Diplomado IMAC Clase 1 Modulo deEnergia

ASPECTOS GENERALES

Ing. Julio Molina PhD. IDEC-FAU / FI / UCV

UCV Campus Sustentable

Caracas Julio 2015

Diplomado Gestión Ambiental Municipal

Módulo: “Energía, ciudad y edificación”

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CONTENIDO

• INTRODUCCIÓN Y DEFINICIÓN DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA • SISTEMAS DE GENERACIÓN ELECTRICA • GESTIÓN DE LA DEMANDA ELÉCTRICA • SISTEMAS DE TRANSPORTE DE ELECTRICIDAD • SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ELECTRICIDAD • TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN • ACOMETIDAS ELÉCTRICAS • CANALIZACIONES ELÉCTRICAS • TABLEROS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN • EQUIPOS DE MEDICIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA • TARIFA ELÉCTRICA HORARIA • DOMÓTICA • GENERACIÓN DISTRIBUIDA • CIUDADES INTELIGENTES: SMART CITY

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INTRODUCCION

• El proceso de hacer llegar la energía eléctrica desde las fuentes hasta los consumidores, requiere de estructuras cada vez más complejas, denominadas Sistemas Eléctricos de Potencia

• Una de las definiciones más aceptadas, es la establecida por el Institute of Electrical and Electronics Engineer (IEEE):

Red formada por unidades generadores de energía eléctrica, cargas y/o líneas de transmisión de potencia, incluyendo los equipos asociados, conectado eléctrica o mecánicamente a la red

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INTRODUCCION

Se pueda afirmar que un Sistema Eléctrico de Potencia es la integración de un conjunto de subsistemas, los cuales en si mismos son muy complejos y forman parte de las diferentes ramas del conocimiento dentro de la especialización de Potencia.

• Sistemas de Generación de Energía Eléctrica • Sistemas de Transmisión y Subtransmisión • Sistemas de Distribución • Sistemas de Protección • Sistemas de Adquisición de Datos y Control Supervisorio (SCADA)

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INTRODUCCION

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SISTEMAS DE GENERACIÓN ELECTRICA

El sistema de generación es la parte básica del Sistema de Potencia, esta se encarga de entregar la energía eléctrica a partir de la transformación de distintos tipos de energía primaria

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Generación Térmica Generación Hidráulica Generación Nuclear

Energías Convencionales


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Generación Eólica Generación Solar Generación Geotérmica Generación Biomasa Generación Mareomotrices

Energías Alternativas


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Para satisfacer las variaciones de la demanda, las centrales generadoras se clasifican en los grupos:

Carga Tipo de central

Pico Turbina de gas Motor de combustión interna Hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo

Intermedia Central de vapor de bajo rendimiento Central Ciclo combinado de bajo rendimiento Hidroeléctrica limitación almacenamiento

Base

Central Nuclear Central de vapor de alto rendimiento Central de ciclo combinado de alto rendimiento Hidroeléctrica sin limitación almacenamiento

GESTION DE LA DEMANDA ELECTRICA

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GESTION DE LA DEMANDA ELECTRICA

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SISTEMAS DE TRANSPORTE DE ELECTRICIDAD •En un esquema tradicional, las centrales de generación están ubicadas en sitios alejados de los centros de consumo. •Es necesario efectuar el transporte de energía a gran distancia.

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Los sistemas de transporte están constituidos por una Subestación (S/E) dotada de transformadores, que elevan la tensión, un tendido de conductores soportados por estructuras especiales (i.e. Líneas de transmisión), y S/E reductoras intermedias donde se reduce la tensión a niveles de utilización práctica

SISTEMAS DE TRANSPORTE DE ELECTRICIDAD

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Cuando se duplica la tensión en el transporte de energía se cuadriplica la potencia, por ello cada vez las tensiones de operación son mayores

Por ejemplo, para transmitir 2000 MW a 400 km de distancia se requiere,

• 45 líneas de 115 kV • 15 líneas de 230 kV • 3 líneas de 430 kV • 1 líneas de 765 kV


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Se utiliza un cable aéreo desnudo para denominado conductor ACSR (Aluminum Conductors Steel Reinforced), ya que ofrece una fortaleza óptima para el diseño de líneas de transmisión.


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SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD Desde las S/E de la red de transporte en alta tensión (Red de transmisión) se ramifican redes de menor tensión, que de forma tentacular acaban llegando hasta los sitios mas recónditos para conseguir suministrar cualquier punto de demanda

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SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD

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Elemento fundamental es el transformador eléctrico

Potencia = U1*I1 = U2*I2

Potencia = 50 kVA U1=8000 V, I1= 6.25 A U2=120 V, I2= 416 A

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN

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Transformador Monofásico Transformador Trifásico

Transformador trifásico en resina epoxi


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Conexión monofásica Conexión trifásica, 3F 4H


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Diferentes tipos de conexiones en sistemas de distribución

Conexión delta abierta: dos transformadores

Conexión delta abierta: tres transformadores


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DISTRIBUCIÓN AÉREA

Banco de Transformación: Compuesto de tres unidades monofásicas

Banco de Transformación: Compuesto de una unidad trifásicas


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Transformadores en tanquillas subterráneas

TRANSFORMADORES DE INTEMPERIE: Distribución subterránea


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Transformadores superficiales, tipo pedestal (Pad Mounted)

TRANSFORMADORES DE INTEMPERIE: Distribución subterránea


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CASETAS DE TRANSFORMACIÓN


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CENTROS DE TRANSFORMACIÓN EN SOTANOS DE EDIFICACIONES

Transformadores convencionales Transformadores en resina epoxi


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Se llama acometida en las instalaciones eléctricas a la derivación desde la red de distribución de la empresa suministradora (también llamada de 'servicio eléctrico') hacia la edificación o propiedad donde se hará uso de la energía eléctrica (normalmente conocido como 'usuario').

ACOMETIDAS ELECTRICAS

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Según la Tensión:

Baja Tensión; 120 V, 208 V, 415 V, en general se consideran los límites

superiores en 600 o 1000 V dependiendo del país y su normatividad interna.

Alta Tensión; 4.8 kV, 12.47 kV 13.8 kV, en general se considera el límite

inferior en mayor a 34 o 69 kV según la normatividad del país.

Las acometidas eléctricas se clasifican por dos criterios básico:


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Forma de acometida.

Acometida aérea, cuando la entrada de cables del suministrador se da por lo

alto de la construcción, normalmente por medio de una mufa y tubo, desde

un poste de la red de suministro, en alta tensión los cables del suministro

suelen ser llevados al usuario por tuberías enterradas para minimizar los

peligros desde las redes aéreas de la empresa suministradora, pero cuando

son aéreas es usual el uso de pórticos o torres.

Acometida subterránea, cuando la entrada de cables del suministrador se da

por debajo de la construcción, desde un registro o pozo de visita de la red de

suministro.

Las acometidas eléctricas se clasifican por dos criterios básico:


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Acometida aérea


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Acometida subterránea


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Las canalizaciones eléctricas, son los elementos que se encargan de contener los conductores eléctricos. La función de las canalizaciones eléctricas son proteger a los conductores, ya sea de daños mecánicos, químicos, altas temperatura y humedad; también, distribuirlo de forma uniforme, acomodando el cableado eléctrico en la instalación.

CANALIZACIONES ELÉCTRICAS

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Las canalizaciones eléctricas se pueden encontrar empotradas ( techos, suelo o paredes), en superficies, al aire libre, zonas vibratorias, zonas húmedas o lugares subterráneos. Dependiendo del tipo de material estas se clasifican en: metálicas y no metálicas. Las no metálicas se fabrican de materiales termoplásticos, ya sea PVC o de polietileno; en el caso de las canalizaciones metálicas, se fabrican en acero, hierro o aluminio.


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Los Ducto Barra son definidos por la National Electrical Manufactures Association (NEMA) como “un sistema de distribución eléctrica prefabricada que consta de barras dentro de una carcasa protectora, incluyendo tramos rectos, dispositivos y accesorios”.


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Este sistema consiste generalmente en tres barras de cobre, una para cada fase, sin embargo también existen configuraciones con una barra para el neutro, que puede ser o no sobredimensionado dependiendo del tipo de carga que se alimente, y una barra para la tierra, aunque en algunos casos la carcasa de metal que recubre las barras es utilizada para tal fin.


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El tablero eléctrico de la instalación eléctrica, se encuentran todos los dispositivos de seguridad y maniobra de los circuitos eléctricos de la instalación. Consiste en una caja donde se montan los interruptores automáticos, cortacircuitos y fusibles, y el medidor de consumo.

Tableros Industriales y comerciales

TABLEROS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN

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Tableros Residenciales

TABLEROS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN

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Los medidores de energía son aparatos usados para la medida del consumo de energía. Existen varios tipos de medidores dependiendo de su construcción, tipo de energía que mide, clase de precisión y conexión a la red eléctrica.

EQUIPOS DE MEDICION DE ENERGÍA ELÉCTRICA

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DE ACUERDO CON SU CONSTRUCCIÓN Medidores de inducción Es un medidor en el cual las corrientes en las bobinas fijas reaccionan con las inducidas en un elemento móvil, generalmente un disco, haciéndolo mover. Medidores estáticos (Electrónicos) Están construidos con dispositivos electrónicos, generalmente son de mayor precisión que los electromagnéticos y por ello se utilizan para medir en centros de energía, donde se justifique su mayor costo.


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DE ACUERDO CON LA ENERGÍA QUE MIDEN Medidores de energía activa Mide el consumo de energía activa en kilovatios – hora (kW-h). Medidores de energía reactiva Mide el consumo de energía reactiva en kilovares – hora (kVA-h). La energía reactiva se mide con medidores electrónicos que miden tanto la energía activa como la energía reactiva.


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La tarifa eléctrica con discriminación horaria es una tarifa en la que el precio de la electricidad varía en función de la hora en la que se realice el consumo. El objetivo de la discriminación horaria es evitar picos de demanda eléctrica, beneficiando con un precio más bajo a aquellos usuarios que traspasen su consumo de electricidad de las horas de mayor demanda hacia las horas de menor demanda, cuando la producción y distribución de electricidad es más barata.

TARIFA ELÉCTRICA HORARIA

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TARIFA ELÉCTRICA HORARIA

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DOMÓTICA Se llama Domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto cerrado.

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Los servicios que ofrece la domótica se pueden agrupar según: Programación y ahorro energético

•Climatización y calderas: programación y zonificación, pudiéndose utilizar un termostato. Se pueden encender o apagar la caldera usando un control de enchufe, mediante telefonía móvil, fija, WIFI o Ethernet. •Control de toldos y persianas eléctricas, realizando algunas funciones repetitivas automáticamente o bien por el usuario manualmente mediante un mando a distancia:

•Proteger automáticamente el toldo del viento, con un mismo sensor de viento que actué sobre todos los toldos. •Protección automática del sol, mediante un mismo sensor de sol que actué sobre todos los toldos y persianas. •Con un mando a distancia o control central se puede accionar un producto o agrupación de productos y activar o desactivar el funcionamiento del sensor.

DOMÓTICA

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Gestión eléctrica: •Racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de uso no prioritario en función del consumo eléctrico en un momento dado •Gestión de tarifas, derivando el funcionamiento de algunos aparatos a horas de tarifa reducida

Uso de energías renovables

DOMÓTICA

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Confort El confort conlleva todas las actuaciones que se puedan llevar a cabo que mejoren el confort en una vivienda. Dichas actuaciones pueden ser de carácter tanto pasivo, como activo o mixtas.

Iluminación: •Apagado general de todas las luces de la vivienda •Automatización del apagado/encendido en cada punto de luz •Regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiente

Automatización de todos los distintos sistemas/instalaciones/dotándolos de control eficiente y de fácil manejo Integración del portero al teléfono, o del videoportero al televisor Gestión Multimedia y del ocio electrónicos Generación de macros y programas de forma sencilla para el usuario y automatización.

DOMÓTICA

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Seguridad Consiste en una red de seguridad encargada de proteger tanto los bienes patrimoniales, como la seguridad personal y la vida.

•Alarmas de intrusión (anti-intrusión): Se utilizan para detectar o prevenir la presencia de personas extrañas en una vivienda o edificio.

•Detección de un posible intruso (Detectores volumétricos o perimetrales). •Cierre de persianas puntual y seguro. •Simulación de presencia.

•Detectores y alarmas de detección de incendios (detector de calor, detector de humo), detector de gas (fugas de gas, para cocinas no eléctricas), escapes de agua e inundación, concentración de monóxido de carbono en garajes cuando se usan vehículos de combustión. •Alerta médica y tele-asistencia. •Acceso a cámaras IP. •A modo de ejemplo, un detector de humo colocado en una cocina eléctrica, podría apagarla, cortando la electricidad que va a la misma, cuando se detecte un incendio.

DOMÓTICA

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La generación distribuida o descentralizada es una parte fundamental en una Smart City, y consiste en la generación de energía eléctrica mediante muchas pequeñas fuentes de generación, instaladas cerca del consumo. La generación distribuida es una cooperación entre la micro-generación y la generación de las centrales convencionales.

GENERACIÓN DISTRIBUIDA

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Características de la generación distribuida Las características principales de una generación distribuida son:

•Reduce las pérdidas en la red eléctrica. Estar más cerca del consumidor supone que las redes de transporte sean más cortas. Por lo tanto, la generación distribuida supone menos pérdidas de energía en el transporte de la electricidad desde la generación hasta el consumidor. Esto también influye en el ahorro a la hora de elevar la tensión eléctrica para su transporte. •Mejorar la fiabilidad y la calidad del sistema eléctrico. Como hay pequeñas fuentes de generación (micro-generación), repartidas por el territorio, el fallo de una de las fuentes no supone un grave problema para el sistema eléctrico. •Potencias reducidas. Las unidades de microgeneración suelen tener potencias inferiores a 3 kW aunque en general se suele decir que no sobrepasan 10 kW de potencia instalada. •Energías renovables. En la generación distribuida está muy presente las energías renovables, ya que al estar tan cerca del consumo, son las más adecuadas.


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Esta distribución hace que la generación sea más equilibrada, y que la Smart City no dependa tanto de las grandes centrales. Además, la micro-generación implica el uso de las energías renovables, lo que reducirá las emisiones de CO2.


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Una Smart City, o ciudad inteligente, se puede describir como aquella ciudad que aplica las tecnologías de la información y de la comunicación (TIC) con el objetivo de proveerla de una infraestructura que garantice:

•Un desarrollo sostenible. •Un incremento de la calidad de vida de los ciudadanos. •Una mayor eficacia de los recursos disponibles. •Una participación ciudadana activa.

Por lo tanto, son ciudades que son sostenibles económica, social y medioambientalmente. La Smart City nace de la necesidad de mantener una armonía entre estos aspectos.

CUIDADADES INTELIGENTES: SMART CITY

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CUIDADADES INTELIGENTES: SMART CITY Se prevé que en el 2050 un 85% de la población mundial viva en ciudades. Este

hecho hace que en las siguientes décadas los núcleos urbanos tengan que

afrontar un número creciente de problemas ligados a este hecho, como:

•El abastecimiento energético.

•Las emisiones de CO2.

•La planificación del tráfico automovilístico.

•La provisión de bienes y materias primas.

•La prestación de servicios sanitarios y de seguridad a todos quienes residan

en estos enormes y masificados centros de población.

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Para que una ciudad reúna las condiciones de una Smart City, esta ciudad

inteligente debe tener:

•Un desarrollo económico sostenible.

•Una buena gestión de los recursos naturales a través de acción participativa.

•Un compromiso firme entre las administración pública y los ciudadanos.

•Un compromiso con su entorno, elementos arquitectónicos de vanguardia, y

donde las infraestructuras están dotadas de las soluciones tecnológicas más

avanzadas para facilitar la interacción del ciudadano con los elementos

urbanos, haciendo su vida más fácil.

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Este modelo ideal de una ciudad inteligente se basa, principalmente, en los siguientes subsistemas:

•Generación distribuida : Consiste en que la ciudad inteligente posea generación eléctrica repartida por el territorio: el abastecimiento es individualizado (micro-generación), no centralizado. •Smart Grids: Se conoce como Smart Grids a las redes inteligentes interconectadas, las cuales poseen una circulación bidireccional de datos entre el service center (o centro de control ) y el usuario. •Smart Metering: Se trata de la medición inteligente de los datos de gasto energético de cada usuario, a través de telecontadores donde se realizan las lecturas a distancia y a tiempo real. •Smart Buildings: Como modelo de eficiencia, los edificios deben ser inteligentes. Edificios domóticos que respetan el medio ambiente y que poseen sistemas de producción de energía integrados.

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Este modelo ideal de una ciudad inteligente se basa, principalmente, en los siguientes subsistemas:

• Smart Sensors: Los sensores inteligentes tendrán la función de recopilar todos los datos necesarios para hacer de la ciudad una Smart City. Son parte fundamental para mantener la ciudad conectada e informada, y hacer que cada subsistema cumpla su función. • eMobility : Implantación del vehículo eléctrico, y los respectivos puestos de recarga públicos y privados. • Tecnologías de la información y la comunicación (TIC): Son las tecnologías de la información que ayudarán a la hora de controlar los diferentes subsistemas que componen la Smart City ,mediante las cuales los ciudadanos y las entidades administrativas pueden participar activamente en el control de la ciudad. • Smart Citizen: Los ciudadanos son sin duda la parte fundamental de una Smart City, ya que sin su participación activa no es posible poder llevar a cabo estas iniciativas.

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CUIDADADES INTELIGENTES: SMART CITY El concepto de Smart City no solo se centra en los nuevos proyectos de crecimiento urbano: se dirige también a la adecuación de las actuales ciudades en ciudades inteligentes. Estos proyectos actuales están englobados dentro del tratado 20-20-20, con los objetivos de que en el año 2020:

• Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) se reduzcan en un 20%.

• El consumo de energía se reduzca un 20% mediante mejoras en la eficiencia

energética.

• Un 20% de la generación eléctrica sea con energías renovables.

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