Instalaciones industriales I

Instalaciones industriales IMilton Del Hierrosistemas de generacin elctricaPRODUCCIN, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE ENERGA ELCTRICA

Las fuentes de energa primaria, renovables y no renovables, se aprovechan para producir energa elctrica en centrales que suelen tener una estructura comn, compuesta por:CALDERAEn ella se quema el combustible; as, su energa qumica se transforma en energa trmica que calienta agua, haciendo que esta pasa a estado de vapor.TURBINAEs un conjunto de aspas situadas sobre un eje y que giran en la misma direccin cuando pasa por ellas vapor de agua. De ese modo, la energa trmica del vapor se transforma en energa cintica.REFRIGERADOREl vapor de agua que ha movido la turbina tiene que enfriarse para volver a utilizarse.GENERADOREs la parte de toda central elctrica que transforma la energa cintica de las aspas de la turbina en electricidad. Cmo son las centrales de produccin de energa elctricaTRMICANUCLEARHIDROELCTRICAGEOTRMICASOLAR TRMICASOLAR FOTOVOLTAICAELICAMAREMOTRIZLas centrales trmicas utilizan de forma general combustibles fsiles, esto es, energas no renovables, como energa primaria; otro inconveniente que presentan es que emiten gases contaminantes a la atmsfera.

ENERGA ELICALa energa elica es la que se obtiene del viento, es decir, de la energa cintica generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren una energa. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en reas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montaosas o islas. La energa del viento est relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de reas de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja presin, con velocidades proporcionales al gradiente de presin.

El impacto medioambiental de este sistema de obtencin de energa es relativamente bajo, pudindose nombrar el impacto esttico, porque deforman el paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. Adems, este tipo de energa, al igual que la solar o la hidroelctrica, estn fuertemente condicionadas por las condiciones climatolgicas, siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.

Las centrales elicas aprovechan la energa del viento para producir electricidad; presenta inconvenientes, como un impacto visual negativo y la interferencia con las rutas de aves migratorias; adems, se ve afectada por las condiciones meteorolgicas.

La energa geotrmica es aquella energa que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotrmico, el calor radiognico, etc.Se obtiene energa geotrmica por extraccin del calor interno de la Tierra. En reas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas basales o dentro de rocas sedimentarias. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor (flashing). El mtodo a elegir depende del que en cada caso sea econmicamente rentable.Las centrales geotrmicas se pueden aprovechar, tan solo, en zonas donde las manifestaciones geotrmicas, como giseres y volcanes, sean ms superficiales; as, su uso est muy poco extendido.

ENERGA HIDRULICAUna central hidroelctrica es aquella que se utiliza para la generacin de energa elctrica mediante el aprovechamiento de la energa potencial del agua embalsada en una presa situada a ms alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubera de descarga a la sala de mquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidrulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos caractersticas principales de una central hidroelctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generacin de electricidad son: La Potencia: Funcin del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal mximo turbinable, adems de las caractersticas de la turbina y del generador. La Energa: Esta debe estar garantizada en un lapso determinado, generalmente un ao, que est en funcin del volumen til del embalse, de la pluviometra anual y de la potencia instalada.

Esta forma de energa posee problemas medioambientales al necesitar la construccin de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustrada de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.

Actualmente se encuentra en desarrollo la explotacin comercial de la conversin en electricidad del potencial energtico que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales mareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general pueden ser tiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones morfolgicas de la costa permitan la construccin de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una baha. Se genera energa tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la baha.Las centrales hidroelctricas utilizan una energa renovable, ya que el agua almacenada en los embalses, que es la energa primaria, es repuesta por el ciclo hidrolgico natural. Junto con las centrales trmicas y las nucleares, son las ms utilizadas en la actualidad.

ENERGA NUCLEARUna central nuclear es una instalacin industrial empleada para la generacin de energa elctrica a partir de energa nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinmico convencional para mover un alternador y producir energa elctrica.Estas centrales constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geomtricas de minerales con algn elemento fisil (es decir, que puede fisionarse) o frtil (que puede convertirse en fisil por reacciones nucleares), usualmente uranio, y en algunos combustibles tambin plutonio, generado a partir de la activacin del uranio. En el proceso de fisin radiactiva, se establece una reaccin que es sostenida y moderada mediante el empleo de elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnologa empleada.La energa nuclear se caracteriza por producir, adems de una gran cantidad de energa elctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depsitos aislados y controlados durante largo tiempo. A cambio, no produce contaminacin atmosfrica de gases derivados de la combustin que producen el efecto invernadero, ni precisan el empleo de combustibles fsiles para su operacin. Sin embargo, las emisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construccin, de la fabricacin del combustible y de la gestin posterior de los residuos radiactivos (se denomina gestin a todos los procesos de tratamiento de los residuos, incluido su almacenamiento) no son despreciables.

Las centrales nucleares funcionan de un modo similar al de una central trmica, pero aqu su combustibles es uranio, que, tras una reaccin nuclear, desprende una gran cantidad de energa. Su ventaja es que no emiten gases contaminantes y producen una energa barata; el inconveniente, la generacin de residuos nucleares letales para los seres vivos.

ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICALa energa solar fotovoltaica es la obtencin de energa elctrica a travs de paneles fotovoltaicos. Los paneles, mdulos o colectores fotovoltaicos estn formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiacin solar, se excitan y provocan saltos electrnicos, generando una pequea diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtencin de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeos dispositivos electrnicos. A mayor escala, la corriente elctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red elctrica.

Los principales problemas de este tipo de energa son su elevado coste en comparacin con los otros mtodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el slice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatolgicas.

Los principales problemas de este tipo de energa son su elevado coste en comparacin con los otros mtodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el slice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatolgicas. Este ltimo problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de energa para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se estn estudiando sistemas como el almacenamiento cintico, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento qumico, entre otros.Las centrales solares trmicas constan de un campo de heliostatos, que es una gran superficie cubierta de espejos que concentran la radiacin captada en un receptor, generalmente una torre, en el que se encuentran la turbina y el receptor.

Las centrales solares fotovoltaicas transforman directamente la energa solar en energa elctrica, sin necesidad de que exista ningn elemento mvil, gracias a las clulas fotovoltaicas, que estn fabricadas con silicio. Se utilizan, adems, para suministrar electricidad a satlites y estaciones espaciales.

ENERGA TERMOELCTRICAUna central termoelctrica es una instalacin empleada para la generacin de energa elctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fsiles (petrleo, gas natural o carbn) como de la fisin nuclear del uranio u otro combustible nuclear. Las centrales que en el futuro utilicen la fusin tambin sern centrales termoelctricas.

En su forma ms clsica, las centrales termoelctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presin y temperatura, se expande a continuacin en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un condensador donde circula por tubos agua fra de un caudal abierto de un ro o por torre de refrigeracin.

En las centrales termoelctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustin del gas natural para mover una turbina de gas. En una cmara de combustin se quema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todava se encuentran a alta temperatura (500C), se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoelctrica comn. El vapor luego es enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeracin como en una central trmica comn. Adems, se puede obtener la cogeneracin en este tipo de plantas, al alternar entre la generacin por medio de gas natural o carbn. Este tipo de plantas est en capacidad de producir energa ms all de la limitacin de uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la utilizacin de fuentes de energa por insumos diferentes.Las centrales trmicas que usan combustibles fsiles liberan a la atmsfera dixido de carbono (CO), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. Tambin, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como xidos de azufre, xidos de nitrgeno, partculas slidas (polvo) y cantidades variables de residuos slidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (vase accidente de Chernbil) y tambin generan residuos radiactivos de diversa ndole.

Una central trmica solar o central termosolar es una instalacin industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiacin solar y su uso en un ciclo termodinmico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generacin de energa elctrica como en una central trmica clsica. En ellas es necesario concentrar la radiacin solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300C hasta 1000C, y obtener as un rendimiento aceptable en el ciclo termodinmico, que no se podra obtener con temperaturas ms bajas. La captacin y concentracin de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientacin automtica que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos ms pequeos de geometra parablica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientacin se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser tiles para otros usos (agrcolas, forestales, etc.).Las centrales maremotrices aprovechan la energa de las enormes masa de agua en movimiento de los mares y ocanos. En la actualidad solo existe una, en Francia, ya que, a pesar de la ingente cantidad de energa que tiene el agua del mar, su aprovechamiento es muy complicado.

Tensiones A nivel de Latinoamrica, enel que incluye a Ecuador. El voltaje estndar es de120 V yuna frecuencia de 60 Hz para esas caractersticas elctricas estn diseados los aparatoselctricosNiveles de Voltaje: (RANGOS EN ECUADOR

El transporte de energa elctrica:La red de transporte de energa elctrica es la parte del sistema de suministro elctrico constituida por los elementos necesarios para llevar, a travs de largas distancias, la energa elctrica generada en las distintas centrales hacia los puntos de consumo.Esta red est formada por una extensa y entramada red de 34 700 km de cables y torres de alta tensin y 3 400 subestaciones que permiten que se transforme el voltaje de salida en el adecuado para las industrias o los consumidores.

Una lnea de transporte de energa elctrica o lnea de alta tensin es el medio fsico mediante el cual se realiza la transmisin de la energa elctrica a grandes distancias.Est constituida por un elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, y por elementos de soporte, que son las torres de alta tensin.

Elemento de soporteElemento conductorElemento conductorLa energa que llega de la red de transporte tiene un voltaje alto para poder recorrer largas distancias; en la subestacin, mediante un transformador, se reduce esta tensin para iniciar su distribucin.

El centro de control elctrico es el responsable de la operacin y supervisin coordinada en tiempo real de las instalaciones de generacin y de transporte del sistema elctrico espaol.Con toda la informacin recibida de las subestaciones se comprueba el funcionamiento del sistema elctrico en su conjunto, y se toman decisiones para modificarlo o corregirlo si procede.

Alta tensin:Seconsiderainstalacinde Alta tensin elctrica aquella que genere, transporte, transforme,distribuyaoutiliceenergaelctricacontensionessuperioresalos siguientes lmites:Corriente alterna: Superior a 1000 voltios.Corriente continua: Superior a 1500 voltios.

Su tendido es mediante cableado elctrico areo. La red de alto voltaje se encuentraconstituida por tres cables (conductores) que presentan las siguientes caractersticas:Cada fase es transportada por un conductorCada fase tiene la misma amplitud de voltaje, desfasadas 120 una con respectode la otraLneas (conductores) simtricas

Clasificacin de lneas de Alta tensinLneas de 3 categoraTensin nominal: Entre 1000 y 30000 voltios.Usos: Distribucin y generacin. En algunos casos puntuales, tambin son tensiones de utilizacin, como en el caso de ferrocarriles elctricos.Lneas de 2 categoraTensin nominal: Entre 30.000 y 66.000 voltios.Usos: Transporte.Lneas de 1 categoraTensin nominal: Desde 66000 hasta 220000 voltios.Usos: Transporte a grandes distancias.Lneas de categora especialTensin nominal: A partir de 220000 voltios.Usos: Transporte a grandes distancias.

Mediatensin:Este tipo de estructura se utiliza para el transporte de la energa elctrica desde las estaciones de distribucin hasta las unidades de transformacin de media-baja tensin, cubriendo distancias de 5 hasta 25 km.El tendido del cableado puede ser areo o subterrneo.Bajatensin:Se considera instalacin de baja tensin elctrica aquella que distribuya ogenereenerga elctricapara consumo pblicode lascallesde lasciudades yqueadems provee delservicio de energaelctrica a lasviviendas.Puede cubrir distanciasentre 100 a 500 m.

Los problemas asociados al transporte y produccin de energa elctrica:La energa elctrica es una energa limpia, ya que una vez obtenida apenas produce impacto ambiental, pero su proceso de produccin y transporte tiene consecuencias muy negativas para el medio ambiente, tales como:Ingreso en la atmsfera de gases y vapor de agua, responsables del efecto invernadero, la lluvia cida, la contaminacin de aguas y ros y la destruccin del manto frtil del suelo.Impacto visual en el paisaje de las torres de alta tensin y de los parques elicos.Alteracin de flora y fauna fluvial por los embalses.Escapes radiactivos y contaminacin trmica de los ros.