universidad nacional autnoma de Mxico

Facultad de ingeniera

Plantas de generacin de la energa elctrica

fabela rios juan alberto

Profesora: m.i.pacheco martinez nancy jacqueline

PROTECCIN DE SISTEMAS ELECTRICOS

PLANTAS HIDROELCTRICASLas plantas hidroelctricas utilizan los ros como recurso para generar energa. Primero, se construyen embalses donde el agua incide en una turbina hidrulica, producindose as energa mecnica, que es proporcionada a un generador para que este la convierta en energa elctrica. La funcin de una planta hidroelctrica es utilizar la energa potencial del agua en energa mecnica y luego convertirla en energa elctrica. Este proceso toma en consideracin varios factores entre los cuales uno de los ms importantes es la cada de agua. Este factor es decisivo al momento de escoger el tipo de turbina hidrulica que se instalar en la planta.

En Mxico hay 64 Centrales Hidroelctricas, de las cuales 20 son de gran importancia y 44 son centrales pequeas. Suman un total de 181 unidades generadoras de este tipo. Las 20 centrales mas grandes se ubican de la siguiente manera: 5 en la Gerencia Regional de Produccin Noroeste, 2 en la Gerencia Regional de Produccin Norte, 5 en la Gerencia Regional de Produccin Occidente, 2 en la Gerencia Regional de Produccin Central y 6 en la Gerencia Regional de Produccin Sureste. Actualmente 57 plantas hidroelctricas estan produciendo energa elctrica y 7 centrales hidroelctricas estan fuera de servicio.

USO DE LA ENERGA ELCTRICA Esto se logra al tomar el agua de una o varias fuentes (ros, lagos, etc.) que se retiene en un embalse (como energa potencial), en un sitio con mayor elevacin con respecto a la casa de mquinas. Esta agua se dirigen por medio de la fuerza de la gravedad, a travs de un sistema de conduccin (tneles, canales, tuberas, tanques de oscilacin, etc.), hasta llegar a la casa de mquinas, logrndose convertir la energa potencial en energa cintica (de movimiento) o energa hidrulica. Con su masa y velocidad, el agua hace girar las turbinas (tipo Pelton, Francis o Kaplan), ubicadas en la casa de mquinas, las cuales transforman la energa hidrulica en energa rotacional. Los generadores, que se encuentran acoplados a las turbinas por un eje en comn, son los encargados de transformar la energa rotacional en energa elctrica, la cual se traslada a la subestacin elevadora (ubicada cerca de la casa de maquinas); esta se encarga de elevar a tensin o voltaje para que la energa llegue a los centros de distribucin con la debida calidad. Todo este proceso es administrado desde la sala de control de la casa de maquinas. Una cada alta (entre 800 a 2000 pies) requiere una turbina para alta presin, de impulso tipo Pelton. Si la cada es intermedia (entre 200 y 800 pies), entonces se escoge una turbina de reaccin tipo Francis. Para cadas bajas (menores a 200 pies) se utiliza un tipo de turbina de reaccin tipo Kaplan. Ventajas de las Centrales Hidroelctricaso No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energa, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita. o Es limpia, no contamina ni el aire ni el agua. o A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, proteccin contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegacin y aun ornamentacin del terreno y turismo. o Los costos de mantenimiento y explotacin son relativamente bajos. o Las obras de ingeniera necesarias para aprovechar la energa hidrulica tienen una duracin considerable. 22o La turbina hidrulica es una maquina 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. Principales Componentes de una Central Hidroelctricao La presa Se encarga de atajar el ri y remansar la aguas. Con estas construcciones se logra un determinado nivel de agua antes de la contencin y otro diferente despus de la misma. El desnivel se provecha para producir energa. o Los aliviaderos Son elementos vitales que tienen como objetivo liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de maquinas. Se encuentra en la pared principal de la presa. Su misin es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o atender las necesidades de riego. o Toma de agua Son construcciones adecuadas que permiten recoger el liquido para llevarlo hasta las maquinas por medio de canales o tuberas. Se hallan en la pared anterior de la prensa que entra en contacto con el agua embalsada. Esta toma cuenta adems con compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, posee unas rejillas metlicas que impide que objetos extraos (troncos, ramas, etc.) lleguen a los alabes y puedan producir desperfectos. o Canal de derivacin Se utiliza para conducir el agua desde la presa hasta las turbinas de la central. Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con conduccin forzada siendo por ello preciso que exista una cmara de presin donde termina el canal y comienza la turbina. o Casa de mquinas Es la contraccin en donde se ubican las maquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulacin y comando. Turbinas Hidrulicas Hay 3 tipos de turbinas hidrulicas: - Turbina Pelton - Turbina Francis - Turbina Kaplan (hlice) LaTurbina Pelton, conviene para saltos grandes, Turbina Francis conviene para saltos medianos y la Turbina Kaplan conviene para saltaos pequeos. PLANTAS TRMICAS En este grupo caben todas las plantas generadoras que utilizan como fuente primaria el calor proveniente de los combustibles, el calor del mar o del sol. De esta forma pueden ser de combustin o de no combustin. Las plantas Solares trmicas (las que usan el calor del sol) tambin estn consideradas dentro de este tipo de plantas generadoras de energa elctrica. El principio de funcionamiento de una central trmica se basa en el intercambio de energa calrica en energa mecnica y luego en energa elctrica. Es el aprovechar la energa qumica de los combustibles derivados del petrleo como el bunker, diesel, gas natural, otros como carbn mineral, residuos vegetales, etc. para producir electricidad. EN MEXICO:

Los 3 elementos esenciales de una central trmica son: La caldera, elemento que produce vapor a partir de la energa qumica obtenida al efectuarse la combustin o quemado de combustible La turbina, elemento que produce la energa mecnica El Alternador (Generador), elemento que produce la energa elctrica FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL TRMICA El funcionamiento de todas las centrales trmicas o termoelctricas es semejante. El combustible se almacena en depsitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando por la caldera. Una vez en la caldera, los quemadores provocan la combustin del carbn, fueloil, gas, bunker entre otros, generando energa calorfica. Esta convierte a su vez, en vapor a alta temperatura; el agua circula por una extensa red formada por miles de tubos que tapizan las paredes de la caldera; este vapor entra a gran presin en la turbina central, la cual produce la energa mecnica que es utilizada por el generador para producir la electricidad. EN MEXICO:

PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA CENTRAL TRMICA

o Turbina de vapor Las turbinas de vapor y gas, a pesar de usar fluidos de trabajo muy diferentes, tienen muchos puntos comunes de diseo, construccin y operacin. Las mayores diferencias estn en las presiones y temperaturas de trabajo de estas maquinas. Para turbinas de vapor, la temperatura mxima esta limitada a unos 540 a 600 C. En las turbinas de gas en cambio, la temperatura de ingreso de los gases a la turbina es de aproximadamente 1000 C para el uso industrial y hasta o Torres de enfriamiento En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente, la cual proviene del ciclo de refrigeracin que transforma el vapor en agua caliente a travs de la transferencia de calor. IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES TRMICAS o Contaminacin acstica Existen requisitos de limitacin sonora que estn incluidos en las prescripciones para la puesta en marcha de las centrales trmicas, sin embargo se han realizado mejoras especificas de la contaminacin acstica actuando, por ejemplo, sobre el nivel sonoro causado por la marcha de los ventiladores de tiro forzado o por componentes pasivos como las vlvulas de purga o vlvulas aliviadoras del combustible. o Vertidos qumicos Los efluentes lquidos, una vez utilizados pasan al condensador para su refrigeracin llegando al sistema central donde se evacan como aguas residuales contaminadas con materiales diversos. En general, las procedencias son de la generacin de vapor, de la refrigeracin, del tratamiento y depuracin del agua de alimentacin, del manejo de cenizas por va hmeda, etc. Tambin se producen efluentes lquidos con otros usos del agua, de forma intermitente. Son las operaciones de limpieza de caldera y precalentadores. Los componentes que se encuentran en las aguas residuales son: coagulantes, productos de regeneracin, productos de corrosin, escoria, ceniza y otros elementos. PLANTAS GEOTRMICAS Son aquellas plantas que utilizan el vapor de agua, almacenado bajo la superficie de la tierra. En su estado natural a esta fuente de energa se le llama energa calrica o geotrmica, que luego es transformada en energa elctrica. El recurso primario puede consistir en agua caliente o en vapor a alta temperatura, acumulados en formaciones geolgicas subterrneas a las que se accede Mediante pozos perforados en la corteza terrestre con tcnicas similares a las de las empresas petroleras. EN MEXICO:

Para contar con el vapor debe existir una fuente de calor magmtico, el cual se transfiere hacia un flujo de agua, elevando la temperatura y presin de este liquido a un punto en el cual cuenta con la energa necesaria para mover las turbinas en la casa de mquinas. Este lquido se encuentra confinado en una zona de roca permeable y una capa sello (que impide que los fluidos calientes suban hasta la superficie), llamado yacimiento. En los yacimientos se perforan pozos (productores) para extraer una mezcla de agua liquida y vapor. Esta mezcla es conducida por medio de tuberas especiales hasta un separador ciclnico, que se encarga de separar el vapor del lquido. El lquido es reinyectado de nuevo al suelo, mientras que el vapor es conducido hasta la casa de mquinas. En la casa de mquinas el vapor entra a la turbina y la energa hidrulica que proviene del movimiento del vapor, es transformada en energa rotacional que a travs del generador se convierte en energa elctrica. El vapor ya utilizado, es transformado en lquido por medio de un condensador y luego es trasladado a la torre de enfriamiento, donde se enfra por medio de grandes ventiladores. Por ultimo, este lquido es utilizado en el condensador para rociar el vapor que proviene de la turbina.

VENTAJAS DE LAS CENTRALES GEOTRMICAS o Las Centrales geotrmicas son constantes en el tiempo, su produccin energtica no sufre variaciones estacionarias como las plantas hidroelctricas, y su costo es casi la mitad de una planta trmica muy eficiente, todo ello debido a que trabajan con energa natural almacenada en forma de calor bajo la superficie de la tierra. o La energa geotrmica es un recurso de bajo costo, confiabilidad y ventajas ambientales que superan a las formas de produccin de energa convencionales. o La piedra seca y caliente, el magma y la energa geotrmica presurizada en la tierra tienen un inmenso potencial que permite la generacin de energa elctrica. TIPOS DE YACIMIENTOS GEOTRMICOS o Yacimientos de alta temperatura: son aquellos con un flujo de calor a temperatura entre 150 y 350 C, comnmente acompaados de manifestaciones como vertientes termales, suelo de vapor, fumarolas, etc. o Yacimiento de baja temperatura: son aquellos con un flujo de hasta 150 C o Yacimientos de roca caliente: son aquellos sin flujo trmico PLANTAS CARBOELECTRICAS

Carboelctricas son bsicamente las mismas que las plantas termoelctricas de vapor, el nico cambio importante es que son alimentadas por carbn, y las cenizas residuales requieren maniobras especiales y amplios espacios para el manejo y confinamiento.

ESUQUEMA:

PLANTAS ELICAS Es la energa que se puede obtener proveniente de la fuerza del viento. En este sistema se utiliza el mismo principio de los molinos de viento, es decir, se aprovecha la energa elica, que mueve las aspas, que a su vez mueven el eje de unin con el generador. Se transforma con ello la energa mecnica en energa elctrica. Existen diferentes tipos de diseos, con eje vertical o eje horizontal. El generador junto con las aspas se encuentran sobre una estructura llamada torre de soporte. EN MEXICO:

PLANTAS TURBOGASLa generacin de energa elctrica en las unidades de turbogas, se realiza directamente la energa cintica resultante de la expansin de aire comprimido y los gases de combustin. La turbina est unida al generador de rotor, dando lugar a la produccin de energa elctrica. Los gases de la combustin, se descargan directamente a la atmsfera despus de trabajar en la turbina.ESQUEMA EN MEXICO:Estas unidades utilizan el gas natural o diesel como combustible. Desde el punto de vista operativo, el breve tiempo de arranque y la variacin a la inconsistencia de la demanda, la turbina de gas satisface cargas de suministro y capacidad de el sistema elctrico.PLANTAS CICLO COMBINADOLa central trmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad mediante la utilizacin conjunta de dos turbinas:- Un turbogrupo de gas- Un turbogrupo de vapor

Es decir, para la transformacin de la energa del combustible en electricidad se superponen dos ciclos:El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la atmsfera y se somete a un calentamiento y compresin para aprovecharlo como energa mecnica o elctrica.El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo de calor con la produccin de trabajo o creacin de energa a partir de vapor de agua.

LAS CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LAS CENTRALES TRMICAS DE CICLO COMBINADO SON:- Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales, hasta un mnimo de aproximadamente el 45% de la potencia mxima.- Eficiencia elevada. El ciclo combinado proporciona mayor eficiencia por un margen ms amplio de potencias.- Sus emisiones son ms bajas que en las centrales trmicas convencionales.- Coste de inversin bajo por MW instalado.- Periodos de construccin cortos.- Menor superficie por MW instalado si lo comparamos con las centrales termoelctricas convencionales (lo que reduce el impacto visual).- Bajo consumo de agua de refrigeracin.- Ahorro energtico en forma de combustible

EN MEXICO:

PLANTAS NUCLEARES La energa nuclear es empleada en la generacin de electricidad para su uso civil, en particular mediante la fisin de uranio enriquecido. Para ello se utilizan reactores en los que se hace fisionar o fusionar un combustible. El funcionamiento bsico de este tipo de instalaciones industriales es idntico a cualquier otra central trmica, sin embargo poseen caractersticas especiales con respecto a las que usan combustible fsiles: EN MEXICO:

EN EL MAPA MUESTRA TODAS YA QUE NO ENCONTRE EN UN SOLO MAPA LAS NUCLEARES

CARACTERSTICAS ESPECFICAS EN EL FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL NUCLEAR Se necesitan medidas de seguridad y control mucho ms estrictas. En el caso de la fisin asistida con aceleradores estas medidas podran ser menores. La cantidad de combustible necesario anualmente en estas instalaciones es varios rdenes de magnitud inferior al que precisan las trmicas convencionales.

CONCLUSIONESComo podemos ver en Mxico existen muchsimas fuentes de Generacin de la energa, hasta ahora tenemos la capacidad de generar para todo nuestro pas, pero en estos tiempos hay que pensar cuales son las que menos contaminan y en donde podremos hacer ms ya que cada da somos ms poblacin y la demanda ser mucha.BIBLIOGRAFIAhttp://webquery.ujmd.edu.sv/siab/bvirtual/Fulltext/ADLD0000526/Capitulo%202.pdfhttp://www.cfe.gob.mx/ConoceCFE/1_AcercadeCFE/CFE_y_la_electricidad_en_Mexico/_layouts/mobile/dispform.aspx?List=4464ce6f-67ad-4144-86f7-0ef65426ecaf&View=fd9ad4cf-fba8-47c7-bc2e-58584c8b4ae0&ID=9