centrales electricas

22 de Marzo Centrales Electricas

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USOS DEL AGUA

GENERACIÓN DE ENERGÍA

En países como Estados Unidos la mayor parte de la energía es generada en plantas termoeléctricas. Actualmente las instalaciones de servicio público producen mediante este método más de 2500 millones de kwh/día de electricidad. La mayoría de estas plantas recuperan el vapor de agua por condensadores, de manera que casi siempre, la cantidad de agua de remplazo consumida es muy baja, de cerca del 1 %. Sin embargo, algunas de estas plantas generadoras se han ubicado en zonas adyacentes a instalaciones industriales porque las abastecen de energía eléctrica y vapor de agua, que consumen o contaminan, por lo que las necesidades de agua de reemplazo aumentan hasta cerca del 50 %. Por ejemplo, una instalación de este tipo, incluye una planta generadora de energía anexa a una refinería, la cual suministra de sus propias fuentes, el agua de reemplazo y el combustible, mientras la planta generadora proporciona la electricidad y el vapor de agua de baja presión que sea necesaria. La planta industrial que produce vapor de agua para transformarlo en energía, tiene pérdidas de agua mucho mayores que la estación generadora, por lo que requiere de una mayor cantidad de agua de reemplazo; y el grado de contaminación del vapor condensado y la temperatura del condensado que se recircula es diferente en ambas instalaciones. Una de las principales razones del mayor consumo de agua de reemplazo en las instalaciones industriales es el alto costo de la tubería que requería instalar en una planta compleja para recircular el vapor condensado. Un caso típico de estas industrias son las refinerías de petróleo, en donde parte del vapor de agua se envía a tanques externos para calentar los petróleos pesados y viscosos a fin de conservarlos en condiciones adecuadas para el bombeo. Además de ser costoso tener una doble tubería para la recirculación del vapor condensado, la recuperación es poco conveniente debido a la posibilidades de ser contaminado con petróleo. Es posible que en el futuro, se exija que se recupere gran parte del vapor de agua condensado de las industrias que forma a temperaturas elevadas. En la planta generadora, el vapor de agua se expande a través de una turbina hasta una presión por debajo de la atmosférica y luego se condensa en un equipo provisto de un sistema que está sólo unos cuantos grados por encima de la temperatura que el agua de enfriamiento. El vapor de agua condensado que vuelve al sistema tiene unos cuantos grados más de temperatura que el agua de enfriamiento descargada. En la planta industrial, el condensador es el equipo de proceso que por lo general opera a una presión mayor a la atmosférica. Por lo tanto, la temperatura del condensado que se recircula se encuentra entre 150 y 250 ºF, en comparación con la temperatura de 100 a 120 ºF en la estación de la termoeléctrica. La planta industrial generadora de vapor de agua puede utilizarlo para accionar la maquinaria que se utiliza para la producción de electricidad o electricidad y vapor de agua. Como ejemplo de este tipo de industrias se pueden citar las fábricas de papel que generan vapor a 900 lb/pulg2. El vapor de agua se puede utilizar en algunas turbinas aprovechando la energía obtenida para accionar las bombas, generadores, compresoras,

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máquinas para fabricar el papel y otro equipo auxiliar. Parte del vapor de agua pasa a la línea del vapor a 25 lb/pulg2. Otros rodillos secadores utilizan vapor a 60 lb/pulg2. El vapor de baja presión se usa en la elaboración de pulpa, procesando astillas de madera en un digestor. En algunas turbinas, al igual que en las estaciones generadoras termoeléctricas, el vapor de agua se expande y la presión disminuye hasta anularse, obteniéndose una eficiencia máxima. En algunas regiones geográficas el costo de la energía eléctrica puede ser tan bajo que no se necesite que la planta industrial genere electricidad, aunque disponga de vapor de agua suficiente. El sistema de impuestos también es un factor importante para decidir el mejor uso posible del vapor de agua en una planta industrial. Los índices de depreciación del equipo son más altos en las instalaciones industriales que en las plantas termoeléctricas y la industria no se ha interesado en instalar plantas generadoras de vapor de agua de alta presión (más de 1200 lb/pulg2) como lo han hecho en las grandes termoeléctricas que han reducido considerablemente los costos de operación. La generación de energía mecánica a partir de agua que fluye por turbinas hidráulicas, se hace desde el inicio de la revolución industrial (utilizaban las ruedas hidráulicas para moler granos). Actualmente existen varias plantas industriales que siguen empleando la energía hidráulica natural para trabajos mecánicos o para generar electricidad. En ciertas partes de Canadá, el exceso de energía hidroeléctrica y su bajo costo es tal, que en algunas épocas del año es más barato generar vapor en calderas eléctricas que en calderas de combustible. Además de aprovechar la energía hidráulica natural, hay aplicaciones especiales en que la industria también utiliza la energía hidráulica generada artificialmente. La más común se relaciona con el uso de chorros de agua a alta presión para aplicar una gran concentración de energía cinética a un área muy reducida. Las siderúrgicas eliminan en esta forma las escamas de las láminas de acero. En los aserraderos los grandes troncos los descortezan haciéndolos girar sobre un torno y dirigiéndoles un chorro de agua que sale por una boquilla a 2500 lb/pulg2. Desde hace muchos años, en la industria minera se han utilizado chorros de agua a presión para fragmentar filones o vetas de minerales y separar las partes útiles de la tierra circundante.

EL AGUA COMO MATERIA PRIMA

Mucha gente se sorprende de lo violenta que es la reacción química entre el sodio metálico y el agua, con desprendimiento de hidrógeno y formación de hidróxido de sodio. En una celda de mercurio se elabora sosa cáustica (hidróxido de sodio) en una forma muy similar, el sodio se amalgama y reacciona de acuerdo a la ecuación: 2 Na(S) + 2 H2O(L) --------> 2 NaOH(aq) + H2(G)

Esta es una de las muchas reacciones químicas industriales en las que el agua se utiliza como materia prima.

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En algunos procesos, las reacciones se desarrollan en fase gaseosa o de vapor. Por ejemplo, en la primera fase del proceso de elaboración del amoníaco, en donde el vapor de agua reacciona con el metano gaseoso, del gas natural, para producir el hidrógeno necesario para la formación del amoníaco, se representa mediante la ecuación química:

CH4(G) + H2O(V) ----------> 3 H2(G) + CO(G)

En las industrias de las bebidas embotelladas, el agua de alta calidad es el principal componente del producto terminado. Cada refresco tiene sus propias normas de calidad, requiriendo desde agua muy clara para bebidas carbonatadas hasta agua totalmente desmineralizada para bebidas alcohólicas. El agua también es muy importante en la industria farmacéutica. Forma parte de muchos medicamentos en su presentación líquida incluyendo soluciones inyectables. El agua es un vehículo muy adecuado para muchos compuestos químicos, se utiliza mucho en la presentación de soluciones acuosas de ácidos y de soluciones acuosas de sustancias ácidas gaseosos, por ejemplo, el ácido clorhídrico, HCl, anhidrido sulfúrico, SO3, y pentóxido de fósforo, P2O5. El amoníaco para uso doméstico es una solución de amoníaco en agua. El hidróxido de sodio al obtenerlo en la industria, se conserva en solución acuosa para que no se eleve el costo de la producción de hidróxido de sodio sólido.

EL AGUA EN LA INDUSTRIA

En los procesos industriales el agua realiza importantes funciones: se utiliza para transportar otros materiales en diferentes procedimientos de lavado, como prima y en un sin número de otras aplicaciones que pueden ser exclusivas de una sola industria e incluso de una sola planta. El agua es un medio adecuado y económico para el lavado general de equipos industriales. Además de la estética, lavar el equipo en la industria es muy importante ya que evita que se contaminen los productos con el polvo o con basura, como medida de seguridad (evita que se acumulen los desechos en el piso y no resbalarse o caerse y lastimarse) y para evitar el polvo que puede dañar al equipo. En la industria nuclear, en donde los procedimientos de lavado son mucho más complejos que en otras industrias, el equipo expuesto a la acumulación de partículas radiactivas se lava minuciosamente con detergentes y se enjuaga abundantemente con agua. El lavado de los materiales de producción puede hacerse de muy diversas maneras, ya que cada una es apropiada para un tipo de operación en particular. Los métodos de lavado se clasifican de manera general en los tres tipos siguientes: lavado por dilución, por desplazamiento o desalojamiento y por extracción. La industria de la galvanoplastia proporciona un buen ejemplo del lavado por dilución, ya que los objetos que se recubren con el metal se sumergen en una serie de tanques de soluciones químicas y deben pasar por enjuagues intermedios para evitar que lleven líquidos de un tanque a otro y se contaminen las soluciones. Las plantas modernas de galvanoplastia están equipadas con tanques para enjuague a contracorriente, los cuales están especialmente diseñados para proporcionar un lavado minucioso con pérdida

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mínima de agua o de producción mínima de agua residual. El efecto de lavado se logra en el tanque de enjuague mediante la dilución de la capa superficial del compuesto químico proveniente del tanque de reacción anterior. Por supuesto, la difusión tiene una función importante en la operación efectiva de enjuague. La industria del papel ofrece un ejemplo de lavado por desplazamiento o desalojamiento en la eliminación del licor residual en los lavaderos de pulpa cruda, estas unidades son esencialmente filtros al vacío en los que un tambor de filtrado gira y está parcialmente sumergido en un tanque de pulpa digerida a una consistencia aproximada del 15 %. La pulpa forma una cubierta sobre el tambor conforme el licor fluye por la malla que lo cubre recibiéndose en un tubo recolector interno. Al girar el tambor, parte de la capa de pulpa adherida queda expuesta y sobre ella actúan los chorros planos de agua que lavan la pulpa y separan el licor restante que pasa por la malla del tambor, para ser recibida en el tubo interior para volverlo a utilizar. Existe un proceso similar de desalojamiento para eliminar y recuperar la sosa cáustica (hidróxido de sodio) de las telas de algodón mercerizado. El hidróxido de sodio recuperado se libera del material celulósico lavándolo en un dializador. En este aparato, se utiliza agua para extraer el hidróxido de sodio que pasa a través de una membrana que retiene las grandes moléculas de los carbohidratos. El lavado por extracción se utiliza en muchas industrias y en la mayoría de las refinerías de petróleo para eliminar la sal del petróleo crudo, evitando de esta manera la corrosión en las columnas de destilación. Se bombea agua al petróleo crudo en una proporción de cerca del 4 % del flujo del petróleo, y la eficiencia de la extracción de la sal depende de que tan perfectamente sea el mezclado. A continuación, se agregan compuestos químicos para romper la emulsión, antes de que el petróleo pase a un recipiente, en donde por medio de electrodos se desaloja el agua del petróleo, permitiendo su separación por gravedad. También el azúcar refinada se lava mediante un proceso de extracción de agua durante el proceso de centrifugación. El agua de lavado elimina la capa de mieles de los cristales de azúcar, con el objeto de eliminar el color del producto final y lograr que fluya libremente. Con el uso generalizado de los sistemas de aire acondicionado se ha empezado a utilizar agua para lavar y humedecer el aire y quitarle las basuras que lleva. Frecuentemente, la temperatura del agua de lavado se controla de manera minuciosa para que el aire limpio tenga la humedad adecuada. Esta aplicación está adquiriendo una importancia cada vez mayor en la industria de la microelectrónica y en la aeroespacial, en la que todas las salas de ensamble deben estar perfectamente libres de polvo para evitar cualquier acumulación de polvo en las superficies maquinadas o en los dispositivos de control. En la clasificación de materiales por medios hidráulicos (se pueden considerar como una forma especial de lavado), el agua actúa como medio para separar el material deseado de sus contaminantes, por ejemplo, en la separación de la pizarra del carbón y en los procedimientos de flotación por espuma en la industria minera.

EL AGUA EN EL TRANSPORTE

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Así como las corrientes naturales de agua llevan materiales en suspensión, las corrientes que circulan dentro de tuberías o de canalones en una fábrica pueden transportar materiales de una zona a otra. Una de las industrias en que más se utiliza este procedimiento es en la de celulosa y papel. Por ejemplo, una fábrica de papel con una capacidad integrada de 1000 toneladas por día que produce distintos tipos de cartón, puede consumir de 75 a 120 millones de galones de agua por día; de éstos el 80 a 90% se requerirá en los mismos procesos. Una vez que se produce la pulpa, se puede colar para eliminar el material demasiado grande y los desechos. Esta operación se lleva a cabo a una "consistencia" de 6 a 8% o sea, cuando el contenido de agua es de 92 a 94% aproximadamente. Posteriormente, se evapora agua para reducir el volumen y almacenar el material a una consistencia aproximada del 12%. Posteriormente, se vuelve a diluir hasta alrededor del 8% para bombearla a la fábrica de papel. Después de refinarla y procesarla, la pulpa se diluye finalmente a una consistencia de 0.5 a 1.5% (98.5 a 99.5% de agua) que es como se alimenta a la malla metálica de la máquina Fourdrinier. Al pasar sobre la máquina de papel se elimina agua por escurrimiento, compresión y calentamiento, en donde cada paso sucesivo requiere una maquinaria más complicada y el costo por kilo de agua eliminada aumenta considerablemente. La hoja acabada puede contener sólo del 2 el 3% de agua. En la minería existen varios procesos en los que se utiliza el agua para disolver los depósitos minerales subterráneos y transportar el material a la superficie para procesarlo posteriormente. El proceso Frasch para extraer el azufre es más complejo porque el agua debe calentarse a 350ºF para fundir el azufre que está abajo de la tierra. A continuación se utiliza aire para elevar y sacar la mezcla de agua y azufre a la superficie, ya que el azufre es insoluble en agua. Como el costo de la explotación y desarrollo de los pozos petroleros es cada vez mayor, esto ha obligado a la industria a realizar una recuperación secundaria y terciaria de los residuos de petróleo de los antiguos campos petroleros mediante la inyección de agua y vapor de agua. Se utiliza el agua especialmente tratada como salmuera o una mezcla de agua y vapor de agua que se bombea bajo tierra con el propósito de desplazar al petróleo de las áreas de donde no se hizo la extracción por los métodos primarios. El agua que se emplea recibe tratamientos muy complejos, a fin de que la formación subterránea no se tapone con los desechos. También se utiliza el agua como medio de transporte de materiales en otras industrias como la alimentaria, en las plantas enlatadoras, las verduras se transportan mediante corrientes de agua, al igual que la remolacha en los ingenios azucareros. Cuando el carbón pulverizado se necesita transportar a grandes distancias, también, se envía en forma de suspensión a través de tuberías. Hasta cierto punto, casi todas las industrias utilizan el agua como medio de transporte y diluyente para los desechos, en la misma forma en que la utiliza la sociedad en los sistemas de aguas negras. Además el agua se utiliza en forma de vapor como medio de transporte, en los procesos de destilación por arrastre de vapor, donde las burbujas de vapor de agua de un recipiente que contiene un líquido orgánico volátil producen una mezcla de vapor

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constituido por el agua y los compuestos volátiles, la cual tiene una composición que está en relación a sus masas moleculares y es igual a la relación que existe entre las presiones parciales de vapor de cada uno de los dos materiales (Ley de las presiones parciales de Dalton). El vapor también se utiliza para la evacuación de gases de lugares cerrados, por ejemplo, en el caso en que se utilizan conductores de vapor en condensadores de turbinas para eliminar en forma continua los gases no condensables del recipiente del condensador y evitar con esto que el gas cubra las superficies de transporte de calor.

OTROS USOS

El agua es un material relativamente barato y adecuado para diferentes procesos industriales de la más diversa índole. Se utiliza como material sellador en los prensa-estopas de las bombas centrífugas y en recipientes almacenadores de gases. También, en procesos de enfriamiento y de disminución de fricción. El agua se utiliza mucho como medio de protección para el personal que labora en la industria nuclear, por ser un moderador de neutrones y la radiación. Los elementos químicos radiactivos se cortan o se fabrican dentro de un baño de agua, empleando maquinaria especial equipada con una cámara de televisión sumergible en agua para trasmitir la imagen al operador. El trabajador manipula los controles de la maquinaria desde la sala de operación, protegido por una separación de 6 a 9 metros de agua entre él y el objeto radiactivo que se coloca en un estanque. Parece que en todas las industrias se empieza a tomar conciencia de la necesidad de vigilar la calidad del agua que se requiere en cada caso y de descargarla, lo menos contaminada posible, como parte de su obligación con la sociedad.

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T U R B I N A S

Turbina, es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice.

¿Qué es la Hidraulica? Es el proceso mediante el cual la energía potencial del agua se convierte en energía eléctrica a través del trabajo de rotación de una turbina.

Las turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o de agua, turbinas de vapor y turbinas de combustión. Hoy la mayor parte de la energía eléctrica mundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas. Los molinos de viento que producen energía eléctrica se llaman turbinas de viento.

¿Cómo funcionan las Turbinas hidráulicas? ..Para mantener una salida constante de voltaje en una instalación hidroeléctrica la velocidad de la turbina debe mantenerse constante, independientemente de las variaciones de la presión del agua que las mueve. Esto requiere gran número de controles que, tanto en la turbina de Francis como en la de Kaplan, varían el ángulo de las palas. En las instalaciones de ruedas Pelton, el flujo del agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras. En este caso, se utiliza una boquilla de derivación de descarga, dado que los cambios rápidos de corriente en canales de caída largos podrían producir aumentos repentinos en la presión, llamados martillos de agua, que pueden ser muy dañinos. Con estos ajustes, se mantiene constante el flujo de agua a través de las boquillas. Para ello se cierran las boquillas de descarga, lo que se hace con mucha lentitud para evitar martillos de agua.

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Avances en el diseño de las turbinas

Las turbinas pueden ser de varios tipos, según los tipos de centrales: Pelton (saltos grandes y caudales pequeños), Francis (salto más reducido y mayor caudal), Kaplan (salto muy pequeño y caudal muy grande) y de hélice. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas para adecuar el flujo de agua por las turbinas con respecto a la demanda de electricidad. El agua sale por los canales de descarga.

La tendencia en las turbinas hidráulicas modernas es utilizar caídas mayores y máquinas más grandes. Según el tamaño de la unidad, las turbinas Kaplan se utilizan en caídas de unos 60 m, y en el caso de las turbinas Francis de hasta 610 m.

Muchas de las pequeñas instalaciones en presas construidas antes de 1930 han sido abandonadas debido a su alto coste de mantenimiento y la mano de obra que requieren. Sin embargo, el aumento de los costos de los combustibles fósiles ha hecho volver la mirada hacia este tipo de sistemas de poca caída. Con el desarrollo de turbinas de hélice normalizadas con ejes casi horizontales, las instalaciones pequeñas han recuperado su atractivo original.

Se han diseñado turbinas que actúan como bombas cuando funcionan a la inversa, invirtiendo el generador eléctrico para que funcione como un motor. Dado que no es posible almacenar la energía eléctrica de forma económica, este tipo de bombas turbina se utiliza para bombear agua hacia los embalses, aprovechando la energía eléctrica generada por las centrales nucleares y térmicas durante las horas de poco consumo. El agua embalsada se emplea de nuevo para generar energía eléctrica durante las horas de consumo elevado. En los últimos años se han desarrollado turbinas para caídas de hasta 600 m y con capacidades de más de 400 MW.

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Centrales térmicas

Centrales térmicas La producción: En nuestro país hay en funcionamiento aproximadamente 200 centrales térmicas, con una potencia total instalada de más de 27.000 MW. La potencia media de estas centrales, por lo tanto, es de unos 140 MW. En 2000, las centrales térmicas produjeron más de 125 TWh, el 56% del total. El mapa representa las centrales con más de 20 MW de potencia.

Seis de las centrales tienen más de 1.000 MW de potencia: • As Pontes de García Rodríguez (A Coruña), con más de 1.400 MW, la mayor de España. Consume carbón, tanto nacional como importado.• Compostilla (León), con 1.312 MW. Utiliza carbones de la cuenca minera en que está enclavada.• Litoral de Almería (Carboneras), (Almería), con 1.100 MW. Utiliza carbón importado.• Castellón (Castellón), con 1.083 MW Emplea como combustible fuel-oil.• Teruel (Andorra), con 1.050 MW. Emplea carbones de la cuenca minera aragonesa.• San Adrián (Barcelona), con 1.050 MW. Consume fuel y gas natural.

Entre las seis, suponen la cuarta parte de la potencia térmica convencional instalada, y el 12% del total de la potencia eléctrica.

La distribución de las centrales térmicas responde a factores como los siguientes:

• La proximidad de cuencas mineras que las abastezcan de combustible. Esto explica la gran densidad de centrales en la cuenca minera de Asturias y León, así como el grupo de centrales (Teruel y Escucha) en la cuenca de lignitos aragonesa.

• La localización costera, que facilita su abastecimiento con carbones importados o fuel. Es el caso del rosario de centrales en el sur y levante: Castellón, Escombreras, Litoral de Almería, Algeciras y Cádiz. Secundariamente, la localización sobre un gran oleoducto, como el que circula desde Zaragoza a Rota (Puertollano).

• La proximidad a los centros urbanos que debe abastecer. Aunque el transporte de energía eléctrica a largas distancias es una actividad que no ofrece especiales

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dificultades, áreas urbanas como la de Barcelona y Bilbao están rodeadas de una red relativamente densa de centrales, lo que no sucede en Madrid.

Centrales nucleares

Los nueve grupos nucleares en funcionamiento corresponden a siete centrales que sumaron en 2000 una potencia instalada de casi 8.000 MW, el 14% de la potencia total. No obstante, su producción de energía eléctrica llegó al 28% del total, lo que se debe a su elevado factor de carga.

En el extremo opuesto a las numerosas y diversas centrales hidroeléctricas, las centrales nucleares forman un grupo reducido y muy compacto de tamaño, con un rango que va de los 160 MW de la central de Zorita, la más antigua, puesta en servicio en 1969, a los 1.081 de Vandellós II.

Su distribución en el territorio obedece casi exclusivamente a criterios políticos, definidos en los sucesivos planes energéticos nacionales. A mediados de los años 70 existió un plan muy ambicioso de construcción de centrales nucleares, con más de dos docenas de instalaciones previstas, repartidas más o menos regularmente por el territorio.

Algunas instalaciones llegaron a un grado muy avanzado de construcción, pero nunca entraron en funcionamiento, como Valdecaballeros o Lemóniz. Desde la moratoria nuclear de mediados de los 80 no se ha previsto la construcción de ninguna nueva central, aunque las existentes han aumentado paulatinamente su potencia.

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El mapa indica los grupos nucleares en funcionamiento, con su potencia instalada en 1999.

Centrales hidroeléctricas La producción: Las cerca de 800 centrales hidroeléctricas tienen un rango de tamaño mucho más variado que las centrales térmicas. Las 20 centrales de más de 200 MW representan en conjunto el 50% de la potencia hidroeléctrica total instalada. En el otro extremo, existen centenares de pequeñas instalaciones con potencias menores de 20 MW.

La potencia hidroeléctrica total instalada en 2000 era de algo más de 20.000 MW. El criterio de distribución de las centrales obecede a la existencia de caídas de agua con la suficiente altura y energía. Existen, por lo tanto, densas concentraciones de centrales en las montañas del ángulo noroeste y en el Pirineo, donde empezaron a construirse desde principios del siglo XX para abastecer de energía a la industria catalana.

Otras centrales se reparten más aleatoriamente por las montañas del interior de la península, aprovechando los puntos donde existe agua y desnivel suficientes ligados a núcleos montañosos. La mayor concentración de grandes centrales se da en la caída de los ríos Duero y Tajo cuando abandonan la Meseta, ya en la frontera con Portugal. Las centrales de Villarino, Saucelle, Aldeadávila, José María de Oriol y Cedillo, suman nada menos que el 20% del total de la potencia hidráulica instalada en el país, y el 7% de la potencia eléctrica total.El mapa representa las centrales mayores de 20 MW. Se indica el nombre de las 10 centrales mayores de 300 MW.

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Centrales eólicas La producción:

La distribución de los parques eólicos responde principalmente a criterios de disponibilidad de "combustible", es decir, vientos intensos, constantes y regulares a lo largo del año. Es por ello, que dos de las zonas tradicionales para estas instalaciones sean la costa gallega del N. y Tarifa, donde el mapa de potencial eólico indica valores muy altos. Algo parecido se puede decir de los parques instalados en las serranías del Sistema Ibérico.El mapa indica los parques eólicos de potencia superior a 1 MW. Los círculos grandes muestran los parques con potencia superior a los 10 MW.

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En algunas Comunidades Autónomas se ha combinado la existencia de buenos potenciales eólicos con una apuesta muy decidida por este tipo de energía:

• Navarra pretende lograr un alto porcentaje de autoabastecimiento energético con este y otros procedimientos

• En las Islas Canarias son una opción muy rentable para la producción de energía eléctrica, a veces en conexión con el abastecimiento de agua potable cuando los aerogeneradores alimentan a las instalaciones de desalinización.

• La mayor potencia instalada se encuentra en Galicia, donde la energía eléctrica producida por aerogeneradores es ya un porcentaje sustancial del total producido en la Comunidad. Hay que tener en cuenta que su potencial eólico aprovechable es el mayor de España.

• El crecimiento de la electricidad eólica en Castilla-La Mancha está siendo muy rápido. Ha pasado de 174 aerogeneradores en 1999 a 457 instalados en 2000. También en Castilla y León y Aragón está cobrando importancia esta manera de producir electricidad.

Potencia eólica instalada por Comunidades Autónomas en 2000.

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Distribución de las centrales eléctricas La producción: Actualmente existen en nuestro país más de 1.000 centrales de producción de energía eléctrica. De esta cifra, casi 900 son hidroeléctricas, cerca de 200 térmicas convencionales y sólo 9 nucleares. También existe un creciente número de centrales eólicas y unas pocas de biomasa y de incineración de residuos urbanos, así como una central fotovoltaica experimental.

Además, existen otras instalaciones capaces de producir electricidad en industrias con sistemas de cogeneración y un número difícil de evaluar de pequeñas instalaciones de paneles fotovoltaicos. En este mapa se representan las centrales térmicas, nucleares e hidroeléctricas de mayor producción. Se observa cómo las centrales se concentran en la franja norte, con mayores recursos hidráulicos y más abundantes reservas de carbón, así como en la costa. El interior, especialmente la zona no montañosa de la gran meseta central, apenas posee centrales de ningún tipo. No obstante, en los últimos años se han instalado muchos parques eólicos en el sistema Ibérico.

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LA ENERGIA HIDRÁULICA

MICROCENTRALES HIDROELECTRICAS

ANTECEDENTES GENERALES

La energía hidráulica tiene como fuente la energía potencial del agua que está a cierta altura. Esta se transforma en energía mecánica al pasar por una turbina y posteriormente en energía eléctrica por medio de un generador.

La energía hidráulica se ha usado durante años para la obtención tanto de energía mecánica, como para uso directo en energía eléctrica. Las ventajas que presenta este tipo de aprovechamiento energético son, su bajo costo de generación, bajo costo de mantención, no requiere abastecimiento de combustibles, no presenta problemas de contaminación, puede compatibilizarse con el uso del agua para otros fines, y una larga vida útil. Tiene limitaciones en cuanto a la disponibilidad de los recursos hidráulicos, dependencia de factores meteorológicos y estaciónales, además se requiere de una importante inversión, considerando las obras civiles e instalaciones de la micro-central. Todos estos factores al ser analizados para un proyecto en particular, determinan la factibilidad técnica y económica de la instalación de una micro-central hidroeléctrica.Cuando se habla de micro-central hidroeléctrica se entiende plantas con potencia inferior a 100 kW.

DESCRIPCION DEL SISTEMA

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El diseño de un sistema de generación hidroeléctrico comprende tres aspectos fundamentales, estos son: · Obras civiles. · Equipamiento electromecánico· Distribución eléctrica.

Las obras civiles tienen la finalidad de conducir un determinado caudal de agua, guiarlo hasta la turbina y devolverlo al río.

Para ello se requiere de una bocatoma sobre el cauce principal del río, de modo de facilitar la entrada del agua al sistema de conducción. Esta captación puede ser a filo de agua, vale decir una desviación lateral, o bien con un pequeño embalse.

Luego, se conduce el agua por un canal de aducción hasta la cámara de carga. El canal de aducción debe tener una pendiente pequeña (0,5 %), de modo de ir ganando altura con respecto al río. La cámara de carga al final del canal de aducción tiene la función de desarenador y empalme de la tubería de presión, manteniendo un nivel constante.

La tubería de presión lleva el agua hasta la casa de máquinas donde se encuentra la turbina y equipos eléctricos. Finalmente, a través de un canal se restituye el fluido a su cauce natural.

El equipamiento eléctrico y mecánico requerido en una micro-central hidroeléctrica se compone de los siguiente elementos:· La turbina con válvula de corte principal · El generador eléctrico.· Tablero eléctrico con protecciones· El regulador de velocidad.· Un transformador, en caso de que la energía eléctrica se deba transportar una gran distancia.· Elementos de transmisión mecánica. · Líneas de distribución eléctrica.

En la figura 1 aparece un diagrama esquemático de una micro-central hidroeléctrica

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CUANTIFICACION DE LA ENERGIA OBTENIBLE DEL RECURSO HIDRAULICO

La potencia de una corriente de agua depende de dos factores fundamentales, estos son:· Caudal del recurso hidráulico· Altura de caída.

Estos factores se relacionan como expresa la fórmula siguiente:

PH = Q x h x pe (agua)

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Donde PH: potencia hidráulica en WattQ : caudal en m3/sh : caída en mpe (agua): peso especifico del agua en N/m3

La potencia calculada con la fórmula anterior corresponde a la potencia teórica que podría transformar la turbina. Sin embargo, al implementarse la central hidroeléctrica la potencia obtenida será menor, producto de las pérdidas que inducen las instalaciones y las maquinarias de aprovechamiento energético.

Estas pérdidas se cuantifican a través de los rendimientos correspondientes a cada máquina. Así, la potencia útil obtenida de una instalación hidroeléctrica se puede calcular por la fórmula siguiente:

P útil = Q x Hu x pe (agua)x 1 x 2 x 3............ n

Donde P útil: potencia útil obtenida de la instalación en WQ : caudal de la corriente de agua aprovechada en m3/sH u: caída útil en metrospe (agua): peso especifico del agua (10.000) en N/m31, 2, 3............ n: rendimientos de los equipos.Los rendimientos 1, 2, 3............ n. etc. que aparece en la fórmula corresponden a los distintos rendimientos de las distintas maquinarias involucradas en la instalación. Estas pueden ser turbinas, transmisión mecánica, generador, etc. Estos rendimientos usualmente los entrega el fabricante de cada máquina o equipo. Para fines de un cálculo aproximado puede usarse un rendimiento global que considere todos los rendimientos individuales. Diversas experiencias indican que en instalaciones pequeñas un rendimiento global de 60% está bien ajustado a la realidad. Con esto, la fórmula quedaría expresada en la forma siguiente:

P útil = Q x Hu x pe (agua) x global P útil =Q x Hu x 10 x 0,6 (kW)En literatura del tema aparecen fórmulas simplificadas, como:

P útil =Q x Hu / 200 (kW), si el caudal está en litros/seg.

CUANTIFICACION DEL RECURSO HIDRAULICO

Para poder cuantificar la potencia que es posible obtener de un recurso hidráulico es necesario medir el caudal disponible y la altura de caída aprovechable. Esto ayuda además en la determinación del tamaño de la maquinaria e instalaciones, que dependen principalmente del caudal; y por tanto del monto de la inversión requerida.

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Existen diversos métodos que pueden utilizarse para medir tanto el caudal como la altura, unos más exactos que otros. Normalmente la exactitud está ligada a la utilización de equipos e instrumentos muy sofisticados o de elevado costo. Por esta razón, frecuentemente resulta conveniente y necesario sacrificar un tanto la exactitud de la medición por la comodidad o por el bajo costo resultante de la utilización de métodos artesanales.

MEDICION DE CAUDAL

UTILIZACION DE REGISTROS ESTADISTICOS

Siempre que sea posible se debe recurrir a los registros estadísticos de los recursos hidráulicos existentes en la zona considerada, obtenidas por las oficinas encargadas de ésta labor, como por ejemplo Dirección Nacional de Aguas.Este método es cómodo y muy exacto, sin embargo, para recursos hídricos muy pequeños normalmente no existen estadísticas o los instrumentos de medición empleados no miden caudales menores que 50 lts / s.

METODO DE MEDICION DE CAUDALES POR MEDIO DE VERTEDEROS

Este método se utiliza cuando la corriente posee un caudal tal que no permite usar otro método y donde las condiciones del terreno lo permitan. Es el más adecuado cuando se desea obtener registros de caudal de la corriente por periodos largos.Consiste en hacer circular la corriente de agua a través de restricciones de geometría y perfil conocido, de modo que, por medio de la medición de un parámetro, normalmente la altura del agua sobre la cresta superior del vertedero, es posible cuantificar la cantidad de agua que fluye.Aunque existen distintas formas de vertederos, solo se especificaran las características del vertedero triangular.

VERTEDERO DE REBAJO TRIANGULAR

Este vertedero se utiliza preferentemente para la medición de pequeños caudales, inferiores a 300 lts/s (mínimo 3 lts/s), en canales de ancho reducido respecto a su profundidad.Este vertedero de puede apreciar en la siguiente figura.

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Figura 2, Vertedero de rebajo triangular

El caudal circulante se cuantifica por la fórmula:

Q = 1,4 x h exp (5/2)

Donde Q es el caudal circulante en m3/s y h es la altura del agua sobre el vértice del vertedero en metros.

En la figura 3 se ha dispuesto una tabla de la última fórmula descrita, pudiendo obtenerse de allí directamente el valor del caudal correspondiente al valor de h medido en centímetros. La exactitud entregada por esta tabla es suficiente, pudiendo obtenerse mayor exactitud evaluando directamente la fórmula anterior.

h en cm Caudal en lts/s 567891011121314

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151617182022253035404550 0.81.21.82.53.44.45.66.98.510.212.214.316.719.22531.843.869100140187244

Figura 3, Tabla de altura v/s caudales para vertederos de rebajo triangular

MEDICION DE LA ALTURA DE CAlDA DISPONIBLE

La medición de la altura de caída disponible se efectúa entre el nivel de la cámara de carga y el nivel de evacuación del agua de la turbina, o sea el nivel del canal de

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evacuación. El nivel de la cámara de carga puede variar notoriamente de una época a otra haciendo variar la potencia disponible.

ALTERNATIVAS TECNOLOGICAS

Dentro de los equipos señalados en la descripción del sistema, hay algunos que presentan diversas posibilidades de diseño y construcción. Estas serán analizadas a continuación.

TURBINASLas turbinas son los equipos encargados de transformar la energía hidráulica del estero o río en energía mecánica, generalmente como torque y revoluciones.

TURBINAS DE ACCION

En este tipo de máquinas, toda la energía mecánica del flujo se convierte en energía cinética en una tobera, antes de tener contacto con los alabes. La fuerza resultante sobre el rodete, se obtiene como consecuencia del cambio de dirección de la velocidad del fluido al pasar por los alabes.

Las turbinas de acción más conocidas son la turbina Pelton (figura 4) y la turbina Banki (figura 5). La turbina Turgo no ha sido muy difundidaLa turbina Pelton es de flujo tangencial, cuenta con una o más toberas y un rodete provisto de un determinado número de cucharas. Se usa especialmente en grandes saltos y caudales reducidos, pudiéndose obtener eficiencias del orden del 85%.

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Figura 4, Turbina Pelton

La turbina Banki, es una turbina de acción de flujo transversal, entrada radial y admisión parcial, formada por un inyector rectangular y un rodete tipo tambor que está provisto de un determinado número de alabes curvos. Su rango de aplicación está comprendido entre las Pelton de doble tobera y las Francis rápida. Trabaja especialmente con saltos y caudales medianos, alcanzando eficiencias del 80%. Su geometría facilita su fabricación y se caracteriza como una máquina de bajo costo.

Figura 5, Turbina Banki

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TURBINAS DE REACCIONEn estas turbinas, una parte de la energía se transforma en energía cinética, al pasar el fluido a través de una rueda de alabes directrices situada antes del rodete. Todos los espacios de guía y móviles quedan llenos de agua a presión y conforme esta escurre a través del rodete, su velocidad cambia en magnitud y dirección, con lo cual aparece una fuerza sobre el rodete que hace a éste girar.

Existen dos tipos de turbinas de reacción, la turbina Francis (figura 6) y las turbinas axiales Kaplan (figura 7)La turbina Francis trabaja con saltos y caudales medianos logrando eficiencias entre 80 y 90%. Se le conoce como una turbina de flujo mixto debido a que el fluido entra en dirección tangencial al rotor y la descarga es paralela al eje de rotación.

Figura 6, Turbina Francis

Las turbinas axiales trabajan con saltos pequeños y grandes caudales, además pueden alcanzar eficiencias de hasta 90%. Existen dos tipos de turbinas Kaplan la primera posee alabes fijos, la segunda tiene los alabes del rodete orientable, es decir, se puede variar el ángulo de los alabes para mantener la velocidad de giro constante.

TURBINA-BOMBA

Una bomba centrífuga puede ser usada como turbina conectando la entrada de la turbina a la salida de la bomba y viceversa. En la figura 8 se puede observar uno de estos equipos. Se obtiene así, una máquina hidráulica motora que funciona con el principio de reacción, con entrada radial y salida axial

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Figura 8, BOMBA - TURBINA

En la figura 9 se muestra para cada tipo de turbina sus rangos típicos de altura y caudales.

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Figura 9, Gráfico tipo de turbina, sus rangos típicos de altura v/s caudales

CRITERIOS BASICOS PARA LA INSTALACION DE MICRO-CENTRALES HIDROELECTRICAS

Previo a cualquier trabajo teórico especializado, se recomienda primeramente visitar el lugar, realizar varias mediciones en el terreno y preguntar a los lugareños extensivamente como se relaciona el flujo presente y su variación en el año o entre años, especialmente a gente que esté usando la irrigación por gravedad, como es a menudo el caso, y quienes tienen considerable conocimiento de "su" río.

En la investigación de un sitio, dentro de ciertos límites es una buena práctica desarrollar la máxima altura de caída. Esto haría posible el uso de equipo menos voluminoso y la salida estará menos afectada, por las variaciones de caudal. Si el caudal supuesto en forma conservadora se prevé más favorable en los próximos años, se podrán proponer proyectos de expansión, sólo con agregar otra turbina y usar un caudal mayor.

TRANSFORMACIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA (CAPITULO I)

Se entiende por sistema eléctrico el conjunto de máquinas, equipos, barras, líneas, que constituyen un circuito que tiene determinada tensión nominal.

La tensión nominal de un sistema es el valor al cual se refieren las características del mismo.

Los sistemas se clasifican por su tensión nominal en clases, ésta clasificación desde el punto de vista de las instalaciones eléctricas está basada en criterios constructivos.

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Una instalación eléctrica es el conjunto orgánico de construcciones y equipos cuya finalidad es al menos una de las siguientes: producción, conversión, transformación, regulación, transporte, distribución y utilización de la energía eléctrica.

Centrales eléctricas, (destinadas a la producción), estaciones eléctricas (destinadas a la transformación, conversión, regulación, distribución, y conectadas a un sistema en tensión elevada, 30 kV o más), cabinas (conectadas a un sistema en tensión media - menos de 30 kV) están unidas entre sí por líneas de transmisión y de distribución, aéreas, o en cable aislado.

Las líneas transportan energía de un punto a otro dentro de un sistema (con tensión nominal dada).

Para unir sistemas (con distinta tensión nominal) se utilizan los transformadores.

Es necesario poder representar gráficamente los sistemas eléctricos para su proyecto, construcción, operación y estudio.

Según la finalidad que cubre la representación gráfica, se utilizan símbolos distintos.

Varias figuras muestran algunos ejemplos:

La fig. (1.1.) 1, muestra centrales, estaciones y líneas con su ubicación geográfica, topográfica, en un esquema general.

La fig. (1.1.) 2, muestra un esquema unifilar, que representa transformadores, barras, líneas, y pone en evidencia la conectividad de la red.

Los esquemas unifilares se completan con gran cantidad de detalles que indican los aparatos utilizados, para medición, maniobra, etc. tal como puede verse en las fig. (1.1.) 3 a 8.

Los símbolos utilizados en las representaciones están fijados por normas.

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centrales electricas

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