REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN-MARACAY
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
PLANTAS GENERADORAS DE ENERGIA ELECTRICA
INDICE GENERAL PP. Lista de Cuadros……… Lista de Figuras……….. INTRODUCCION………. 01 CAPÌTULO I. EL PROBLEMA………
Contextualizacion del problema……….. Objetivos de la Investigación
Objetivo General……… Objetivos Específicos………... Justificación de la Investigación………..
II. MARCO REFERENCIAL………...
INTRODUCCIÓN
Las plantas eléctricas tienen por objeto producir energía eléctrica por conversión de cualquier otro tipo de energía, esta conversión puede ser directa como por ejemplo celdas combustibles, baterías, etc. o más generalmente a través de una o más etapas intermedias para producir primero energía mecánica, que por último es convertida a energía eléctrica por medio de un generador o alternador.
Durante muchos años se ha invertido cantidades inmensurables de dinero en investigaciones de nuevas fuentes de energía, entre las cuales podríamos mencionar: La energía térmica, la energía nuclear, a energía provocada por la acción del viento, entre otras.
El objetivo que perseguimos en esta investigación es obtener una noción de cómo funcionan algunas plantas eléctricas conocidas actualmente, y poder evaluar las distintas posibilidades que nos ofrecen para el futuro.
Daremos a conocer así mismo como están conformadas las centrales eléctricas y la base de su funcionamiento, así también presentaremos varios esquemas en donde podremos observar y analizar la distribución de la corriente eléctrica a través de un sistema complicado desde que se genera hasta que es consumida.
La siguiente investigación se enmarco bajo la estructura de una investigación tipo documental según el manual de Trabajo Especial de Grado del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
CAPíTULO I
EL PROBLEMA
Contextualización del problema.
La energía no se puede ni crear ni destruir, solo se puede transformar de un tipo de energía a otro. Por ejemplo, la energía eléctrica (corriente alterna) que nos llega a nuestras casas, la transformamos en energía calórica por medio de los discos de la cocina, energía lumínica en las bombillas, etc.
De igual forma, para poder obtener la energía eléctrica que el país requiere, es necesario transformarla de un tipo de energía a otro. Este principio de transformación es utilizado por la CORPOELEC (Corporación Eléctrica Nacional) en las diferentes plantas de generación eléctrica.
Gracias a la energía eléctrica la sociedad ha llegado a su actual desarrollo material. La multiplicación de la fuerza mediante el aprovechamiento de los energéticos, el transporte, las comunicaciones, la industria, la posibilidad de hacer grandes obras, el control del clima, etc., se deben a ella.
Aun cuando en todos los procesos en los que se emplea podría ser sustituida con otros energéticos, los costos de los motores, los aparatos, la iluminación son considerablemente más bajos cuando la fuente de energía es la electricidad, de suerte que su consumo caracteriza el grado de desarrollo de un país. Puede producirse con diversos energéticos primarios: la energía potencial del agua; los combustibles fósiles (carbón, gas y petróleo ); el vapor del subsuelo; la reacción nuclear de fisión; el viento y el sol.
Utilizando corriente alterna, la electricidad puede ser transmitida a grandes distancias y después transformada para ser utilizada en las diversas aplicaciones con costos competitivos. Los sistemas de producción de energía eléctrica son sensibles a las economías de escala y la eficiencia de transformación de energéticos primarios, sobre todo en plantas termoeléctricas, es también favorecida por las grandes
capacidades, a esto se debe que los desarrollos tecnológicos en sistemas de producción tiendan a la instalación de grandes unidades.
Además, como una de las características de la energía eléctrica es que debe producirse en el instante mismo en que se demanda, resulta muy conveniente tener grandes sistemas de producción interconectados, con el objeto de mantener una reserva, en condiciones económicas adecuadas, para sustituir las fallas en los equipos y para hacer posibles operaciones de mantenimiento de las instalaciones.
La electricidad es una fuente muy cómoda de energía y la gente con acceso a ella da por un hecho que al operar el interruptor, podrá iluminar una habitación, acondicionar la temperatura de su casa, enfriar y conservar sus alimentos, mover el molino de una laminadora, operar un telar, producir aluminio y poner en marcha todos los procesos, tanto en la vida ordinaria, como en la industria en general.
Hacer disponible la electricidad en el momento en que se requiere, implica una serie de actividades que pueden dividirse en dos grandes rubros: por un lado la operación de las instalaciones, el manejo de todo el sistema para entregar la energía a los consumidores, y por otra parte, la planeación, el diseño y la construcción de las instalaciones necesarias para hacer frente a la demanda, que tiende a crecer en función del desarrollo de la economía general del país.
Por tal motivo es necesario crear plantas generadoras de energía eléctrica principales para suplir las demandas así como a su vez plantas secundarias que sirvan de reserva para contingencia o falla de la planta principal
Objetivos de la Investigación Objetivo general.
El Objetivo fundamental de esta Investigación es explicar el proceso de Generación de Energía Eléctrica, y caracterizar sus principales tipos y etapas
Objetivos Específicos.
1.- Definir el proceso de generación de energía eléctrica.
2.- Identificar tipos y características de las plantas de generación de energía eléctrica.
3.- Describir los procesos utilizados en cada tipo de plantas de generación de energía eléctrica
Justificación de la Investigación
La demanda de energía eléctrica va en aumento de manera exponencial mientras que la capacidad para producirla continúa igual. Lo cuál ocasionará una crisis de energía eléctrica si no se hace nada. Esto afecta a todos los sectores de la sociedad, ya que todos necesitamos de la energía eléctrica para facilitar nuestra existencia, además de que ya somos una sociedad completamente dependiente de ella. Uno de los grandes problemas de la electricidad es que no puede almacenarse, sino que debe ser transmitida y utilizada en el momento mismo que se genera. Este problema no queda resuelto con el uso de acumuladores o baterías, como las que utilizan los coches y los sistemas fotovoltaicos, pues sólo son capaces de conservar cantidades pequeñas de energía y por muy poco tiempo. Conservar la electricidad que producen las grandes plantas hidroeléctricas y termoeléctricas es un reto para la ciencia y la tecnología. En algunos lugares, se aprovechan los excedentes de energía eléctrica o la energía solar para bombear agua a depósitos o presas situados a cierta altura; el agua después se utiliza para mover turbinas y generadores, como se hace en las plantas hidroeléctricas.
En cuanto se produce la electricidad en las plantas, una enorme red de cables tendidos e interconectados a lo largo y ancho del país, se encargan de hacerla llegar, casi instantáneamente, a todos los lugares de consumo: hogares, fábricas, talleres, comercios, oficinas, etc. Miles de trabajadores vigilan día y noche que no se produzcan fallas en el servicio; cuando éstas ocurren, acuden, a la brevedad posible, a reparar las líneas para restablecer la energía. A tal efecto, hay centros de monitoreo, estratégicamente situados, para mantener una vigilancia permanente en toda la red. A veces, los vientos, las lluvias y los rayos, entre otras causas, afectan las líneas de transmisión, las cuales deben ser revisadas y reparadas por los técnicos, ya sea en las ciudades o en el campo.
La generación, en términos generales, consiste en transformar alguna clase de energía no eléctrica, sea ésta química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Éstas
CAPÍTULO II
MARCO REFERENCIAL Antecedentes de la Investigación
Quintero Brito, Jorge Alexander. (2003). ESTUDIO DE SOBRECARGA EN
TRANSFORMADORES DE POTENCIA SUMERGIDOS EN ACEITE BASADO EN EL ANALISIS DE LA EXPECTATIVA DE VIDA DEL AISLAMIENTO EN FUNCION DEL TIEMPO Y LA TEMPERATURA. Universidad de los Andes.
Mérida estado Mérida.
La finalidad de la investigación es la determinación de la carga máxima aceptable por encima de la capacidad nominal del transformador, basándose en la expectativa de vida de aislamiento en función del tiempo de sobrecarga y del comportamiento interno de las temperaturas. Al someter a un transformador a distintas condiciones de carga, es necesario verificar que estas no impliquen su duración. Al buscar respuestas rápidas, la lectura superficial de distintas normas, documentos de trabajo, libros y artículos de distinto origen y de distintas épocas, conducen a dudas que evolucionan llegándose a la confusión, que en este trabajo se intentan aclarar o al menos plantear. Se plantean también varios objetivos específicos como la recopilación bibliográfica de la normativa vigente en lo referente a la sobrecarga de transformadores de potencia, revisión del inventario de transformadores de potencia que componen al sistema se ENELVEN y ENELCO par seleccionar una muestra representativa para el análisis de sobrecarga, revisión de manuales y reportes de pruebas de fabricantes de los transformadores de potencia, estudiar la metodología aplicable para el análisis de sobrecarga en función del comportamiento de las temperaturas en el devanado y en el aceite. En conclusión el incremento o reducción de la temperatura de los transformadores de potencia es función de la capacidad de almacenamiento de calor de la masa del mismo. La cantidad de calor generada dentro del transformador es función de la carga que
manejen. La carga demandada y la temperatura ambiente cambian continuamente, esta condición implica una carga cíclica a una temperatura ambiente determinada que puede variar durante el día y la noche, en consecuencia la temperatura en el punto mas caliente del devanado varia por arriba y por debajo de la temperatura de referencia. Por lo tanto los transformadores se pueden sobrecargar por encima de su capacidad nominal continua, ya que el envejecimiento térmico es un efecto acumulativo que se permite sobre el tiempo y temperaturas arriba de las temperaturas de referencia (110 grados C) permitiendo que el transformador trabaje por periodos mas largos debajo de los 110 grados, siempre que su carga anterior a la sobrecarga haya sido inferior a la nominal. Esto abre la posibilidad de un mayor aprovechamiento de los mismos, lo que se traduce en mayor confiabilidad y menores costos de inversión.
El aporte que nos ofrece toda esta información recavada el este trabajo anteriormente mencionado es de vital importancia ya que en el se trata un tema como lo es de la estructura funcional del sistema eléctrico nacional ENELVEN que se encuentra ubicado en el occidente del país y que tiene sistemas fundamentales que tratamos en este trabajo como lo son los sistemas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica.
Posso, Fausto. (2004). ESTUDIO DEL DESARROLLO DE LAS
ENERGÍAS ALTERNATIVAS EN VENEZUELA. Universidad de Los Andes
Estado Táchira. Venezuela.
El objetivo de este trabajo es determinar la factibilidad de una participación importante de las EA en el balance energético de Venezuela en base a su potencial de explotación, al análisis del sistema energético nacional y de la actitud del Estado ante las EA. Los resultados indican que el país tiene un alto potencial de las mismas, que la hidroenergía en gran escala es la única con una participación importante en el sistema energético, y que la energía solar y la eólica son las de mayor posibilidad de
desarrollo. Se reportan ciertos esfuerzos en I&D de las EA, además de un reducido grupo de empresas que ofrecen productos y servicios, en especial de energía solar. Por otra parte, si bien el Estado impulsa la hidroeléctrica y el gas natural, un conjunto de factores impiden el desarrollo en firme de las EA, fundamentalmente relacionados con la condición histórica de productor y consumidor de combustibles fósiles en gran escala y a bajo costo.
Además el Estado ha paralizado sus dos propuestas más atractivas: el proyecto PODER y el Proyecto Parque Eólico de Paraguaná. Se concluye que sólo con un cambio de actitud del Estado y el concurso de todos los actores involucrados en el sector, las “energías limpias” podrían tener un peso importante en el balance energético nacional. Se ha estudiado la posibilidad del desarrollo de las EA en Venezuela a partir de su potencial y del análisis de su sistema energético: su evolución y proyecciones de desarrollo, y del apoyo estadal al desarrollo de las mismas entre otros.
Se obtiene que el petróleo, el gas natural y la hidroenergía dominan tanto la oferta como la demanda energética y que el potencial aprovechable de las EA es tal que equivale a cerca de tres veces la producción promedio de petróleo diaria, para un nivel de máximo aprovechamiento de aquéllas.
Por otra parte, el aumento sostenido de la demanda interna y de la producción energética, que acentúan el deterioro ambiental, y la fuerte dependencia con respecto a los ingresos petroleros, que hace a Venezuela sumamente vulnerable a las inestabilidades del mercado mundial, evidencian la necesidad estratégica de desarrollar alternativas energéticas, más confiables y sustentables, situación que ha sido declarada incluso como un aspecto de seguridad y defensa nacional. En cuanto a su evolución histórica se obtiene que sólo la hidroenergía ha experimentado un importante desarrollo y presencia en el balance energético nacional e incluso con planes definidos de expansión en el corto y mediano plazo.
Con respecto a las otras EA, su desarrollo luce improbable tanto por la predominancia de los combustibles fósiles y derivados tanto en producción y consumo a bajo costo, como por la ausencia de una decidida política estatal de apoyo
a las mismas. Esta situación hace virtualmente imposible que se cumpla con los acuerdos internacionales firmados sobre el aporte de 10% de energías alternas a la producción total de energía para el año 2012. Finalmente se puede afirmar que sólo mediante un cambio de actitud y apoyo decidido del Estado, además de la participación activa del sector empresarial y académico, podría el país desarrollar en firme las EA permitiendo además insertar a Venezuela en la ruta energética del futuro que propone al hidrógeno como base de un sistema energético que motorizará el desarrollo humano en este siglo.
Este estudio posee una gran información acerca de las energías alternativas que en la actualidad se usan como lo son la energía eólica y solar que tienen una característica muy importante y es que estas son energías muy limpias y no producen ningún tipo de contaminación. Estas comprenden todas aquellas energías de origen no fósil y que no han participado significativamente en el mercado mundial de la energía. Se tiende a usar indiscriminadamente los términos renovables, nuevas y no convencionales como sinónimos, no siendo totalmente correcto. Así, el término no convencional no significa necesariamente nuevo, como es el caso de la energía solar, conocida desde hace mucho tiempo.
Tampoco se debe confundir el concepto de energía renovable con el de energía no convencional, pues entre las fuentes energéticas convencionales se encuentran algunas con característica de renovables, como la hidráulica o la bioenergía. Existen además fuentes no renovables y no convencionales como la energía geotérmica o la fusión nuclear.
Las energías no agotables, como la eólica, comúnmente se incluyen entre las renovables. De manera que el término alternativo es quizás, el más adecuado para englobar todas estas opciones energéticas y será el utilizado en este trabajo.
Cepeda, Alexander. (2004). LABORATORIO DE SUPERVISION DE
REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA.Universidad Central de Venezuela. Caracas Venezuela.
Dotar a la Universidad Central de Venezuela y al País en general, de un laboratorio a escala real para la Investigación, Desarrollo e Innovación de Sistemas de Supervisión de Redes de Distribución Eléctrica y uso eficiente de la energía. En todo sistema de distribución y en particular en los grandes centros urbanos, el consumo de energía eléctrica es variable durante el día y durante los meses del ano. Estudios realizados sobre el perfil de la demanda y de la Energía de la Ciudad Universitaria de Caracas (CUC) de la Universidad Central de Venezuela, es bastante aproximado a la curva típica de grandes clientes comerciales de empresas de suministro de energías.
Este perfil se caracteriza por una demanda mucho más importante durante las horas diurnas con respecto a las nocturnas. Esta aproximación le confiere a la CUC una posición privilegiada en cuanto a representatividad típica de la mayoría de los suscriptores. Por ello se plantea instalar un Laboratorio a escala real para la supervisión de la demanda y energía eléctrica consumida por la CUC, a los fines de disponer de un campo de experimentación valido para todos los estudios de redes de distribución eléctrica.
Este Laboratorio servirá de soporte para la adaptación de los usuarios y de las empresas distribuidoras nacionales a la nueva realidad que imponen la Ley de Servicio Eléctrico y la correspondiente reglamentación y redundara en beneficio de:
El sector académico, ya que permitirá organizar los conocimientos existentes en el área a través de diversos mecanismos tales como, intercambio de conocimiento interdisciplinarios e investigación en problemas concretos, en particular fortalecerá la formación impartida en la carrera de Ingeniera Eléctrica, en las Maestrías en: Ingeniera Eléctrica e Investigación de Operaciones, y en las Especializaciones en: Sistemas de Adquisición de Datos y Control Supervisorio (SCADA), Comunicaciones, Instrumentación y Sistemas Eléctricos de Potencia que ofrece la UCV y otras Universidades.
El sector empresarial, por cuanto además de buscar soluciones a problemas particulares, incorporara una nueva fuente de conocimiento que responde a necesidades específicas o experiencias derivadas de la inserción de tecnologías en el área de distribución del suministro eléctrico. El sector gubernamental, por cuanto el
conocimiento generado permitirá coordinar más eficazmente la misión del Estado en el ámbito fiscalizador y regulador, y proyectar más acertadamente la orientación planicadora que le compete.
Este proyecto nos nutre de mucha información acerca de lo que en la actualidad el suministro de la energía eléctrica impone responsabilidades tanto al Proveedor del Servicio como al usuario del mismo que trascienden mas allá de garantizar la continuidad del suministro con un margen de rentabilidad para el primero y un pago oportuno por parte del segundo. En los marcos regulatorios actuales, nacional e internacionalmente, se impone que el Proveedor del Servicio preste un servicio de calidad y el Cliente se somete a deberes en el uso racional del mismo. Estos deberes y derechos de las partes se definen en Reglamentos de Calidad del Servicio y del producto técnico para los cuales el Ente Regulador fija también el método de fiscalización. En consecuencia la supervisión de la calidad de la energía eléctrica pasa a ser una etapa muy importante para el usuario y para la Empresa distribuidora. Para esta ultima, es de extrema importancia la supervisión de la calidad de su producto debido a las sanciones que pudiesen resultar.
Preguntas a responder
Por lo cual es de suma importancia el conocer como estas plantas operan ¿Que tipos existen? ¿Como es el proceso de transformación de la energía? Como generan la energía que tanto consumimos para de esta forma contribuir a mejorar los procesos y que no tengan tanto impacto el nuestro medio ambiente y concienciar acerca del mal uso de esta energía que le damos a diario en nuestro andar cotidiano.
CAPÍTULO III
MARCO METODOLOGICO Modalidad de la Investigación
La presente investigación se enmarcó bajo la modalidad de investigación documental ya que como estrategia de abordaje metodológico se persigue ampliar y desarrollar de forma contextual lo relacionado con las Plantas Generadoras de Energía Eléctrica, con el fin de conocer su funcionamiento, tipos y estudiar el proceso de transformación de la energía; para de esta forma internalizar acerca del desarrollo energético de nuestro país y poder estructurar medidas de concientizacion sobre el uso de la energía eléctrica.
Para esta investigación se recopilo información proveniente de varios autores en diferentes formatos: revistas, libros, Internet, periódicos de forma tal que nos permita conceptualizar acerca de los diferentes tipos de plantas generadoras y su funcionamiento.
Tipo de Investigación
De acuerdo a los objetivos del presente trabajo esta investigación es del tipo Documental informativa dado que se basa en el análisis investigativo de diferentes fuentes de información (libros, revistas, informes, etc.) por lo cual se procedió a estudiar esta información para dar solución a los objetivos planteados el cual es describir el proceso de transformación de la energía eléctrica a través de plantas generadoras
Esquema de Trabajo
La siguiente Investigaciones desarrollara durante 8 semanas y quedara estructurada de la siguiente forma:
CAPITULO I: El Problema, se contextualizara y delimitara el problema planteado en esta investigación.
CAPITULO II: Marco Referencial, establece el origen y antecedentes que permitirán delimitar la investigación.
CAPITULO III: Marco Metodológico, fundamenta metodológicamente la investigación estableciendo los parámetros y modelo a seguir en este proyecto investigativo
CAPITULO IV: Resultados, Se describirá de manera lógica y ordenada los argumentos correspondientes a los objetivos planteados en el capitulo I.
Procedimiento 1.-Selección y delimitación del tema.
Esto se refiere a la selección del tema y a la clarificación temática de los dominios del trabajo a realizar. Se establecen cuáles serán sus límites, se puntualiza cuál es el problema y se precisa qué aspectos de éste se considerarán. Tiene como propósito aclararle al investigador, y posteriormente al lector, cuál es el ámbito que contemplará (contempló) la investigación. Debe incluir, además, los objetivos que se esperan lograr con la investigación y la justificación.
2.- Acopio de información o de fuentes de información.
Una vez definido el tema a estudiar y determinado los aspectos que de éste se contemplarán (o mientras se está en este proceso), se puede realizar un arqueo para acopiar la información que, según un criterio inicial establecido, pudiera servir para el desarrollo de la investigación y, en consecuencia, para el logro de los objetivos planteados. Esto no tiene por qué ser rígido, su razón de ser es servir como marco de referencia para el desarrollo de la documentación. El acopio de la información, la revisión de los documentos puede comenzar (De hecho, por lo general ocurre) desde que surge el interés por la investigación, antes de delimitar el problema.
3.- Organización de los datos y elaboración de un esquema conceptual del tema.
Con el propósito de facilitar la búsqueda e interpretación de los datos, se recomienda elaborar un esquema conceptual, en el que se organice gráficamente, estructuralmente, los diferentes elementos que se deriven del tema objeto de investigación. En este se debe mostrar las relaciones de los elementos entre sí y con el
todo; relaciones de subordinación, yuxtaposición y coordinación. Se pueden considerar los siguientes esquemas: cronológico, sistémico, mixto.
4.- Análisis de los datos y organización de la investigación.
Teniendo un esquema conceptual tentativo definido, se procede a desarrollar los puntos indicados en el esquema, analizando los documentos, y sintetizando los elementos más significativos, aquéllos que respondan a los objetivos planteados. Hay, además, interpretación. El investigador contribuye interpretando las nuevas relaciones que ofrece la investigación. Se desarrolla los elementos, tomando como referencia distintos autores. Se analiza las diferencias y semejanzas de los postulados. Se persigue, fundamentalmente, comprender y explicar la naturaleza del problema: sus causas, consecuencias, sus implicaciones y su funcionamiento.
5.- Redacción de la investigación y presentación final (oral y escrita).
Cuando se haya dado respuesta a la pregunta que guió investigación y, en consecuencia, se haya dado por culminada la investigación. Existen elementos estructurales que, si se tomasen en cuenta, podrían facilitar la composición de la investigación y su posterior comprensión (por parte del lector). Para la revisión del proceso de elaboración de los borradores, y la corrección del informe final
Técnicas e instrumentos de acopio de la información
Se reúne todo el material publicado o inédito; artículos, estudios críticos, monografías, ensayos, documentos de archivo, libros, tesis, Internet, etc.
Conocer las ideas o datos expuestos anteriormente provee de bases sólidas para mejorar nuestra idea y no repetirla.
Los artículos críticos de revista especializada resultan más ricos y aprovechables por sobre los de tratamiento indirecto.
La tecnica utilizada en este caso fue la ficha bibliografica. En esta podemos ordenar un conjunto de datos que nos permita la identificación de algunas publicaciones ó parte de ellas. La ficha bibliográfica nos permite realizar escritos como los siguientes: Ordenar una bibliografía completa. Tener el resumen de algún tema, memoria ó
una publicación ó cita textual. Al realizar una ficha bibliográfica se debe de asegurar que todos los datos que tenemos en ella, nos permita identificar con precisión una obra. En el caso de que la obra sea un libro se deben de considerar los elementos siguientes:
.- Autor (de la obra). .- Titulo.
.- Titulo original si es una traducción. .- Número de edición. .- Lugar de la publicación. .- Editor. .- Año de publicación. .- Número de paginas. .- Número de volúmenes.
.- Indicación de tablas e ilustraciones.
.- Título de la colección o serie, y número de la publicación dentro de la serie.
Cada uno de los elementos citados se deben obtener de la portada, en algunas ocasiones es necesario hacer una referencia en relación con una parte del libro y debemos precisar los siguientes puntos:
.- Autor.
.- Título de la parte catalogada. .- Título de la publicación. .- Número de edición. .- Lugar de publicación. .- Editor.
.- Año de publicación.
.- Indicación de volumen, capítulo y paginas, inicial y final, o página determinada de la parte catalogada.
.- Elementos que debe integrar una ficha bibliográfica cuando hace referencia a una .- .- publicación periódica y seriada.
.- Lugar de la edición. .- Lugar de edición.
.- Editor-autor(entidad responsable, sino consta en el título).
.- Fecha(año del primer volumen y, si la publicación cesó, también del ultimo).
.- Periodicidad(semanal, quincenal, mensual, bimestral, trimestral, etc.) o frecuencia irregular.
.- Precio .- Dirección.
.- Título(s) anterior(es).
Elementos que debemos de integrar en una ficha bibliográfica, cuando hacemos referencia a fascículos especiales, suplementos, etc., son los siguientes: .- Título de la publicación (fascículo).
.- Lugar de la publicación.
.- Editor-autor(entidad responsable si no consta en el título). .- Fecha(año de los volúmenes o fascículos catalogados). .- Número de paginas de la publicación.
.- Indicación del tipo de suplemento y/o del número especial.
.- Indicación del número(s), volumen(es), o fascículo(s) catalogado(s).
Los elementos que debe integrar una ficha bibliográfica cuando se hace referencia a una colaboración en obras colectivas, misceláneas, actas de congresos son:
.- Autor de la colaboración. .- Título de la colaboración. .- Título original(si es traducción).
.- Editor-autor (director, organizador, compilador, etc.) precedido de "En:". .- Título de la publicación colectiva.
.- Número de edición. .- Lugar de publicación. .- Editor comercial. .- Año de publicación.
.- Número de volumen o parte.
.- Páginas inicial ó final de la colaboración. .- Indicación de ilustraciones, tablas, etc. .- Título de la colección y numero.
La ficha bibliográfica es necesaria que se elabore cuando consultemos una publicación. Integrando en la ficha las características, datos y elementos de acuerdo a la obra(s) que consultemos ó realicemos. Ficha Biográfica La ficha biográfica se realiza cuando es necesaria la información en forma resumida de la vida de un autor (o autores). En el deben aparecer los siguientes aspectos.
.- Año y lugar de nacimiento y muerte del autor. Nacionalidad. .- Estudios que realizó. Profesión.
.- Obras más importantes que escribió. .- Temas que estudió. Teorías que desarrolló. .- Importancia científica en su época.
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
Plantas Generadoras De Energía Eléctrica
Las centrales eléctricas son las instalaciones productoras de energía eléctrica. Son instalaciones dónde hay un conjunto de maquinas motrices y aparatos que se utilizan para generar energía eléctrica.
Las centrales reciben el nombre genérico de la energía primaria utilizada: centrales térmicas de carbón, centrales nucleares, centrales hidráulicas o hidroeléctricas, centrales eólicas, centrales geotérmicas, etc.
Según el servicio que dan en el consumo global de la red, las centrales se clasifican en:
Clasificación de las Centrales Generadoras de Energía Eléctrica
1. Centrales de base o centrales principales. Son las que están destinadas a
suministrar energía eléctrica de manera continua. Estas son de gran potencia y utilizan generalmente como maquinas motrices las turbinas de vapor, turbinas de gas y turbinas hidráulicas.
2. Centrales de punta. Proyectadas para cubrir demandas de energía en las horas
punta. En dichas horas punta, se ponen en marcha y trabajan en paralelo con la central principal.
3. Centrales de reserva. Tienen por objetivo reemplazar las centrales de base en
caso de avería o reparación. No deben confundirse con las centrales de puntas, ya que el funcionamiento de las centrales de puntas es periódico (es decir, todos los días a ciertas horas) mientras que el de las centrales de reserva es intermitente.
4. Centrales de Socorro: Tienen igual cometido que las centrales de reserva
citadas anteriormente; pero la instalación del conjunto de aparatos y maquinas que constituyen la central de reserva, es fija, mientras que las centrales de socorro son
móviles y pueden desplazarse al lugar donde sean necesarios sus servicios. Estas centrales son de pequeña potencia y generalmente accionadas por motores Diesel; se instalan en vagones de ferrocarril, o en barcos especialmente diseñados y acondicionados para esa misión.
5. Centrales de bombeo. Son las que en las horas bajas utilizan la energía sobrante
para bombear agua a un embalse superior y en las horas punta se aprovechan para dar energía a la red.
Las principales centrales eléctricas son esencialmente instalaciones que emplean en determinada cantidad una fuente de energía primaria limitada en el planeta (carbón, fuel y gas) o que su utilización causa un impacto ambiental importante en el medio ambiente de sus alrededores.
Como ejemplos se tienen las centrales hidroeléctricas, las termoeléctricas y las nucleares.
- Las centrales hidroeléctricas en un principio no pueden parecer muy
perjudiciales, pero su instalación en la naturaleza, obstaculizando el flujo de un río, aunque regulando el caudal de este, puede hacer cambiar el ecosistema de su alrededor, y puede ocasionar la muerte de varias especies que vivan en él.
- Las centrales termoeléctricas utilizan la combustión del carbón
principalmente, una materia prima limitada en el planeta, y aunque antes de liberar el humo generado por la combustión se eliminan las partículas sólidas, la contaminación del aire se produce igualmente.
- Las centrales nucleares son las más perjudiciales para el medio ambiente,
por eso gozan de un gran sistema de seguridad. Su potencia eléctrica es la mayor, pero una fuga radioactiva de un solo reactor puede tener consecuencias devastadoras para los de seres vivos a varios kilómetros a la redonda.
- Las centrales eólicas aprovechan la fuerza del viento que mueve las hélices
para producir electricidad en el generador, estas funcionan por medio de maquinas capaces de girar con gran fuerza gracias a la acción de potencia del viento, se llaman aerogeneradores o aeroturbinas.
Centrales Hidroeléctricas
La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. El esquema general de una central hidroeléctrica se muestra en la figura 1.
Esquema De Una Central Hidroeléctrica
Figura 1. Esquema general de una central hidroeléctrica Fuente: Diseñado Para Esta Investigacion
Un sistema de captación de agua provoca un desnivel que origina una cierta energía potencial acumulada. El paso del agua por la turbina desarrolla en la misma un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente eléctrica.
Principales componentes de una Central Hidroeléctrica La Presa
El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud, que se encarga de atajar el río y remansar las aguas.
Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de la contención, y otro nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energía.
Las presas pueden clasificarse por el material empleado en su construcción en: - Presa de tierra
- Presa de hormigón
Los Aliviaderos
Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas.
Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie. La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego.
Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura, los aliviaderos se diseñan para que la mayoría del líquido se pierda en una cuenca que se encuentra a pie de presa, llamada de amortiguación.
Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes
compuertas, de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad, según la demanda de la situación.
Tomas de agua
Las tomas de agua son construcciones adecuadas que permiten recoger el líquido para llevarlo hasta las máquinas por medios de canales o tuberías.
Las tomas de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberías, se hallan en la pared anterior de la presa que entra en contacto con el agua embalsada.
Estas tomas además de unas compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los álabes y producir desperfectos
Casa de máquinas
Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando.
En la figura 2 tenemos el corte esquemático de una central de caudal elevado y baja caída. La presa comprende en su misma estructura a la casa de máquinas.
Figura 2. Corte esquemático de una central de caudal elevado y baja caída. Fuente: Diseñado Para Esta Investigacion
2. Presa de contención
3. Entrada de agua a las máquinas (toma), con reja 4. Conducto de entrada del agua
5. Compuertas planas de entrada, en posición "izadas". 6. Turbina hidráulica
7. Alternador
8. Directrices para regulación de la entrada de agua a turbina 9. Puente de grúa de la sal de máquinas.
10. Salida de agua (tubo de aspiración
11. Compuertas planas de salida, en posición "izadas" 12. Puente grúa para maniobrar compuertas de salida.
Ventajas De Las Centrales Hidroeléctricas:
- No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.
- Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.
- A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo.
- Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.
- Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen una duración considerable.
- La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.
Desventajas De Las Centrales Hidroeléctricas:
- Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos. - El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión
de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.
- La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas.
- La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.
La presa retiene el agua del río provocando un embalse y un aumento del nivel del agua. En el pie de la presa hay la sala de máquinas con grupos turboalternadores.
El agua llega a las turbinas a través de un canal forzado alimentado desde el embalse por el agua, equipado con compuertas y rejas. El agua hace girar el eje de la
turbina. Solidario a este hay el rotor del alternador y un generador de corriente continua que genera un campo magnético en las bobinas del rotor, que produce en el bobinaje del estator una corriente alterna de media tensión y elevada intensidad.
Con los transformadores se eleva la tensión y, a través del parque de distribución o directamente, se alimenta las líneas de la red de transporte.
Las energías alternativas
Las energías alternativas son energías renovables y son esas fuentes de energía que se renuevan de manera continuada, en contraposición a los combustibles fósiles, de los cuales existen recursos limitados. Su producción de electricidad es menor a la de las centrales nucleares, termoeléctricas y hidroeléctricas, pero poco a poco van sustituyendo a estas aunque todavía están muy lejos de conseguir su productividad.
Beneficios que aporta la utilización de energías renovables
- Reducción de la emisión de CO2 por cápita.
- Aprovechamiento de recursos autóctonos. - Soporte a una industria de alta tecnología. - Protección del entorno natural.
- Soporte a laboratorios de investigación y centros universitarios con beneficios derivados.
- Favorecer el reequilibrio territorial.
Centrales Eólicas
Las centrales eólicas aprovechan la fuerza del viento que mueve las hélices para producir electricidad en el generador, estas funcionan por medio de maquinas capaces de girar con gran fuerza gracias a la acción de potencia del viento, se llaman aerogeneradores o aeroturbinas.
Las partes que componen una aeroturbina son:
- Rotor o turbina: es el que transforma la energía del viento en energía
mecánica.
- Sistema de orientación: tiene la función de colocar el rotor perpendicular a la
dirección del viento.
- Sistema de regulación: tiene la función de disminuir la velocidad de
encendido, mantener la potencia y la velocidad del rotor y pararlo cuando el viento sobrepase una velocidad determinada.
- Conversor energético: transforma la energía obtenida en el eje rotor.
- Coraza: soporta y protege el conversor energético y, normalmente, los
sistemas de regulación y orientación.
- Soporte o torre: es el soporte de todo el equipo. Eleva el rotor para mejorar la
captación y absorber las vibraciones que se producen.
Origen de la Energía Eólica
Todas las fuentes de energía renovables (excepto la mareomotriz y la geotérmica), incluso la de los combustibles sólidos, provienen, en último término, del Sol. El Sol irradia 1014 kw·h de energía hacia la Tierra. En otras palabras, si tenemos
en cuenta que 1 kw·h = 3.600.000 julios y esta energía se transmite en una hora, la Tierra recibe del Sol 1017 w de potencia.
Alrededor de un 1 a un 2% de la energía proveniente del Sol es convertible en energía eólica. Esto supone una energía alrededor de 50 a 100 veces superior a la
convertida en biomasa por todas las plantas de la Tierra. El viento se produce por las diferencias de temperaturas que alcanzan diferentes partes de la Tierra.
Las regiones alrededor del ecuador, a 0º de latitud, son calentadas por el sol más que las zonas del resto del globo.
El aire caliente es más ligero que el aire frío, por lo que subirá hasta alcanzar una altura aproximada de 10 km y se extenderá hacia el norte y hacia el sur.
Si el globo terrestre no rotara, el aire simplemente llegaría al Polo Norte y al Polo Sur.
Si consideramos el movimiento de rotación de la Tierra, el modelo de circulación global del aire sobre el planeta se hace mucho más complicado.
En el hemisferio norte, el movimiento del aire en las capas altas tiende a desviarse hacia el ESTE y en las capas bajas hacia el OESTE, por efecto de las fuerzas de inercia de Coriolis. En el hemisferio sur ocurre al contrario.
Estas fuerzas de Coriolis aparecen en todas las partículas cuyo movimiento esté asociado a unos ejes de referencia que a su vez está sometido a un movimiento de rotación.
De esta forma, el ciclo que aparecía en un planeta estático, ahora se subdivide. El aire que asciende en la zona cálida del ecuador se dirige hacia el polo a una velocidad de 2m/s, desviándose hacia el ESTE a medida que avanza hacia el NORTE. Al alcanzar la zona subtropical, su componente es demasiado elevada y desciende, volviendo al ecuador por la superficie. Por encima de este ciclo subtropical se forma otro de característica semejante aunque en este caso es el aire cálido que ha descendido en la zona subtropical es el que se desplaza por la superficie terrestre hasta que alcanza la zona 26ubsolar, en donde vuelve a ascender enlazando con el ciclo polar.
Este modelo de circulación, todavía se ve perturbado por la formación de torbellinos que se generan en las zonas de interpolación de los diferentes ciclos. La componente transversal de la velocidad del viento genera unas olas, que poco a poco se van incrementando hasta que la circulación se rompe, produciéndose unos torbellinos que se mueven independientemente. Estos núcleos borrascosos se generan
periódicamente y transportan grandes masas de aire frío hacia el sus alterando las condiciones climáticas en zonas de latitud inferior.
En la figura 3 podemos observar los componentes de un aerogenerador.
Figura 3. Componentes de un aerogenerador. Fuente: Diseñado Para Esta Investigación
La góndola
Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. El personal de servicio puede entrar en la góndola desde la torre de la turbina. A la izquierda de la góndola tenemos el rotor del aerogenerador, es decir las palas y el buje.
Las palas del rotor
Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un aerogenerador moderno de 600 kW cada pala mide alrededor de 20 metros de longitud y su diseño es muy parecido al del ala de un avión.
El buje
El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.
El eje de baja velocidad
Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 kW el rotor gira muy lento, a unas 19 a 30 revoluciones por minuto (r.p.m.) El eje contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos.
El multiplicador
Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.
El eje de alta velocidad
Gira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con yn freno de disco mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina.
El generador eléctrico
Suele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos la potencia máxima suele estar entre 500 y 1.500 kW.
El controlador electrónico
Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador), automáticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace telefónico mediante modem.
La unidad de refrigeración
Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua.
La torre
Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 600 kW tendrá una torre de 40 a 60 metros (la altura de un edificio de 13 a 20 plantas).Las torres pueden ser bien torres tubulares (como la mostrada en el dibujo) o torres de celosia. Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La principal ventaja de las torres de celosia es que son más baratas.
El mecanismo de orientación
Está activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando la veleta.
El anemómetro y la veleta
Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para conectarlo cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/S. El ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 m/s, con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador electrónico para girar el aerogenerador en contra del viento, utilizando el mecanismo de orientación.
Las Ventajas de este sistema son:
- Con su implantación se logra una mayor vida del aerogenerador, al soportar estas menores cargas dinámicas.
- Al mismo tiempo se consigue un aumento del rendimiento de la instalación, ya que el viento ataca a los álabes siempre con el ángulo óptimo de incidencia.
- Así mismo, es posible el aprovechamiento de regímenes de vientos bajos.
Las Principales Desventajas Son:
- Puede situar el generador, el multiplicador, etc. en el suelo, y puede no tener que necesitar una torre para la máquina.
- No necesita un mecanismo de orientación para girar el rotor en contra del viento.
- Las velocidades del viento cerca del nivel del suelo son muy bajas, por lo que a pesar de que pueden ahorrarse la torre, sus velocidades de viento serán muy bajas en la parte más baja de su rotor.
- La eficiencia promedio de las máquinas de eje vertical no es muy grande. - La máquina no es de arranque automático (es decir, una máquina Darrieus necesitará un "empuje" antes de arrancar). Sin embargo, esto es sólo un inconveniente sin importancia, ya que puede utilizar el generador como motor absorbiendo corriente de la red para arrancar la máquina.
- La máquina puede necesitar cables tensores que la sujeten, aunque esta solución no es practicable en áreas muy cultivadas.
- Para sustituir el cojinete principal del rotor se necesita desmontar el rotor, tanto en las máquinas de eje horizontal como en las de eje vertical. En el caso de las últimas, esto implica que toda la máquina deberá ser desmontada.
Centrales Termoeléctricas
Las centrales termoeléctricas son centrales que utilizan el calor que desprende la combustión de un combustible fósil para convertir el agua en vapor de agua. Las centrales termoeléctricas pueden funcionar con tres clases de combustible diferente: gas, fuel y carbón. En el caso de este último es necesario triturarlo antes de usarlo para facilitar su combustión.
El combustible se introduce en la caldera con la misión de desprender calor suficiente para calentar los tubos con agua.
Esta agua se convierte en vapor y tras eliminar su humedad y aumentar su temperatura en el calentador, se introduce en la turbina generando energía cinética que el alternador transforma en eléctrica. Esta energía tras pasar por los transformadores que elevan su tensión a un valor adecuado para su transporte, llegará al parque de distribución y por las líneas de transporte a los centros consumidores. Se denominan centrales termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas centrales que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-óil 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 producción de energía eléctrica desde hace décadas y, sobre todo, con tecnologías diferentes y mucho mas 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.
Una central termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza (parque de carbón, depósitos de fuel-oil) para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste. Si se trata de una central termoeléctrica de carbón (hulla, antracita, lignito,...) es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la central mediante chorro de aire precalentado.
Si es una central termoeléctrica de fuel-oil, éste es precalentado para que fluidifique, siendo inyectado posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de combustible. Si es una central termoeléctrica de gas los quemadores están asimismo concebidos especialmente para quemar dicho combustible. Hay, por último, centrales
termoeléctricas clásicas cuyo diseño les permite quemar indistintamente combustibles fósiles diferentes (carbón o gas, carbón o fuel-oil, etc.). Reciben el nombre de centrales termoeléctricas mixtas.
Una vez en la caldera, los quemadores provocan la combustión del carbón, fuel-oil o gas, generando energía calorífica. Esta convierte a su vez, en vapor a alta temperatura el agua que circula por una extensa red formada por miles de tubos que tapizan las paredes de la caldera. Este vapor entre a gran presión en la turbina de la central, la cual consta de tres cuerpos -de alta, media y baja presión, respectivamente- unidos por un mismo eje.
En el primer cuerpo (alta presión) hay centenares de álabes o paletas de pequeño tamaño. El cuerpo a media presión posee asimismo centenares de álabes pero de mayor tamaño que los anteriores. El de baja presión, por último, tiene álabes aún más grandes que los precedentes. El objetivo de esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente, por lo cual los álabes de la turbina se hacen de mayor tamaño cuando se pasa de un cuerpo a otro de la misma., Hay que advertir, por otro lado, que este vapor, antes de entrar en la turbina, ha de ser cuidadosamente deshumidificado. En caso contrario, las pequeñísimas gotas de agua en suspensión que transportaría serían lanzadas a gran velocidad contra los álabes, actuando como si fueran proyectiles y erosionando las paletas hasta dejarlas inservibles.
El vapor de agua a presión, por lo tanto, hace girar los álabes de la turbina generando energía mecánica. A su vez, el eje que une a los tres cuerpos de la turbina (de alta, media y baja presión) hace girar al mismo tiempo a un alternador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. Esta es vertida a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un transformador.
Por su parte, el vapor -debilitada ya su presión- es enviado a unos condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.
Dentro de la caldera se produce el vapor que acciona los álabes de los cuerpos de las turbinas de alta presión, media presión y baja presión, haciendo girar el rotor de la turbina que se mueve solidariamente con el rotor del generador, donde se produce energía eléctrica, la cual es transportada mediante líneas de transporta a
alta tensión a los centros de consumo. En la figura 4 se observa un esquema general
de una central termoeléctrica.
Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida en el
condensador. El agua obtenida por la condensación del vapor se somete a diversas
etapas de calentamiento y se inyecta de nuevo en la caldera en las condiciones de presión y temperatura más adecuadas para obtener el máximo rendimiento del ciclo.
Figura 4. Esquema general de una central termoeléctrica. Fuente: Diseñado Para Esta Investigación
El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración, 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 de gran altura -las hay de más de 300 metros-, que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y
precipitadores que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia
central.
Nuevas Tecnologías
Se están llevando a cabo investigaciones para obtener un mejor aprovechamiento del carbón, como son la gasificación del carbón "in situ" o la aplicación de máquinas hidráulicas de arranque de mineral y de avance continuo, que permiten la explotación de yacimientos de poco espesor o de yacimientos en los que el mineral se encuentra demasiado disperso o mezclado.
El primero de los sistemas mencionados consiste en inyectar oxígeno en el yacimiento, de modo que se provoca la combustión del carbón y se produce un gas aprovechable para la producción de energía eléctrica mediante centrales instaladas en bocamina.
El segundo, en lanzar potentes chorros de agua contra las vetas del mineral, lo que da lugar a barros de carbón, los cuales son evacuados fuera de la mina por medios de tuberías.
Otras nuevas tecnologías que están siendo objeto de investigación pretenden mejorar el rendimiento de las centrales termoeléctricas de carbón, actualmente situado entre el 30 y el 40%. Destaca entre ellas la combustión del carbón en lecho fluidificado, que -según determinadas estimaciones- permitiría obtener rendimientos de hasta el 50%, disminuyendo al mismo tiempo la emisión de anhídrido sulfuroso.
Consiste en quemar carbón en un lecho de partículas inertes (de caliza, por ejemplo), a través del cual se hace pasar una corriente de aire. Esta soporta el peso de las partículas y las mantiene en suspensión, de modo que da la impresión de que se trata de un líquido en ebullición.
Otras investigaciones, por último, intentan facilitar la sustitución del fuel-oil en las centrales termoeléctricas para contribuir a reducir la dependencia respecto del petróleo. Cabe citar en este sentido proyectos que pretenden conseguir una adecuada combustión de mezclas de carbón y fuel (coal-oil mixture: COM) o de carbón y agua (CAM) en las centrales termoeléctricas equipadas para consumir fuel-oil.
Centrales Termoeléctricas Y Medio Ambiente
Para evitar que el funcionamiento de las centrales termoeléctricas clásicas pueda dañar el entorno natural, estas plantas llevan incorporados una serie de sistemas y elementos que afectan a la estructura de las instalaciones, como es el caso de las torres de refrigeración.
La incidencia de este tipo de centrales sobre el medio ambiente se produce por la emisión de residuos a la atmósfera (procedentes de la combustión del combustible) y por vía térmica, (calentamiento de las aguas de los ríos por utilización de estas aguas para la refrigeración en circuito-abierto). Por lo que se refiere al primero de los aspectos citados, esa clase de contaminación ambiental es prácticamente despreciable en el caso de las centrales termoeléctricas de gas y escasa en el caso de las de fuel-oil, pero exige, sin embargo, la adopción de importantes medidas en las de carbón. La combustión del carbón, en efecto, provoca la emisión al medio ambiente de partículas y ácidos de azufre. Para impedir que estas emisiones puedan perjudicar al entorno de la planta, dichas centrales poseen chimeneas de gran altura se están construyendo chimeneas de más de 300 metros- que dispersan dichas partículas en la atmósfera, minimizando su influencia.
Además, poseen filtros electrostáticos o precipitadores que retienen buena parte de las partículas volátiles en el interior de la central. Por lo que se refiere a las centrales de fuel-oil, su emisión de partículas sólidas es muy inferior, y puede ser considerada insignificante. Sólo cabe tener en cuente la emisión de hollines ácidos neutralizados mediante la adición de neutralizantes de la acidez y la de óxidos de azufre minimizada por medio de diversos sistemas de purificación.
En cuanto a la contaminación térmica, ésta es combatida especialmente a través de la instalación de torres de refrigeración. Como se señalaba anteriormente, el agua que utiliza la central, tras ser convertida en vapor y empleada para hacer girar la turbina, es enfriada en unos condensadores para volver posteriormente a los conductos de la caldera. Para efectuar la operación de refrigeración, se emplean las aguas de algún río próximo o del mar, a las cuales se transmite el calor incorporado
por el agua de la central que pasa por los condensadores. Si el caudal del río es pequeño, y a fin de evitar la contaminación térmica, las centrales termoeléctricas utilizan sistemas de refrigeración en circuito cerrado mediante torres de refrigeración. En este sistema, el agua caliente que proviene de los condensadores entra en la torre de refrigeración a una altura determinada. Se produce en la torre un tiro natural ascendente de aire frío de manera contínua. El agua, al entrar en la torre, cae por su propio peso y se encuentra en su caída con una serie de rejillas dispuestas de modo que la pulverizan y la convierten en una lluvia muy fina. Las gotas de agua, al encontrar en su caída la corriente de aire frío que asciende por la torre, pierden su calor. Por último, el agua así enfriada vuelve a los condensadores por medio de un circuito cerrado y se continua el proceso productivo sin daño alguno para el ambiente
Cabe mencionar, por último, que diversos países -entre ellos España- están desarrollando proyectos de investigación que permiten aprovechar las partículas retenidas en los precipitadores y los efluentes térmicos de estas centrales de manera positiva. Así, se estudia la posibilidad de emplear cenizas volantes, producidas por la combustión del carbón, como material de construcción o para la recuperación del aluminio en forma de alúmina. Y se utilizan los efluentes térmicos de estas plantas para convertir en zonas cultivables extensiones de terrenos que antes no lo eran, o para la cría de determinadas especies marinas, cuya reproducción se ve favorecida gracias al aumento de la temperatura de las aguas en las que se desarrollan.
Ventajas de la central Termoeléctrica:
- Una central termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste.
- Muchas de las centrales termoeléctricas están diseñadas para permitir quemar indistintamente combustibles fósiles diferentes (carbón o gas, carbón o fuel-oil, etc.). - El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a la
atmósfera mediante torres de refrigeración, 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 de gran altura -las hay de más de 300 metros, que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y
precipitadores que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia
central.
- Para evitar que el funcionamiento de las centrales termoeléctricas clásicas pueda dañar el entorno natural, estas plantas llevan incorporados una serie de sistemas y elementos que afectan a la estructura de las instalaciones, como es el caso de las torres de refrigeración.
- Para impedir que estas emisiones puedan perjudicar al entorno de la planta, dichas centrales poseen chimeneas de gran altura -se están construyendo chimeneas de más de 300 metros que dispersan dichas partículas en la atmósfera, minimizando su influencia
Desventaja de las centrales termoeléctricas:
- La incidencia de este tipo de centrales sobre el medio ambiente se produce por la emisión de residuos a la atmósfera (procedentes de la combustión del combustible) y por vía térmica, (calentamiento de las aguas de los ríos por utilización de estas aguas para la refrigeración en circuito abierto).
- La combustión del carbón provoca la emisión al medio ambiente de partículas y ácidos de azufre.
- Las centrales termoeléctricas son las más perjudiciales para el medio ambiente, por eso gozan de un gran sistema de seguridad. Su potencia eléctrica es la mayor, pero una fuga radioactiva de un solo reactor puede tener consecuencias devastadoras para los de seres vivos a varios kilómetros a la redonda.
Central Nuclear
La energía generada en el reactor sirve para convertir el agua en vapor dentro del generador de vapor. El vapor acciona la turbina acoplada al generador. La energía eléctrica producida se libera a la red después de elevar la tensión con los transformadores. El vapor de agua se condensa y vuelve al generador de vapor, con lo que se cierra el circuito.
Reactor Nuclear
Un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, con los medios adecuados para extraer el calor generado.
Un reactor nuclear consta de varios elementos, que tienen cada uno un papel importante en la generación del calor. Estos elementos son:
1. El combustible, formado por un material fisionable, generalmente un
compuesto de uranio, en el que tienen lugar las reacciones de fisión, y por tanto, es la fuente de generación del calor.
2. El moderador, que hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos,
llevándolos a neutrones lentos o térmicos. Este elemento no existe en los reactores denominados rápidos. Se emplean como materiales moderadores el agua, el grafito y el agua pesada.
3. El refrigerante, que extrae el calor generado por el combustible del reactor.
Generalmente se usan refrigerantes líquidos, como el agua ligera y el agua pesada, o gases como el anhídrido carbónico y el helio.
4. El reflector, que permite reducir el escape de neutrones de la zona del
combustible, y por tanto disponer de más neutrones para la reacción en cadena. Los materiales usados como reflectores son el agua, el grafito y el agua pesada.
5. Los elementos de control, que actúan como absorbentes de neutrones,
permiten controlar en todo momento la población de neutrones, y por tanto, la reactividad del reactor, haciendo que sea crítico durante su funcionamiento, y
sub-crítico durante las paradas. Los elementos de control tienen formas de barras, aunque también pueden encontrarse diluido en el refrigerante.
6. El blindaje, que evita el escape de radiación gamma y de neutrones del
reactor. Los materiales usados como blindaje son el hormigón, el agua y el plomo.
Combustible nuclear
Se llama combustible nuclear cualquier material que contiene núcleos fisionables y puede emplearse en un reactor nuclear para que en él se desarrolle una reacción nuclear en cadena.
Según esto el uranio es un combustible nuclear, como también lo es el óxido de uranio.
En el primer caso nos referimos a un elemento químico, algunos de cuyos isótopos son fisionables; en el segundo, a un compuesto químico determinado que contiene tales isótopos.
Entendemos por isótopos fisionables aquellos núcleos susceptibles de experimentar fisión. Para hablar con precisión, sería necesario especificar la energía de los neutrones que pueden hacer fisionar dichos isótopos; por ejemplo, el U-238 no es fisionable por los neutrones térmicos (baja velocidad), pero si por los rápidos, aunque con pequeña sección eficaz. Normalmente, y a no ser que se hagan mayores precisiones, suele entenderse por isótopo fisionable cualquier núcleo que fisiona por la acción de los neutrones térmicos.
El único isótopo fisionable por neutrones térmicos que existe en la naturaleza es el U-235. Se encuentra en una proporción del 0'711% en el uranio natural.
Hay otros isótopos fisionables que no existen en la naturaleza pero que pueden obtenerse artificialmente. Los principales son:
El uranio-233: que se obtiene por captura de un neutrón por un núcleo de torio-232.
El núcleo intermedio formado sufre dos desintegraciones beta, dando lugar al mencionado U-233.
