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PLANTAS GENERADORAS DE ELECTRICIDAD - hidroeléctricas, según la altura del salto de agua o desnivel existente



PLANTAS GENERADORAS DE ELECTRICIDAD
Hidroeléctricas
 
Una planta hidroeléctrica es la que aprovecha la energía hidráulica para producir energía eléctrica.
Si se concentra grandes cantidades de agua en un embalse, se obtiene inicialmente, energía potencial, la que por la acción de la gravedad adquiere energía cinética o de movimiento  pasa de un nivel superior a otro muy bajo, a través de las obras de conducción (la energía desarrollada por el agua al caer se le conoce como energía hidráulica), por su masa y velocidad, el agua produce un empuje que se aplica a las turbinas, las cuales transforman la energía hidráulica en energía mecánica.
 
Esta energía se propaga a los generadores que se encuentran acoplados a las turbinas, los que la transforman en energía eléctrica, la cual pasa a la subestación contigua o cerca de la planta. La subestación eleva la tensión o voltaje para que la energía llegue a los centros de consumo con la debida calidad.


 
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.

De hélice
  
En las plantas hidroeléctricas el caudal de agua es controlado y se mantiene casi constante, transportándola por unos conductos, controlados con válvulas para así adecuar el flujo de agua que pasa por las turbinas, teniendo en consideración la demanda de electricidad, el agua luego sale por los canales de descarga de la planta.
Pueden serclasificadas según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.
 
1.      Según utilización del agua, es decir si utilizan el agua como discurre normalmente por el cauce de un río o a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano. 
 
·        Centrales de Agua Fluente: 
Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente.
Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas. No cuentan con reserva de agua, por lo que el caudal suministrado oscila según las estaciones del año.


 
En la temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca (aguas bajas), la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío.
 
Su construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para mantener un desnivel constante en la corriente de agua.

·        Centrales de Agua Embalsada
Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Este agua es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

·        Centrales de Regulación: 
Tienenla posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.
 
Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.
 
·        Centrales de Bombeo
Se denominan 'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible.
 
La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.

2.      Según la altura del salto de agua o desnivel existente

·        Centrales de Alta Presión:
Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina.
Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis

·        Centrales de Media Presión
Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200 - 20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m3/s por turbina.
En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.

·        Centrales de Baja Presión 
Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300 m3/s.  Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan
Termoeléctricas:
Geotérmica
Una central geotérmica es una instalación donde se obtiene energía eléctrica a partir del calor interno de la Tierra. Estas centrales son muy similares a las térmicas, la única diferencia es que no queman nada para calentar el agua.
1.-Funcionamiento
Una central geotérmica funciona igual que una térmica, solo varía la forma de calentar el agua.

- El vapor de agua a altas temperaturas (hasta 600s C) se canaliza desde el interior de la Tierra hasta la central permitiendo la evaporación del agua presente en las numerosas tuberías que se encuentran alrededor de la caldera. El vapor de agua adquiere mucha presión, por lo cual se utiliza para mover una turbina conectada al generador. Al girar la turbina se produce la electricidad, que viaja del generador hasta los transformadores, que elevan la tensión para transportar esta energía por la red eléctrica hasta los centros de consumo.


Con este dibujo se puede resumir lo dicho. 

 
- Por otro lado está funcionando el sistema de refrigeración que permite empezar de nuevo el ciclo, es decir, condensa el vapor de agua para que pueda volver a ser utilizado. El agua es condensada en una parte de la central que se mantiene a baja temperatura gracias a un sistema cerrado de tuberías que lo refrigeran, el condensador. Las tuberías contienen agua fría que reduce la temperatura del agua usada para mover la turbina,permitiendo su condensación. Cuando el agua del sistema de refrigeración se calienta, se dirige hacia las torres de refrigeración, donde se vuelve a enfriar en contacto con aire frío. Y así se realiza continuamente el mismo ciclo.
También hay otro tipo de centrales que usan directamente el vapor de agua del interior de la Tierra  para mover la turbina.
2.-Partes
Las partes son las mismas que en una central térmica. La única diferencia es el quemador y las chimeneas.
-Canalizaciones de agua
Hacen la función del quemador ya que sirve para calentar el agua que moverá la turbina, debido a las alas temperaturas que alcanza el vapor de agua (procedente del interior de la Tierra) que transportan.
-Turbinas
Las turbinas pueden considerarse como la parte más importante de la central ya que son las encargadas de mover el generador para producir la electricidad.
Estas turbinas están diseñadas para soportar una temperatura de unos 600s C y una presión de unos 350 bares.
Las turbinas están formadas por una serie de álabes de distintos tamaños que aprovechan la presión del vapor de agua para hacer girar la turbina.
-Generador
Es el encargado de producir la electricidad
-Condensador
Es el encargado de condensar el vapor que se encarga de mover la turbina para que pueda volver a ser utilizado
-Torres de refrigeración
Se encargan de mantener baja la temperatura del condensador, garantizando el correcto funcionamiento de la central.
El agua que refrigera el condensador es enfriada en las torres de enfriamiento al entrar encontacto con el aire frío que circula a través de ellas.
Otras partes de la central, también importantes para garantizar un buen funcionamiento,  serían todas las tuberías y bombas que transportan toda el agua a través de toda la central.
Solares


Sistema de energía solar térmica para el calentamiento de agua en Santorini, Grecia.

La energía solar térmica o energía termo solar consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el aire de los locales.
Los colectores de energía solar térmica están clasificados como colectores de baja, media y alta temperatura. Los colectores de baja temperatura generalmente son placas planas usadas para calentar agua. Los colectores de temperatura media también usualmente son placas planas usadas para calentar agua o aire para usos residenciales o comerciales. Los colectores de alta temperatura concentran la luz solar usando espejos o lentes y generalmente son usados para la producción de energía eléctrica. La energía solar térmica es diferente y mucho más eficiente1 2 3 que la energía solar fotovoltaica, la que convierte la energía solardirectamente en electricidad. Mientras que las instalaciones generadoras proporcionan solo 600 mega watts de energía solar térmica a nivel mundial a octubre de 2009, otras centrales están bajo construcción por otros 400 mega watts y se están desarrollando otros proyectos de electricidad solar de concentración por un total de 14000 megawatts.
Combustibles Fósiles
Funcionamiento
En una central térmica alimentada con combustibles fósiles (carbones, derivados líquidos del petróleo o gas natural), el proceso de combustión (reacción química de ciertos componentes con el oxígeno del aire) se realiza en la caldera, donde la energía interna de las materias primas se libera generando calor. La mayor parte de las centrales eléctricas utiliza el calor para producir vapor de agua a alta temperatura y presión; éste hace girar una turbina de vapor que, a su vez, mueve el generador eléctrico (alternador).
En resumen, la energía interna de los combustibles se libera en forma de calor para producir un movimiento de turbinas que genera corriente eléctrica.
Cuando son combustibles gaseosos (y en algunos casos también con los líquidos), los gases de combustión accionan directamente las turbinas (turbina de gas). La tendencia hoy es la generación asociada de turbinas de gas y de vapor (producido a partir de los gases calientes de escape), con lo que se alcanzan rendimientos de producción eléctrica más elevados que con los ciclos convencionales.
Un último sistema, aplicado en instalaciones de baja potencia, es el empleo de motores dieselpara mover directamente el generador eléctrico.


De forma general, puede decirse que el poder calorífico de un combustible está directamente asociado a sus contenidos en carbono e hidrógeno. Los restantes componentes del combustible (muy variables según la naturaleza de la materia prima) contribuyen a reducir esa potencia calorífica, a complicar el proceso de combustión y a generar una serie de subproductos cuya incidencia ambiental es frecuentemente negativa. Los principales combustibles fósiles empleados en centrales termoeléctricas son, como ya se ha indicado
Gas natural: Constituido en su mayor parte por metano (CH4) y algunos otros hidrocarburos ligeros, es un combustible esencialmente limpio cuyo uso genera muy pocos productos residuales.
Derivados líquidos del petróleo: Son fundamentalmente el fuelóleo y el gasóleo, obtenidos en el proceso de refinado del crudo. Sus características responden a especificaciones adaptadas a los requerimientos de las centrales térmicas. Tienen sin embargo una composición y un contenido en azufre que dan lugar a residuos de carácter contaminante (óxidos de azufre y nitrógeno, hollines, etc.).
Carbones: Sin duda son los combustibles fósiles más complejos. Se trata de rocas sedimentarias heterogéneas originadas a partir de restos vegetales muy diversos, sometidos a altas presiones, elevaciones de temperatura y movimientos de la corteza terrestre. Como resultado de este largo y complicado proceso, en los yacimientos de carbón se encuentran, junto con los productosprocedentes de vegetales, restos minerales ajenos que contribuyen a aumentar la variedad y calidad de los carbones.
Dependiendo del grado de carbonización existen una serie de variedades de carbones que, en orden ascendente de poder calorífico, son: turba, lignito, carbones su bituminoso, carbones bituminosos (hullas) y antracita.
Desde el punto de vista de su empleo como combustible, en cualquier carbón pueden distinguirse dos grandes fracciones
Materia carbonosa: Básicamente es la que aporta el contenido energético.
Fracción estéril: Constituida por humedad (agua) y materia mineral (que normalmente se libera como ceniza)



Eólicas

Las centrales eólicas aprovechan la fuerza del viento que mueve las hélices para producir electricidad en el generador, estas funcionan por medio de maquinas capaces de girar con gran fuerza gracias a la acción de potencia del viento, se llaman aerogeneradores o aeroturbinas.
Las partes que componen una aeroturbina son

COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR


La góndola
Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. El personal de servicio puede entrar en la góndola desde la torre de la turbina. A la izquierda de la góndola tenemos el rotor del aerogenerador, es decir las palas y el buje.
Las palas del rotor
Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un aerogenerador moderno de 600 kW cada pala mide alrededor de 20 metros de longitud y su diseño es muy parecido al del ala de un avión.El buje
El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.

El eje de baja velocidad
Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 kW el rotor gira muy lento, a unas 19 a 30 revoluciones por minuto (r.p.m.) El eje contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos.
El multiplicador
Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad.
Permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.
El eje de alta velocidad
Gira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina.
El generador eléctrico
Suele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos la potencia máxima suele estar entre 500 y 1.500 kW.
El controlador electrónico
Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador), automáticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace telefónico mediante modem.
La unidad de refrigeración
Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Ademáscontiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua.
La torre
Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 600 Kw. tendrá una torre de 40 a 60 metros (la altura de un edificio de 13 a 20 plantas).
Las torres pueden ser bien torres tubulares (como la mostrada en el dibujo) o torres de celosía. Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La principal ventaja de las torres de celosía es que son más baratas.
El mecanismo de orientación
Está activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando la veleta.
El anemómetro y la veleta
Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para conectarlo cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/S. El ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 m/s, con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador electrónico para girar el aerogenerador en contra del viento, utilizando el mecanismo de orientación.

Nucleares
La energía generada en el reactor sirve para convertir el agua en vapor dentro del generador de vapor.El vapor acciona la turbina acoplada al generador. La energía eléctrica producida se libera a la red después de elevar la tensión con los transformadores. El vapor de agua se condensa y vuelve al generador de vapor, con lo que se cierra el circuito.
Reactor Nuclear
Un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, con los medios adecuados para extraer el calor generado.
Un reactor nuclear consta de varios elementos, que tienen cada uno un papel importante en la generación del calor. Estos elementos son
ï‚· El combustible, formado por un material fisionable, generalmente un compuesto de uranio, en el que tienen lugar las reacciones de fisión, y por tanto, es la fuente de generación del calor.
ï‚· El moderador, que hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos, llevándolos a neutrones lentos o térmicos. Este elemento no existe en los reactores denominados rápidos. Se emplean como materiales moderadores el agua, el grafito y el agua pesada.
ï‚· El refrigerante, que extrae el calor generado por el combustible del reactor. Generalmente se usan refrigerantes líquidos, como el agua ligera y el agua pesada, o gases como el anhídrido carbónico y el helio.
ï‚· El reflector, que permite reducir el escape de neutrones de la zona del combustible, y por tanto disponer de más neutrones para la reacción en cadena. Los materiales usados como reflectores son el agua, el grafito y el agua pesada.
ï‚· Los elementos de control, que actúan como absorbentes de neutrones,permiten controlar en todo momento la población de neutrones, y por tanto, la reactividad del reactor, haciendo que sea crítico durante su funcionamiento, y sub-crítico durante las paradas. Los elementos de control tienen formas de barras, aunque también pueden encontrarse diluido en el refrigerante.
ï‚· El blindaje, que evita el escape de radiación gamma y de neutrones del reactor. Los materiales usados como blindaje son el hormigón, el agua y el plomo.
El esquema general de una central tipo nuclear, puede ser el siguiente:



ANEXO



Anexos Planta- Línea de Transmisión- Subestación- Transformador

La Comisión Federal de Electricidad es la empresa del Estado que se encarga de la generación, transmisión, distribución y comercialización de energía eléctrica en el país. Actualmente atiende a 25.3 millones de personas. Sin embargo, poco se sabe de dónde proviene la energía que todos los días de forma permanente mantiene las actividades de personas, empresas y gobierno. 

La capacidad de generación cuenta con 177 centrales generadoras de energía, lo que equivale a 49,854 MW (Mega watts), incluyendo a aquellos productores independientes que por ley están autorizados para generarla. 

Los clientes a los que se suministra energía eléctrica están divididos por su actividad, así el 0.62% se destina al sector servicios, el 10.17% al comercial, el 0.78% a la actividad industrial, el 0.44% al Agrícola y el uso más importante es el doméstico, con 87.99% de los usuarios. Además, la demanda aumenta en 1.1 millones desolicitantes cada año. 

La capacidad instalada se integra con todas las formas de generación; las termoeléctricas representan el 44.80% de la generación, en tanto las hidroeléctricas el 22.17%, seguidas de las carboeléctricas que generan el 5.22% del total de la electricidad en el país, mientras que las nucleoeléctricas contribuyen con el 2.74%, con menor capacidad están las Geo termoeléctricas con 1.92% de generación total y las Eolo eléctricas con sólo 0.171%. Un caso especial son los productores independientes que producen un alto porcentaje en relación con las otras formas de generación, ya que aportan el 22.98% de la capacidad instalada, según la misma CFE. 

La generación de energía tiene varias fuentes, la primera de ellas y la más antigua son las hidroeléctricas, entre las más importantes por su capacidad de generación se encuentran la de Chicoasén, en Chiapas, Manuel Moreno Torres, que genera 2,400 MW, la del Malpaso en Tecpatán, Chiapas, El Infiernillo, en La Unión, Guerrero, que produce 1,000 MW, le sigue Agua milpa, en Tepic, Nayarit, la cual es capaz de generar 960 MW. El sistema cuenta también con la Hidroeléctrica Belisario Domínguez, o Angostura, en Chiapas que genera 900 MW, La Hidroeléctrica Leonardo Rodríguez Alcaine, conocida como “El Cajón”, produce actualmente 750 MW desde Santa María del Oro en Nayarit. Otra de gran importancia es la que se encuentra en Choix, en Sonora que lleva el nombre de Luis Donaldo Colosio, conocida también como Huites, la cual genera en su máxima capacidad 422 MW. 





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