABLES
Mediante las expresiones energía no renovable o energías convencionales se alude a fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza en cantidades limitadas, las cuales, una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse, ya que no existe sistema de producción o de extracción económicamente viable.
COMBU S TIBLE F Ó S I LES
Los combustibles fósiles son recursos no renovables, cuyas reservas son limitadas y se agotan con el uso.Las principales son los combustibles fósiles (el petróleo, el gas natural y el carbón).
Proceden de plantas que quedaron enterradas haceunos 300.000.000 años. Es fácil de obtener y utilizar, al ritmo actual se agotara en el 2300.
El humo y la ceniza contaminan bastante y esto hace el efecto invernadero y la lluvia ácida.
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ENER GIA NUCLEA R
La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depósitos especializados.Por otra parte no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto invernadero, ya que no precisan del empleo de combustibles fósiles para su operación.
Se libera al romper átomos de elementos como el Uranio, mediante un proceso llamado fisión nuclear. Tiene dos grandes inconveniente: residuos muy peligrosos activos durante muchos años y accidentes graves y de contaminación radioactiva con efectos sobre la vida y la salud.
PET R Ó L EO
Proceden de materia orgánica que había en el mar hace cientos de miles de miñones de años. El petróleo se encuentra en el subsuelo a más de 1000 metros de profundidad. El petróleo se agotara en el 2050.Es la fuente de energía más utilizada.
A partir de este recurso se puede obtener otros derivados como:
Plásticos y derivados (Industria/Comercio/Vivienda), Gasolina, gasóleos y kerosenos (Automoción) Asfalto (Carreteras).
GAS NATUR A L
El gas se agotara en el 2150. Se extrae en las mismas zonas en donde se encuentra el petróleo o las bolsas de petróleo. Se encuentra en la parte superior de la bolsa petrolífera. Su uso principal es cómo combustible doméstico.
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DISTR IB UCIÓN POR CONS UMO ES :
Centrales eléctricas 26% Uso doméstico 26% Industria 48%
E V OLU C I Ó N D EL C ON S U MO EN EL F UTU RO
En los próximos años se espera cambios importantes en la utilización de las fuentes de energéticas actuales, especialmente en el petróleo.
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GRUPOS GEN E R A DOR E S
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A LT ER N A DO R
Convierte la E. mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica.
La rehabilitación de los alternadores para su uso futuro, en especial los componentes de rotación, debe hacerse cuidadosamente.
T RA N SF O RMA DO R
Eleva la tensión eléctrica generada en el alternador hasta la tensión de la red de transporte
RED E L ÉC T R I CA
Recibe la electricidad de las centrales generadoras y la transporta a los puntos de consumo.
Algunos tipos:
INTERRUPTOR DE 5 POLOS DEL PARQUE DE ALTA TENSIÓN. INTERRUPTORES DE POTENCIA DE 4 CABEZAS POLARES
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SECCIONADOR DE LÍNEA ABAJO ABIERTO Y CERRADO.
Detalle de los transformadores de corriente y su conexión con interruptores (derecha) y seccionadores (izquierda).
Seccionadores. Existen varios tipos de este entre los que tenemos:de barra, de línea y de puesta a tierra.
RE GUL A DO RES:
RE GUL A DO R D E TENSION
Regulador de frecuencia electrónico microcontrolado
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RE GUL A DO R D E VE LO C I D AD
Es el sistema que mantiene la velocidad constante de la turbina con el fin de no variar la frecuencia de la red entre sus principales funciones tenemos:
• Regulador de FRECUENCIA/CARGA
• Control de secuencia ARRANQUE/PARADA
• Desconexión (RECHAZO DE CARGA)
• Limitador de carga
CLA S I F I CACIÓN DE L O S REG U LADOR E S DE V EL O CIDAD
P O R L O S CO MP ONEN T E S FUNDA ME N T A L E S
En la actualidad dos procedimientos se utilizan como medios esenciales.
REGULADORES CENTRÍFUGOS: Se basa en el desplazamiento o elevación, por efecto de la fuerza centrífuga, de masas giratorias denominadas péndulos del regulador
REGULADORES ELÉCTRICOS: Se fundamenta en la medida directa y exacta de valores de frecuencia, por medio de dispositivos de alta sensibilidad, destinados a tal fin. Ambos constituyen, aisladamente, el dispositivo tacométrico del regulador, conocido también como cabezal de regulación
P O R LA FOR MA D E A C T U A R
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Reguladores de acción directa: La señal de regulación, emitida por el tacómetro, pasa directamente del regulador al distribuidor de la turbina.
Reguladores de acción indirecta: son los más utilizados, dada la envergadura y potencia de las turbinas actuales, necesitándose unos elementos auxiliares de regulación, capaces de desarrollar los elevados esfuerzos que se requieren para conseguir que las palas directrices del distribuidor, respondan rápidamente a las señales de regulación
P R IN C IPIO D E FUNC IO N A M I EN TO D E U N RE G U L ADO R D E V E L OC ID A D
Seguiremos el esquema de un regulador centrífugo de acción indirecta, ya que se analiza, con gran claridad, la función del dispositivo tacométrico. Además, hemos de tener en cuenta que en el caso de los reguladores eléctricos, a excepción del tacómetro, los restantes componentes son prácticamente idénticos a los de los reguladores centrífugos.
Para obtener una regulación estable, es necesario que el efecto de la regulación sea tal que reaccione lo más rápidamente posible al presentarse la causa perturbadora, como es la variación de carga
Vamos a entrar de inmediato en el estudio de los reguladores, en lo que a su constitución y actuación se refiere, considerándolos desde unpunto de vista muy elemental. Nos basaremos en dos sistemas deregulación, conocidos por las denominaciones de:
• Regulación ASTÁTICA
• Regulación ESTÁTICA
RE GUL AC I Ó N AS T Á T I CA
La bomba envía aceite al circuito sometido de forma constante a una determinada presión
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Los reguladores astáticos mantienen constante el número de revoluciones del grupo sea cual sea el valor de la carga solicitada
RE GUL AC I Ó N ES T Á T I CA
A cada valor de potencia le corresponda la adecuada velocidad o frecuencia respectiva
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A distintas posiciones de “a” le corresponden distintas posiciones de “c”
Ha de cumplirse que en todo instante se mantenga constante el valor de la frecuencia cualquiera que sea el valor de la carga para ello sedispone de un control de velocidad
REGULACI ON SOBRE CADA TI PO DE TURBI NA
TU RB I N A P E LTO N
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La acción del regulador se efectúa sobre la aguja del inyector ytambién sobre el deflector
TU RB I N AS F RA N C I S
Tanto en estas como en las turbinas de hélice la regulación actúa solo en las palas directrices del distribuidor
TU RB I N AS K A PL AN
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Cuando aumenta la carga se abren simultáneamente las palas del distribuidor y del rodete
GENE RA CI ÓN H IDR ÁULIC A¿QUÉ ES LA ENERGÍA HIDRÁULICA?
La energía hidráulica es el aprovechamiento energético de las corrientes de agua. Podemos encontrar aprovechamientos de corrientes naturales o de canalizaciones construidas por el hombre (canales de riego o tuberías de conducción de agua).
¿CÓMO SE APROVECHA LA ENERGÍA HIDRÁULICA?
El aprovechamiento de energía hidráulica consiste en mover una turbina gracias a la energía potencial acumulada en el agua.
La turbina, que lleva acoplada un generador eléctrico, produce la electricidad suficiente para su vertido a la red eléctrica y su consumo en las viviendas e industrias.
¿DÓNDE SE APROVECHA LA ENERGÍA HIDRÁULICA?
Realmente se aprovecha la energía hidráulica en todos los puntos de una conducción de agua o en el curso natural de un cauce en el que existe un caudal y una diferencia de altura suficientemente importante para que la turbina pueda ponerse en marcha y funcionar en condiciones de rentabilidad económica.
Interviene en el proceso de aprovechamiento una serie de factores, como son:
La disponibilidad de terrenos.
La proximidad de una red eléctrica.
La existencia de caudales suficientemente importantes a lo largo de un período de tiempo.
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COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
1. EM B AL S E.
Permite disponer de una reserva de agua que utilizará la central asociada para producir energía eléctrica en función de la demanda
2. V Á L V U LA.
Es el control de acceso del agua
3. T U RBINA H IDR Á U LICA.
El agua proveniente del embalse o directamente del río mueve los álabes haciendo girar la turbina. La turbina hidráulica permite así convertir la energía cinética (masa a una cierta velocidad) del agua en energía mecánica de rotación. La turbina está acoplada al alternador
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4. ALTE R NAD O R.
Está acoplado a la turbina hidráulica y es movido por ésta. Su función es la de convertir la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica
5. RED ELÉCTR I CA.
Recibe la electricidad de las centrales generadoras y la transporta a los puntos de consumo.
6. TR A NS F ORM A D O R.
Eleva la tensión eléctrica generada en el alternador (entre 6 y 20 kV) hasta la tensión de la red de transporte (132, 220 ó 440kV).
T U RBINA P E LT O N
PRIN C IPIO D E FU N C I O N AMI E N T O:
Está formada por una rueda móvil provista de aletas o cucharas en su periferia sobre las cuales incide el chorro de agua a la presión atmosférica
El Chorro sale de un inyector fijo en el cual la regulación se efectúa variando la posición de una aguja que obtura más o menos el orificio de salida. El chorro incide en la arista central de las cucharas y se divide en dos partes que salen despedidas lateralmente, para caer después al canal de fuga directamente por la fuerza de la gravedad (por tanto, no tienen difusores).
Para caudales mayores, pueden disponerse varias toberas en diversas posiciones del rodete.
C O M PON ENTE S
IN Y EC T O R .
Transforma la energía de presión del fluido en energía cinética. Consta de tobera (boquilla con orificio de sección circular) y válvula de aguja (punzón que regula caudal en función de su proximidad a la tobera)
CÁ MA R A D E D IST R IB UC IÓ N .
Es la prolongación de la tubería forzada. Conduce el caudal de agua hasta los inyectores
D IST R IB U ID O R
Constituido por 1 a 6 equipos de inyección de agua, que dirigen convenientemente un chorro de agua cilíndrico y de sección uniforme al rodete, también regulan o cortan el caudal
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R O DE TE
Pieza clave de la turbina donde se transforma la energía hidráulica en energía mecánica de rotación. Elementos: rueda, álabes, carcasa, eje, cámara de descarga, sistema hidráulico de frenado
RO D ETE F RANC I S
PRIN C IPIO D E FU N C I O N AMI E N T O:
El agua a presión va a una cámara espiral en forma de caracol, cuya misión es repartir el caudal por toda la periferia del rodete.
Una serie de álabes fijos se encargan de canalizar correctamente las líneas de flujo del agua.
Entre esta hilera de álabes fijos y el rodete se encuentra una segunda fila de álabes móviles o palas directrices que constituyen lo que se denomina el anillo distribuidor
El distribuidor permite regular el caudal de la turbina sin que las venas líquidas sufran desviaciones bruscas o contracciones, permitiendo un rendimiento elevado incluso con cargas reducidas.
Estos alabes móviles pueden girar alrededor de un eje paralelo al eje de la máquina, y el movimiento de cierre es simultáneo para todos ellos.
Parte de la energía potencial gravitatoria del agua embalsada se convierte en energía cinética.
A su paso por las palas fijas del ante distribuidor y las palas móviles del distribuidor aumenta la energía cinética provocando el giro del rodete
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V E N T AJAS DE U N A CEN T RAL HIDROELÉ C T R I C A
• Renovable.
• No contaminante.
• Alta eficiencia.
• Larga vida útil.
• Energía producida es la más económica US $ 0.03 / KWh
• Operación y Mantenimiento Simple
DE S VEN T A J A S D E U N A CEN T RA L H I DROE L É C T R ICA
• Es completamente Irregular.
• Se necesita mucha información.
• Riesgo potencial muy elevado.
• Alto costo de inversión ( US 1200 $ / KW )
• Elevado tiempo de construcción.
• Alejado de los centros de consumo (Largas L.T.).
• Caudal ecológico: físico, biológico, socio-económico-cultural.
•
T O D A CEN T RA L H I DR O E L ÉC T R ICA DEB E C ON T A R
• Estudio Técnico.
• Estudio económico (VAN, TIR, RIC, tiempo de recuperación).
• Estudio de impacto ambiental (E.I.A.).
• Plan de Contingencia, Plan de Abandono.
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S I S TEM A S AUXIL I A R ES
DIAGRAMA U N I F IL A R DE LA CEN T RAL
1. NE C E S IDAD DE L O S S ER V I C IOS A UXIL I ARES
Los atributos identificados dan el por qué los servicios auxiliares son necesarios. Seis principales necesidades son identificadas en esta parte :
• Seguridad Operacional en los SEP.
• Confiabilidad y adecuación de los SEP.
• Eficiencia operacional de los SEP.
• Eficiencia de los SEP a lo largo del tiempo.
• Establecimiento de cuentas.
• Calidad de Servicio.
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2. PR O V EED O RES DE LOS S ER V I C IOS A UXILI A RES
Estos atributos principalmente identifican quienes pueden proveer un servicio auxiliar específico:
• Todos los generadores (Los que se encuentran dentro y fuera del área de control).
• Los generadores del área de control.
• El proveedor del servicio de Transmisión.
• El operador del área de control.
• Carga de los consumidores.
• Las compañías locales de distribución.
G E N ERACIÓN T ÉRM I CA CON V E N C I ON AL
Se denominan centrales termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas centrales que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel oíl o gas en una caldera diseñada al efecto.
El apelativo de "clásicas" o "convencionales" sirve para diferenciarlas de otros tipos de centrales termoeléctricas (nucleares y solares, por ejemplo), las cuales generan electricidad a partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes energéticas distintas de los combustibles fósiles empleados en la producciónde energía eléctrica desde hace décadas y, sobre todo, con tecnologíasdiferentes y mucho más recientes que las de las centrales termoeléctricas clásicas
Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen (fuel-oil, carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las centrales termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo.
Las únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores de la misma, que varían según sea el tipo de combustible empleado.
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ES QUEMA CENTRAL TÉR MIC A CON VENCIONAL
1.- Cinta transportadora. 2.- Tolva.
3.- Molino. 4.- Caldera.
5.- Cenizas. 6.- Sobrecalentador.
7.- Recalentador. 8.- Economizador.
9.- Calentador de aire 10.- Precipitador.
11.- Chimenea 12.- Turbina de alta presión
13.- Turbina de media presión 14.- Turbina de baja presión
15.- Condensador 16.- Calentadores
18.- Torre de refrigeración 17.- Transformadores
19.- Generador 20.-Línea de transporte de energía eléctrica
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El funcionamiento de una central termoeléctrica, como la representada en la figura, es la siguiente: el combustible está almacenado en los parques adyacentes de la central, desde donde, mediante cintas transportadoras (1), es conducido al molino (3) para ser triturado. Una vez pulverizado, se inyecta, mezclado con aire caliente a presión, en la caldera (4) para su combustión.
Dentro de la caldera se produce el vapor que acciona los álabes de los cuerpos de las turbinas de alta presión (12), media presión (13) y baja presión (14), haciendo girar el rotor de la turbina que se mueve solidariamente con el rotor del generador (19), donde se produce energía eléctrica, la cual es transportada mediante líneas de transporta a alta tensión (20) a los centros de consumo.
Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida en el condensador (15). El agua obtenida por la condensación del vapor se somete a diversas etapas de calentamiento (16) y se inyecta de nuevo en la caldera en las condiciones de presión y temperatura más adecuadas para obtener el máximo rendimiento del ciclo.
El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a laatmósfera mediante torres de refrigeración (17), o descargando dicho calor directamente al mar o al río.
Para minimizar los efector de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la central posee una chimenea (11) de gran altura -las hay de más de 300 metros-, que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y precipitados (10) que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia central.
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VENTAJAS DE UNA CENTRAL TÉRMICA
• Se pueden ubicar en cualquier lugar.• Se pueden construir en módulos (US $ 500 / KW).• Corto tiempo de implementación (½ año).• Proporciona tensión de referencia para normalizar un sistema
interconectado.• Compresor de reactivos (MVAR).• Peligro potencial mínimo
DES VENTAJAS DE UNA CENTRAL TÉR MICA
• Contaminante.• No renovable.• Precio de la energía es alto. (US $ 0.10 a 0.20 / KW-h).• Costo de Vida útil (20 años).• Operación y mantenimiento complejo.• Utilizan productos peligrosos (Asbesto).
TU RB I N AS D E V A PO R
Las turbinas de vapor y gas se pueden clasificar de varias formas. La primera es de acuerdo a la dirección general del flujo de fluido de trabajo a través de la máquina, es decir en flujo radial y flujo axial.
Hoy día la mayor parte de las turbinas están diseñadas para el flujo axial del vapor o gas (no así los compresores), por lo que este capítulo se dedicará principalmente al estudio de turbinas deflujo axial. Las turbinas de vapor y gas, a pesar de usar fluidos de trabajo muy diferentes, tienen muchos puntos comunes de diseño, construcción y operación. Las mayores diferencias están en las presiones y temperaturas de trabajo de estas máquinas.
Para turbinas a vapor, la temperatura máxima está hoy limitada a unos540 a 600 ºC. En las turbinas de gas en cambio, la temperatura de ingreso de los gases a la turbina es de unos 1000 ºC para las de uso
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industrial y hasta unos 1300 ºC para turbinas a gas de uso aeronáutico y alta performance.
Las presiones máximas son de unos 35 MPa para turbinas a vapor (350 bar), y entre 4 y 2 MPa para turbinas a gas. El tener altas presiones de admisión requiere una construcción robusta para las turbinas de vapor, en cambio las turbinas de gas son de construcción más liviana.
TURBI NAS A GAS
Si bien la turbina a gas es un motor de combustión interna y su ciclo tiene puntos en común con los ciclos Otto o Diesel, tiene una diferencia fundamental.
Se trata (igual que todas las turbinas) de máquina de funcionamiento continuo. Es decir, en régimen permanente cada elemento de ella está en condición estable.
La turbina a gas es un mecanismo de transformación de energía, en donde se utiliza la energía cinética de algún fluido para la realización de trabajo mecánico, siendo un dispositivo cíclico generador de potencia mediante sistemas de aspas que son empujadas por dicho fluido.
El fluido de trabajo a utilizar en este caso será un gas.
Para el ciclo abierto, tres son los elementos principales de una turbina de gas: compresor, cámara de combustión y turbina, y para el caso cerrado: compresor, turbina y 2 intercambiadores de calor.
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Las turbinas de gas pueden operar como sistemas abiertos o cerrados, el modo abierto mostrado en la figura es el más común.
Este es un sistema en el que el aire atmosférico entra continuamente al compresor, donde se comprime hasta alta presión.
El aire entra entonces en la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible produciéndose la combustión y obteniéndose los productos de combustión a elevada temperatura.
Los productos de combustión se expanden en la turbina y a continuación se descargan al ambiente.
Parte de la potencia desarrollada en la turbina se utiliza en el compresor y la restante se utiliza para generar electricidad, en el esquema representado en la figura, el fluido de trabajo recibe su energía por transferencia de calor de una fuente externa.
El gas que sale de la turbina pasa por un intercambiador de calor donde se enfría para volver a entrar en el compresor.
PLANTAS DE C IC LO COMBINADO
Una central de ciclo combinado consiste básicamente en un grupo Turbina a Gas-Generador, una chimenea recuperadora de calor (HRSG) y un grupo Turbina a Vapor-Generador, formando un sistema que permite producir electricidad.
El proceso de generación de energía eléctrica en una central de ciclo combinado comienza con la aspiración de aire desde el exterior siendo conducido al compresor de la Turbina a Gas a través de un filtro.
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El aire es comprimido y combinado con el combustible atomizado (Gas Natural)en una cámara donde se realiza la combustión.El resultado es un flujo de gases calientes que al expandirse hacen girar la Turbina a Gas proporcionando trabajo. El generador acoplado a la Turbina a Gas transforma este trabajo en energía eléctrica
Los gases de escape que salen de la Turbina a Gas pasan a la chimenea recuperadora de Calor o HRSG.
En esta chimenea se extrae la mayor parte del calor aún disponible en los gases de escape y se transmiten al ciclo agua-vapor, antes de pasar a la atmósfera.
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La Chimenea de recuperación se divide en tres áreas de intercambio de calor:
Área 1: Se denomina economizador y está ubicado en la parte superior de la chimenea. El agua a alta presión ingresa al economizador para ser recalentada hasta el punto de saturación.
Área 2: Se denomina ciclo de evaporación y está ubicada en la zona intermedia de la chimenea. Es donde se transforma el agua en vapor.
Área 3: Se denomina recalentador y está ubicada en la parte inferior de la chimenea, zona donde la temperatura es más alta producto de que está cerca dela salida de la Turbina a Gas. Aquí el vapor saturado se recalienta aún más.Posteriormente este vapor recalentado es inyectado en la Turbina a Vapor donde se expande en las filas de alabes haciendo girar el eje de esta Turbina lo que genera trabajo, el cual es transformado en energía eléctrica en elgenerador acoplado a la Turbina a Vapor.
RAZONES PARA INSTALAR ES TE TIPO DE C ENTRALES
• El elevado rendimiento del que se ha comentado anteriormente.• El reducido coste de instalación que se sitúa entre 60-80 millones
de pta. /MW, muy inferior al de las centrales nucleares que puede ser 8-10 veces mayor y al de las instalaciones eólicas que están entre 120-150 millones/MW.
• El cortó período de duración de las obras, aproximadamente tres años.
• El precio de la materia prima, que, aunque fluctuante como la última crisis del petróleo ha demostrado, es barato: del orden de 2 pta. /termia.
• Y la alta disponibilidad de estas centrales que pueden funcionar sin problemas durante 6.500-7500 horas equivalentes al año.
• Las centrales de gas debido a su sofisticada tecnología, a la utilización de un recurso importado y a la escasa necesidad de manipulación, es una forma de producción de electricidad menos intensiva en trabajo, que, por ejemplo, un parque eólico.
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CENTRALES NUCLEARES
PRODUCCIÓN DE E LEC TRIC IDAD EN UNA CENTRAL NUCLEAR
Una central nuclear tiene cuatro partes
EL REACTOR en el que se produce la fisión.
EL GENERADOR DE VAPOR en el que el calor producido por la fisión se usa para hacer hervir agua
LA TURBINA que produce electricidad con la energía contenida en el vapor
EL CONDENSADOR en el cual se enfría el vapor, convirtiéndolo en agua líquida.
E S Q U EMA DEL FU N C IO N AMI E N T O D E U N A CEN T RAL N UCLE A R
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La reacción nuclear tiene lugar en el reactor, en el están las agrupaciones de varillas de combustible intercaladas con unas decenas de barras de control que están hechas de un material que absorbe los neutrones.
Introduciendo estas barras de control más o menos se controla el ritmo de la fisión nuclear ajustándolo a las necesidades de generación de electricidad.
En las centrales nucleares habituales hay un circuito primario de agua en el que esta se calienta por la fisión del uranio. Este circuito forma un sistema cerrado en el que el agua circula bajo presión, para que permanezca líquida a pesar de que la temperatura que alcanza es de unos 293ºC.
Con el agua del circuito primario se calienta otro circuito de agua, llamado secundario. El agua de este circuito secundario se transforma en vapor a presión que es conducido a una turbina. El giro de la turbina mueve a un generador que es el que produce la corriente eléctrica. Finalmente, el agua es enfriada en torres de enfriamiento, o por otros procedimientos.
ME DIDAS DE S EGURIDAD
En las centrales nucleares habituales el núcleo del reactor está colocado dentro de una vasija gigantesca de acero diseñada para que si ocurre un accidente no salga radiación al ambiente.
Esta vasija junto con el generador de vapor están colocados en un edificio construido con grandes medidas de seguridad con paredes de hormigón armado de uno a dos metros de espesor diseñadas para soportar terremotos, huracanes y hasta colisiones de aviones que chocaran contra él.
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REPERCUSIONES AMBIENTALES DE LA ENERGÍA NUCLEAR
Una de las ventajas que los defensores de la energía nuclear le encuentran es que es mucho menos contaminante que los combustibles fósiles. Comparativamente las centrales nucleares emiten muy pocos contaminantes a la atmósfera.
Los que se oponen a la energía nuclear argumentan que el hecho de que el carbón y, en menor medida el petróleo y el gas, sean sucios no es un datoa favor de las centrales nucleares.
Que lo que hay que lograr es que se disminuyan las emisiones procedentes de las centrales que usan carbón y otros combustibles fósiles, lo que tecnológicamente es posible, aunque encarece la producción deelectricidad
ALMACENAMI ENTO DE LOS RESIDUOS RADI ACTIVOS
Con los adelantos tecnológicos y la experiencia en el uso de las centrales nucleares, la seguridad es cada vez mayor, pero un problema de muy difícil solución permanece: el almacenamiento a largo plazo de los residuos radiactivos que se generan en las centrales, bien sea en el funcionamiento habitual o en el desmantelamiento, cuando la central ya ha cumplido su ciclo de vida y debe ser cerrada.
TIPOS DE R EACTORES NUCLEA RES
Los reactores nucleares se clasifican, de acuerdo con la velocidad de los neutrones que producen las reacciones de fisión, en: reactores rápidos y reactores térmicos.
A su vez, los reactores térmicos se clasifican, de acuerdo con el tipo de moderador empleado, en: reactores de agua ligera, reactores de agua pesada y reactores de grafito. Con cada uno de estos reactores está asociado generalmente el tipo de combustible usado, así como el refrigerante empleado.
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REACTOR DE AGUA A PRES IÓN (PWR )
Emplea agua ligera como moderador y refrigerante; óxido de uranio enriquecido como combustible. El refrigerante circula a una presión tal que el agua no alcanza la ebullición, y extrae el calor del reactor, que despuéslleva a un intercambiador de calor, donde se genera el vapor que alimenta a la turbina.
REACTOR DE AGUA EN EB ULLICIÓN (BWR )
Emplea elementos similares al anterior, pero ahora el refrigerante, al trabajar a menor presión, alcanza la temperatura de ebullición al pasar por el núcleo del reactor, y parte del líquido se transforma en vapor, el cual una vez separado de aquél y reducido su contenido de humedad, se conduce hacia la turbina sin necesidad de emplear el generador de vapor.
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REACTOR DE GRAFITO-GAS
Este tipo de reactores usan grafito como moderador y CO2 como refrigerante. Mientras que los primeros reactores de este tipo emplearon uranio natural en forma metálica, los actuales denominados avanzados de gas (AGR) utilizan óxido de uranio enriquecido; y los denominados reactores de alta temperatura (HTGR), usan helio como refrigerante.
ENERGÍ A EÓLI CA
¿CÓMO SE APROVECHA LA ENERGÍA EÓLICA?
La forma fundamental de aprovechar al energía eólica es en los parques eólicos, donde se recupera la energía del viento gracias a los aerogeneradores, produciendo electricidad que se vierte a la red y permite suministrarnos en nuestras actividades cotidianas.
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PAR TES DE UN AEROGENE RADOR
Los aerogeneradores se agrupan en los parques eólicos para producir la suficiente energía que nos permita transportarla a los lugares en la que la consumimos. El viento se capta gracias a las palas de los aerogeneradores. Y al girar la máquina produce electricidad.
Pero para llevar la energía desde los parques eólicos hasta los centros donde la consumimos (viviendas, escuelas, industrias, etc.) es preciso hacer largos tendidos eléctricos que se conocen como redes de transporte y redes de distribución eléctrica.
¿DÓNDE SE APROVECHA EL VIENTO?
El recurso del viento existe en numerosos lugares, y de ahí que cada vez sea mayor el número de parques eólicos que se ponen en marcha. Pero principalmente se aprovecha en grandes llanuras en las que sopla el viento, en las cimas de cordales de montaña, en la costa e incluso en el interior del mar (a estos últimos se les llama parques eólicos “off- shore”).
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También se están dando actualmente aprovechamientos con pequeñosaerogeneradores desde 60 hasta 1.500 W, para pequeños consumos enviviendas aisladas, en zonas de turismo rural (hoteles, casas rurales, etc.), en donde en muchas ocasiones se utilizan los denominados sistemas híbridos compuestos por estos pequeños aerogeneradores y paneles solares fotovoltaicos.
¿CUÁNTA ENERGÍA PUEDE SUMINISTRAR UN PARQUE EÓLICO?
Los aerogeneradores que existen en los parques eólicos son máquinas eléctricas de potencias que van desde los 150 kW (más antiguos) a 1.200 kW (más modernos). La energía eléctrica que produce un aerogenerador medio puede ser suficiente para suministrar a unas 90 familias durante un año.
TIPOLOGÍA DE LOS AEROGENER ADORES
En la actualidad existe toda una enorme variedad de modelos de aerogeneradores, diferentes entre sí tanto por la potencia proporcionada, como por el número de palas o incluso por la manera de producir energía eléctrica (aisladamente o en conexión directa con la red de distribución convencional). Pueden clasificarse, pues, atendiendo a distintos criterios:
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POR LA POSI CIÓN DEL AEROG ENER ADOR
EJE V ERTICAL
Su característica principal es que el eje de rotación se encuentra en posición perpendicular al suelo. Son también llamados "VAWTs", que corresponde a las siglas de la denominación inglesa "vertical axis wind turbines".
EJE HORIZONTAL
Son los más habituales y en ellos se ha centrado el mayor esfuerzo de diseño en los últimos años. Se los denomina también "HAWTs", que corresponde a las siglas de la denominación inglesa "horizontal axis wind turbines".
POR LA ORIE NTACIÓN DEL EQUIPO C ON RES PEC TO AL VIE NTO:
BARLOVENTO :
Las máquinas corrientes arriba tienen el rotor de cara al viento. La principal ventaja de los diseños corriente arriba es que se evita el abrigo del viento tras la torre. Con mucho la mayoría de los aerogeneradores tienen este diseño
S O T A V EN T O
La máquina corriente abajo tiene el rotor situado en la cara a sotavento de la torre.La ventaja teórica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de orientación, si el rotor y la góndola tienen un diseño apropiado que hace que la góndola siga al viento pasivamente. Sin embargo, en grandesmáquinas ésta es una ventaja algo dudosa, pues se necesitan cables para conducir la corriente fuera del generador.
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POR EL NUMERO DE PALAS:
1PALA
Al tener sólo una pala estos aerogeneradores precisan un contrapeso en el otro extremo para equilibrar. La velocidad de giro es muy elevada. Su gran inconveniente es que introducen en el eje unos esfuerzos muy variables, lo que acorta la vida de la instalación.Una aplicación de este tipo de máquinas puede verse en la foto situada al lado.
2 PALAS
Los diseños bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el coste de una pala y, por supuesto, su peso. Sin embargo, suelen tener dificultades para penetrar en el mercado, en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energía de salida. Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual. Una aplicación de este diseño se presenta en la figura.
3 PALAS
La mayoría de los aerogeneradores modernos tienen diseños tripala, con el rotor mantenido en la posición corriente arriba (en la cara de la torre que da al viento), usando motores eléctricos en sus mecanismos de orientación.
Este diseño tiende a imponerse como estándar al resto de los conceptos evaluados.La gran mayoría de las turbinas vendidas en los mercados mundiales poseen este diseño.
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MULTIPALAS
Con un número superior de palas o multipalas. Se trata del llamado modelo americano, debido a que una de sus primeras aplicaciones fue la extracción de agua en pozos de las grandes llanuras de aquel continente
ENERGÍ A SOLAR
¿CÓMO SE APROVECHA LA ENERGÍA SOLAR?
Esta energía se puede aprovechar básicamente de dos formas:
• Obteniendo calor a través de diferentes sistemas de concentración de los rayos solares. Ese calor se puede aprovechar para calentar agua, para dar calefacción o para generar vapor.
• Obteniendo electricidad gracias al efecto fotovoltaico, por el que determinadas sustancias dan lugar a una corriente eléctrica cuando la luz incide sobreellas.
¿DÓNDE SE APROVECHA LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA?
• Para aprovechar la energía solar y producir calor es preciso contar con un sistema que permita concentrar la energía que nos llega con los rayos solares.
• Podemos hacerlo en colectores solares planos, obteniendo de esa forma la energía suficiente para calentar agua de uso habitual encasa o para precalentar el agua del circuito de calefacción, lo que nos permitirá ahorrar la suficiente energía fósil como para pagar la instalación de los colectores.
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Pero también se puede aprovechar la energía solar para producir vapor que luego generará electricidad, igual que en cualquier central térmica convencional. En este caso unos espejos ayudan a concentrar los rayos solares sobre un punto en el que se centraliza la producción de energía: “la torre solar”, o bien se utilizan “espejos cilíndrico-parabólicos” paraconcentrar la radiación solar.
La diferencia con los sistemas convencionales está en la ausencia de gases contaminantes. Sin embargo hace falta una gran cantidad de terreno y una alta radiación solar para poder hacer este tipo de aprovechamientos, como puede ser la Plataforma Solar de Almería.
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¿CUÁNTA ENERGÍA PUEDE SUMINISTRAR UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA?
La central solar térmica producirá tanta energía como grande sea el campo de espejos o colectores que se coloque. En el caso de paneles solares térmicos la superficie normal para suministrar agua caliente a una familia de cuatro miembros es de 4 m2.
¿CÓMO SE APROVECHA LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA?
La energía fotovoltaica puede aprovecharse básicamente de dos formas diferentes:
• Produciendo electricidad para consumo en pequeñas instalaciones aisladas a las que no llega la red eléctrica (viviendas, repetidores, postes telefónicos, etc.) o incluso para mover automóviles o en satélites.
• Produciendo electricidad para verterla a la red y contribuir de esa forma a abastecer la energía consumida en todos los puntos en que se demanda electricidad (viviendas, iluminación pública, etc.).
¿DÓNDE SE APROVECHA LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA?
• Las instalaciones autónomas permiten suministrar energía eléctrica en pequeñas cantidades a pequeños centros de consumo, mientras que se handesarrollado en la actualidad gran número de instalaciones que permiten una conexión a red.
• Éstas facilitan el crecimiento del número de centrales fotovoltaicas al reducir el coste total del equipamiento, y permiten cobrar por la energía producida, lo que añade rentabilidad a esta solución de suministro energético.
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¿CUÁNTA ENERGÍA PUEDE SUMINISTRAR UNA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA?
La energía que suministran depende del número de colectores que se instalen. Sin embargo, es recomendable no utilizar esta fuente energética para suministrar equipos de calefacción, y en general todo aquel equipo que conlleve un efecto Joule (calentamiento por resistencia eléctrica).
Los paneles fotovoltaicos más comúnmente usados son los de 75-110 wp.En la actualidad se están utilizando con muy buenos rendimientos instalaciones denominadas híbridas, en las que además del panel solar, éste se apoya con un pequeño aerogenerador.
UNA ESTRUCTURA TÍPICA DE PANELES
DE S C R I P CIÓN DE L A S P L A N T AS SOLA R E S
1. Caldera2. Campo de
helióstatos3. Torre4. Almacenamiento
térmico5. Generador de vapor6. Turbo-alternador7. Aero-condensador8. Líneas de transporte
de energía eléctrica
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VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
Las principales ventajas de la energía fotovoltaica son:
Evita un costoso mantenimiento de líneas eléctricas en zonas de difícil acceso.
Elimina los costes ecológicos y estéticos de la instalación de líneas en esas condiciones.
Contribuye a evitar el despoblamiento progresivo de determinadas zonas.
Es una energía descentralizada que puede ser captada yutilizada en todo el territorio.
Una vez instalada tiene un coste energético nulo. Mantenimiento y riesgo de avería muy bajo. Tipo de instalación fácilmente modulable, con lo que se puede
aumentar o reducir la potencia instalada fácilmente según las necesidades.
No produce contaminación de ningún tipo. Se trata de una tecnología en rápido desarrollo que tiende a
reducir el coste y aumentar el rendimiento.
ENERGÍ A GEOTÉRMI CA
La energía geotérmica es la energía almacenada bajo la superficie de la tierra en forma de calor. Su aprovechamiento comercial sólo es posible en aquellos lugares en donde coexisten los factores que dan origen a la existencia de un campo geotérmico propiamente dicho
ESQUEMA DE EXTRACCIÓN DE ENERGÍA GEOTÉRMICA
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La geotermia no es más que el calor interno de la Tierra. Este calor interno calienta hasta las capas de agua más profundas: al ascender, el agua caliente o el vapor producen manifestaciones, como los géiseres o las fuentes termales, utilizadas para calefacción desde la época de los romanos.
Hoy en día, los progresos en los métodos de perforación y bombeo permiten explotar la energía geotérmica en numerosos lugares del mundo.
Las centrales geotérmicas son parecidas a las térmicas. En éstas, se quema gas natural, carbón, u otro combustible, para calentar vapor y hacer que salga a chorro accionando la turbina de un generador.
En las geotérmicas, el mecanismo es similar, excepto porque el vapor es suministrado por las calderas naturales volcánicas.
La zona del interior de la tierra donde se producen esas fuerzas se encuentra aproximadamente a unos 50 km. de profundidad, en una franja denomina sima o sial.
Conforme se desciende hacia el interior de la corteza terrestre se va produciendo un aumento gradual de temperatura, siendo ésta de un grado cada37 metros aproximadamente.
Para aprovechar esas temperaturas se utilizan sistemas de tecnología similar a las empleadas en la energía solar aplicadas a turbinas: calentamiento de un líquido con cuya energía se hacen mover las palas de un generador eléctrico.
Los sistemas geotérmicos son considerados como los más prácticos, tanto por el rendimiento como por el mantenimiento. La única pieza móvil de estas centrales se reduce a la turbina, lo que mejora la vida útil de todo el conjunto. Otra característica ventajosa se refiere a la fuente de energía utilizada, ésta se encuentra siempre presente y suele ser constante en el tiempo, con apenas variaciones.
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ES QUEMA CENTRAL GEOTÉR MIC A
Básicamente, una central geotérmica consta de una perforación realizada en la corteza terrestre a gran profundidad. Para alcanzar una temperatura suficiente de utilización debe perforarse varios kilómetros; la temperatura aproximada a 5 kilómetros de profundidad es de unos 150º centígrados.
El funcionamiento se realiza mediante un sistema muy simple: dos tubos que han sido introducidos en la perforación practicada, mantienen sus extremos en circuito cerrado en contacto directo con la fuente de calor.
El modo de explotación del calor de las rocas depende de las temperaturas de las capas. Así se tiene la geotermia de alta energía, para aguas de 150 a 300 ºC, que permite la producción directa de electricidad mediante turbinas de vapor.
Hay algunas centrales de este tipo en el mundo, entre las que se puede destacar las de Guadalupe, Italia y Japón.
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También existe la geotermia de energía media que se caracteriza por explotar agua de temperaturas comprendidas entre 80 y 150ºC que no pueden utilizarse directamente para producir vapor.
Hay que recurrir a un fluido intermedio que acciona los turboalternadores. Se trata sin embargo de un tipo de geotermia que puede servir de calefacción
El modo más difundido, es la geotermia de muybaja energía, la cual es un tipo de geotermia que abarca una gama de temperaturas comprendidas entre 80º y 150 ºC, en capas generalmente situadas entre 1.000 y 2.000 metros de profundidad.
Estas temperaturas no permiten producir electricidad, pero sirven para calefacción de viviendas o instalaciones agrícolas.
Por último, la geotermia de muy baja energía explota aguas entre 10 y 50ºC, cuya insuficiente temperatura obliga a usar bombas de calor.
Estas temperaturas se dan en capas poco profundas, cosa que reduce el costo de las perforaciones.
NUEVA ZELANDA es quizá el país más experto del mundo en materia de centrales geotérmicas, debido a su topografía volcánica que hace idóneo el uso de este tipo de energía. Puso en funcionamiento la segunda central geotérmica del mundo (la primera se instaló en Italia).
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ENER GÍA MA REOMOTRIZ
¿QUÉ ES LA E NER GÍA MA REOMOTRIZ?
La energía mareomotriz es el aprovechamiento energético del desnivel de agua que se produce como consecuencia de las mareas
¿CÓMO S E APRO V ECHA LA E NE R G Í A M A R EOM O TRIZ?
El aprovechamiento de energía mareomotriz consiste en mover una turbina gracias a la energía potencial acumulada en el agua. La turbina, que llevaacoplada un generador eléctrico, produce la electricidad suficiente para su vertido a la red eléctrica y su consumo en las viviendas e industrias.
¿D Ó N D E S E APRO V E CHA LA E N E RGÍA M A REOM O TRIZ?
El aprovechamiento de esta energía puede hacerse en determinadas zonas de la costa que presentan unos desniveles adecuados. Sin embargo, no son muchas las zonas propicias para ello y casi siempre conllevan importantes obras de infraestructura que suponen un gran impacto ambiental y un importante coste económico.
El principio de conversión de energía consiste en el uso de una diferencia de niveles de agua oceánica a ambos lados de un dique que encierra un área oceánica mediante compuertas que se cierran para que quede retenida durante las altas mareas.
La diferencia de niveles causa una diferencia de presiones de agua dentro y fuera del dique, y bajo esta diferencia de presiones los chorros de agua que pasan a través del dique hacen rotar sistemas hidroturbinas-generadores produciendo de este modo energía eléctrica.
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Se instalan compuertas para que quede retenida durante las altas mareas. Estas se abren durante las bajas mareas, dando paso a un salto de agua que hace girar la turbina.
ES Q U EMA DE U N A C EN T RAL MAREOM O T RIZ
El uso de dicho principio tradicional de producción de energía eléctrica tiene una desventaja cardinal: la energía eléctrica se genera no constantemente, sino cíclicamente conforme a los ciclos de mareas.
Esto significa que hay una secuencia de periodos alternantes de ausencia y generación de energía eléctrica con un período igual al período de mareas oceánicas (aproximadamente 6 horas), que en la práctica causa serias incomodidades al usar la energía eléctrica obtenida por medio de dicho principio.
Los lugares adecuados para instalar centrales mareomotrices son escasos ya que, para que funcionen eficazmente, deben estar situadas en la desembocadura de un río donde las mareas sean muy amplias (5 metros por lo menos).
Además, hay que construir un dique de cierre y disponer de una red eléctrica en las cercanías que supla la intermitencia de la producción dependiente del horario de las mareas
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CENTRAL MAREOMOTRIZ
Así, antes de proceder a la instalación definitiva de la central, se tendrán que estudiar las características ecológicas y biológicas del lugar elegido para poder valorar la idoneidad del emplazamiento.
El lugar seleccionado para montar una central mareomotriz debe contar con fuertes mareas para que la amplitud sea grande, con un gran depósito de agua, de forma que las mareas se presenten en áreas restringidas para que la obra a realizar tenga las menores dimensiones, con el fin de que el costo sea bajo. Con todo, se ha cifrado el potencial aprovechable de esta fuente energética en unos 15,000 MW.
CI C LO M A REMOTRIZ ELEM E N T AL D E E F ECTO S IMPLE
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Por otro lado, como los saltos hidráulicos en las posibles centrales mareomotrices siempre serán inferiores a los 15 m, es necesario utilizar turbinas especiales. La más aceptada y específicamente diseñada para este fin es la de bulbo axial que actualmente se está construyendo con rotores de 7,5m de diámetro y potencias de hasta 60 MW.
También es aplicable la turbina hidráulica Kaplan modificada (tipo "tubo") y algún otro diseño como el denominado de "rotor anular".
TURBINA TIPO BULBO
La turbina admite flujos en ambos sentidos. Cada una tiene 4 álabes orientables y está acoplada a un alternador constituyendo un grupo bulbo. Tiene un difícil acceso en instalación
TURBINA S TRAFLO
El generador circunda los álabes de la turbina, consiguiéndose mayor rendimiento. El acceso es más sencillo y no pueden bombear agua al estuario.
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TURBINA TUBULAR
La turbina está conectada al generador a través de un largo eje, lo cual permite al generador alojarse en lo alto del dique.
VE NTAJAS DE LA ENERGÍA MA REOMOTRIZ
• Auto renovable: es decir es capaz de renovarse cíclicamente debido al ciclo periódico de las mareas.
• No contaminante: no emite ningún tipo de contaminantes acuosos o gaseosos.
• Silenciosa, las instalaciones que componen una planta de estas características no producen ningún tipo de ruido.
• Bajo costo de materia prima: el agua del mar no cuesta nada.• No concentra población. Estas centrales no tienen porqué tener un
núcleo de población cercano, pues no será necesario para su mantenimiento mucha mano de obra. Basará con uno o dos operarios por planta.
• Disponible en cualquier clima y época del año: las mareas se producen siempre.
DES VENTAJAS DE LA ENER GÍA MA REOMOTRIZ
• Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero: es la consecuencia más directa de la construcción de estas centrales.
• Localización puntual: no todos los lugares son aptos para ubicar una central mareomotriz.
• Dependiente de la amplitud de mareas: si las mareas son bajas no serán aptas.
• Traslado de energía muy costoso.• Efecto negativo sobre la flora y la fauna.• Limitada: no todos los recursos del mar pueden ser explotables.
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ENERGÍ A DE LA BIOMASA
¿QUÉ ES LA E NER GÍA DE LA BIOMASA?
La energía de la biomasa es toda energía obtenida del aprovechamiento de la materia orgánica en cualquiera de sus múltiples formas. Biomasa es un término genérico referido a cualquier producto biológico que puede convertirse en energía útil. Las plantas absorben energía solar a través de la fotosíntesis
CI C LO DE B IOMA S A
TIP O S DE B IOMA S A
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TIPOS DE BIOMASA
Existen diferentes tipos o fuentes de biomasa que pueden ser utilizados para suministrar la demanda de energía de una instalación, una de las clasificaciones más generalmente aceptada es la siguiente:
• Biomasa natural: es la que se produce espontáneamente en la naturaleza sin ningún tipo de intervención humana. Los recursos generados en las podas naturales de un bosque constituyen un ejemplo de este tipo de biomasa. La utilización de estos recursos requiere de la gestión de su adquisición y transporte hasta la empresa lo que puede provocar que su uso sea inviable económicamente.
• Biomasa residual seca: se incluyen en este grupo los subproductos sólidos no utilizados en las actividades agrícolas, en las forestales y en los procesos de las industrias agroalimentarias y de transformación de la madera y que, por tanto, son considerados residuos. Este es el grupo que en la actualidad presenta un mayor interés desdeel punto de vista del aprovechamiento industrial. Algunos ejemplos de este tipo de biomasa son la cáscara de almendra, el orujillo, las podas de frutales, el serrín, etc
• Biomasa residual húmeda: son los vertidos denominados biodegradables: las aguas residuales urbanas e industriales y los residuos ganaderos (principalmente purines).
• Cultivos energéticos: son cultivos realizados con la única finalidad de producir biomasa transformable en combustible. Algunos ejemplos son el cardo (cynara cardunculus), el girasol cuando se destina a la producción de biocarburantes, el miscanto, etc.
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• Biocarburantes: aunque su origen se encuentra en la transformación tanto de la biomasa residual húmeda (por ejemplo reciclado de aceites) como de la biomasa residual seca rica en azúcares (trigo, maíz, etc.) o en los cultivos energéticos (colza, girasol, pataca, etc.), por sus especiales características y usos finales este tipo de biomasa exige una clasificación distinta de las anteriores.
¿EN QUÉ INSTALACIONES ES POSIBLE UTILIZARLA?
• Como se ha visto hasta ahora, multitud de recursos quedan agrupados bajo el término genérico biomasa.
• Esta enorme variedad unida a la capacidad de adaptación de lastecnologías de aprovechamiento energético a los diferentes recursos existentes, causan que, en la actualidad, muchas de las actividades industriales podrían satisfacer toda o parte de su demanda energética con biomasa.
• No obstante, para poder utilizar esta energía renovable es necesario cumplir dos condiciones:
¿CÓMO SE APROVECHA LA ENERGÍA DE LA BIOMASA?
Esta energía se puede aprovechar básicamente de tres formas:
• Gasificación: Vertederos, digestores, etc.• Pirolisis: Obtención de coques, breas, y alcoholes.• Combustión: Producción de calor o generación de vapor para
obtención de electricidad.
PLANTA DE B IOMA S A
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PLANTA DE DIGES TION ANAE RÓBIC A
VE NTAJA S AMB IE NTALES DEL USO ENERGÉTIC O DE LA B IOMAS A
• Se considera que todo el CO2 emitido en la utilización energética de la biomasa había sido previamente fijado en el crecimiento de la materia vegetal que la había generado, por lo que no contribuye al incremento de su proporción en la atmósfera y, por tanto, no es responsable del aumento del efecto invernadero.
• La biomasa tiene contenidos en azufre prácticamente nulo, generalmente inferior al 0,1%. Por este motivo, las emisiones de dióxido de azufre, que junto con las de óxidos de nitrógeno son las causantesde la lluvia ácida, son mínimas.
• Por otra parte, el uso de biocarburantes en motores de combustión interna supone una reducción de las emisiones generadas (hidrocarburos volátiles, partículas, SO2 y CO).
VENT AJAS SOCIOECON ÓMI CAS DEL USO ENE RGÉTICO DE LA BIOMASA
• El aprovechamiento energético de la biomasa contribuye a la diversificación energética, uno de los objetivos marcados por los planes energéticos, tanto a escala nacional como europea.
• La implantación de cultivos energéticos en tierras abandonadas evita la erosión degradación del suelo. La Política Agraria Comunitaria (PAC) permite la utilización de tierras en retirada para la producción de cultivos no alimentarios, como son los cultivos energéticos.
• El aprovechamiento de algunos tipos de biomasa (principalmente la forestal y los cultivos energéticos) contribuyen a la creación de puestos de trabajo en el medio rural.
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S IS TEMA DE S UMINIS TRO ELEC TRICO
El sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y protección.
Constituye un sistema integrado que además de disponer de sistemas de control distribuido, está regulado por un sistema de control centralizado que garantiza una explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas producidas.
Con este objetivo, tanto la red de transporte como las subestaciones asociadas a ella pueden ser propiedad, en todo o en parte y, en todo caso, estar operadas y gestionadas por un ente independiente de las compañías propietarias de las centrales y de las distribuidoras o comercializadoras de electricidad.
DIAGRAMA E S Q U EM A TIZADO D E LAS DI S TIN T AS COMP O NENTES DEL S I S TEMA DE S UMIN I S TRO ELÉ C TR I CO
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CONCLUSIONES
Las plantas transforman la energía de alta tensión en energía de media tensión por medio de subestaciones, después pasan a los transformadores los cuales transforman en energía de baja tensión para la distribución. En el camino se va perdiendo energía debido a varios factores. En la casa se utilizan Watts por comodidad para realizar los pagos en la CFE, ya que se mide la cantidad de transferencia de energía en un determinado tiempo, ya que el volt se refiere únicamente a la circulación de la corriente sin especificar el tiempo en que ocurre , por lo que es más difícil cobrar
A cada casa le corresponde una determinada tensión (constante), aunque no se utilice todo, ya que los watts que consumen los aparatos eléctricos varia