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Rafael López

Potencias Eléctricas

Escuela de Ingenieria en mantenimiento mecánico AUTORES: Alexander Virguez Ediver Melendes Jonathan Gomez


EDITORIAL En la elaboración de este número de revista, generadores de potencias, la cual está dedicada a la complejidad del tema, la cual puede ser constatada a través de los contenidos abordados por las diferentes contribuciones, la homogeneidad de este trabajo no fue un objetivo deliberado de las convocatoria de los autores, es así que esta Revista, presenta artículos que, con perspectivas diferentes, tratan de analizar cada uno de los generadores de potencia, enmarcado en cuatro artículos que describen el tema lo más adecuado posible para el entendimiento del lector.

En los artículos los autores Alexander Virguez, Rafael López, Ediver Meléndez, Osmel Salazar. Describen las ventajas desventajas, eficiencia y rendimiento térmico, costo de inversión, mantenibilidad, impacto ambiental, impacto económico, situación y/o perspectivas presentes y futuras de los sistemas de generación de potencias en nuestro país. Sabiendo que dentro de estos generadores de potencia encontramos demarcados los siguientes: Centrales Hidroeléctricas, Termoeléctricas, Nucleares, Mareomotriz, Eólicas, Biomásica, Geotérmicas. Este ejemplar de revista completa y alimenta los conocimientos que se deben tener en cuenta a la hora de tomar decisiones para instalar una planta generadora de potencia. Teniendo como resultado diferentes visiones y perspectivas que están presentes en la revista, arrojando método cualitativo para tomar como ejemplo cualquiera de estas plantas generadoras de potencias para la mejora de la calidad de vida en un país. El Editor: Alexander Virguez


Autor: Alexander Viguez

Centrales Hidroeléctricos vs Termoeléctricas Las centrales son grandes plantas que transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica o lumínica, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial, en este artículo se conocerá en modo destrictivo todo lo necesario que se debe conocer de las centrales tanto hidroeléctricas como termoeléctrica, en primer lugar tenemos la hidroeléctrica que tiene como ventajas; el no requerir combustible, no contamina, tienen turbinas más pequeñas y sencillas. Teniendo como desventajas; Los costos de capital por kilovatio son muy altos, El emplazamiento, es lo que significa un aumento de la inversión y en los precios de mantenimiento y pérdida de energía, largo tiempo de construcción. Así mismo Teniendo un costo de inversión demasiado elevado aproximadamente de 240

millones de dólares dividiéndose de la siguiente manera 55%, la presa; 20%, el equipo o maquinaria; 15% el terreno, y 10 % mantenimiento. Estas central es 3 veces más costoso que la central térmica por la envergadura de la misma. Por otro lado, la eficiencia térmica se mide generalmente en Megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula siguiente:

dónde: Pe = potencia en vatios (W), ρ = densidad del fluido en kg/m³, ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,94), ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97), ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador (0,95/0.99), Q = caudal turbinable en m3/s, H = desnivel


Autor: Alexander Viguez disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros (m), esto se utiliza para obtener la potencia media y la potencia instalada siendo así una de las más rentables. La rentabilidad operativa se basa en el costo inicial de construcción que es elevado, pero sus gastos de explotación y mantenimiento son relativamente bajos. A un así tienen unos condicionantes: Las condiciones pluviométricas medias del año deben ser favorables. Las centrales hidráulicas poseen la capacidad de generación de Hidráulica 2,57 KW- h/m3, es por ello la gran rentabilidad de las mismas instalada es la más apropiada para la misma. Siguiendo este orden se debe mencionar que a nivel de impacto ambiental la central no contamina el ambiente por lo tanto es de gran impacto ambiental, y generando millones de empleo a las área aledañas a la misma creando una economía estable siendo una fortaleza para las comunidades.

Central Hidroeléctrica

Central termoeléctrica En Venezuela existen diversos tipos de plantas generadoras de electricidad entre las que podemos mencionar: que las centrales Hidroeléctrica: son la más económica de todas; a la larga, ya que requiere una inversión inicial muy elevada.,


es necesario que existan saltos de agua y ríos de gran capacidad para poder construir una central de generación de este tipo. Para que funcionen correctamente se debe selecciona un lugar donde exista una cascada y entonces se almacena el agua en grandes lagos por medio de una inmensa pared de concreto o represa y progresivamente se va dejando pasar el agua hacia el otro extremo de la represa. El agua que se va soltando se hace chocar contra las aspas (álabes) de una inmensa turbina, que forma parte del generador, para así moverla (entregarle energía mecánica) y éste a su vez producir electricidad. En segundo lugar tenemos a las centrales termoeléctricas que tienen como Ventajas; su costo ya que es muy bajo para la construcción de la planta que utilice carbón, tiene capacidad de tener ciclos combinados que son mucho más baratas la construcción. Desventajas; los combustibles son de fuente finita, afecta masivamente al ecosistema, la emisión térmica puede afectar el

Autor: Alexander Viguez microclima. Ahora bien el costo es casi imposible poder indicar, para centrales térmicas de determinada capacidad, un costo promedio global o por KW instalado. Ya que son clasificada de la siguiente manera Central térmica de carbón presentando un alto costo de inversión, Central térmica fuel-oíl su inconveniente de costo es el oscilante precio del petróleo y sus derivados, Central térmica de gas natural a igual de fueloíl su costó varia por el precio del petróleo,


Autor: Alexander Viguez Central térmica de ciclo combinado alta tecnología a alto costo, Central térmica de lecho fluidizado tiene un alto costo de inversión y combustible , Central térmica de carbón integrado en ciclo combinado tiene bajo costo de invención y más eficiente, y cada una de ellas es un caso específico y debe procederse a establecer los costos de cada uno de sus componentes de acuerdo con los equipos seleccionados que y las condiciones locales específica, pero aún se siguen siendo de más bajo costo que la hidroeléctrica pero el mantenimiento el más costo debido a la alta tecnología. Ahora bien la eficiencia de la misma, se tiene un ejemplo característico de máquina térmica es la máquina de vapor, que se emplea en la mayoría de las centrales eléctricas (sean estas térmicas, termo-solares o nucleares). En la cual Tenemos cuatro términos energéticos en este proceso:

El calor Qin proporcionado por el foco caliente, en este caso el agua proveniente del reactor, el calor Qout cedido al foco frío, que en este caso es el agua de ríos y mares, más lo que se arroja a la atmósfera como vapor, El trabajo Wout realizado por la turbina que mueve al generador eléctrico, El trabajo Win necesario para hacer funcionar la propia máquina. La cual es medida con la siguiente formula; y el rendimiento térmico que es lo que se obtiene de dividido por lo que nos cuesta

otro lado, Para estas centrales la rentabilidad en el sistema y producción de potencia es muy baja, ya que el ciclo es poco eficiente y sólo se consigue obtener alrededor de un 30% de energía eléctrica, respecto de la energía inicial. También se tiene que el impacto ambiental es en grandes proporciones contaminante.


Autor: Alexander Viguez Pero no se puede dejar de nombrar el impacto socio económico ya que genera empleo por las inversiones y deforestaciones. En Venezuela recientemente está cobrando mucho auge la implementación de generación en plantas donde el combustible que se quema para producir energía mecánica y posteriormente electricidad, es el Gas. Evidentemente su bajo costo, limpieza, reservas existentes y el incremento de las tarifas eléctricas, contribuyen favorablemente en el crecimiento y desarrollo de este otro tipo de generadores de potencia o energía eléctrica.


Es

una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible nuclear fisionable que mediante reacciones nucleares proporciona calor que a su vez es empleado, a través de un ciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento de alternadores que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o más reactores.

Ventajas: Estas centrales producen mucha energía eléctrica. No contaminan directamente a la atmósfera. No dependen de los combustibles fósiles. Desventajas: Estas centrales producen residuos tóxicos y radiactivos que pueden causar enfermedades. Daña al medio ambiente debido a las partículas radioactivas de los residuos. El almacenamiento de residuos radioactivos es un gran problema

AUTOR: Rafael López


La energía nuclear tiene costos Competitivos con otras formas de generación eléctrica en los países de occidente, excepto en regiones donde hay un acceso directo a combustibles fósiles de bajo costo. Los costos de combustible para las centrales nucleares son una proporción menor del total de costos de generación, y a menudo son la tercera parte de los costos para las plantas que queman carbón.

Algunos

ponen sus esperanzas en la energía nuclear. Pero ésta, que sólo produce electricidad y apenas representa el 6% del consumo mundial (el 2% con una metodología que tenga en cuenta sólo la electricidad producida y no el calor de la fisión), plantea problemas no menos graves, como los residuos radiactivos, la proliferación nuclear (véase Irán, India, Pakistán o Corea del Norte), la seguridad o los costes económicos reales de todo el ciclo AUTOR: Rafael López

En

el ciclo, una bomba se encarga de enviar agua fría a alta presión hasta una caldera, donde es evaporada mediante un aporte externo de calor. En el caso de la central nuclear, este calor proviene de una conducción de agua u otro fluido a muy altas temperaturas después de haber pasado por el reactor. El vapor que sale de la caldera se hace pasar por una turbina que mueve al generador eléctrico, el cual transmite la energía eléctrica la red. Una segunda turbina se encarga de mover la bomba, de manera que el ciclo se mantiene en funcionamiento usando parte de la energía generada. El vapor enfriado tras pasar por la turbina es enviado a un condensador, donde, en contacto con agua fría del exterior vuelve al estado líquido (por esto las centrales nucleares deben estar junto a ríos o junto al mar, como en el caso de Fukushima). Una vez licuado, el agua vuelve a entrar en la bomba, reiniciándose el proceso.


El impacto ambiental de la energía nuclear Es un resultado del ciclo del combustible nuclear, la operación de las centrales nucleares y los efectos de los accidentes nucleares

Impacto social y económico de los generadores de potencia nuclear Son de alto riesgo para la sociedad, debido a que se presentan grandes accidente por negligencia que pueden afectar a la salud del entorno que rodea las centrales generadoras e incluso puede causar la muerte a largo plazo como instantánea. Hay que agregar niveles adicionales de vulnerabilidad económica por potencial contaminación de la cadena alimenticia, la infraestructura y los recursos naturales bases del desarrollo económico.

AUTOR: Rafael López


Es la que se obtiene aprovechando las mareas, mediante su empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica; una forma energética más segura y aprovechable. Es un tipo de energía renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Ventajas: tienen las características convencionales de cualquier central hidroeléctrica. Responden de forma rápida y eficiente a los cambios de carga, generando energía libre de contaminación, y de variaciones estacionales o anuales. Tienen un mantenimiento bajo y una vida prácticamente ilimitada. Este tipo de energía se auto renueva, no contamina, es silenciosa, la materia prima es la marea y es muy barata, funciona en cualquier clima y época del año, y ayuda para que no haya inundaciones.

Desventajas:

necesita una gran inversión inicial y se tardan varios años en construir las instalaciones. Otros inconvenientes son los posibles cambios en el ecosistema y el impacto visual y estructural sobre el paisaje costero. AUTOR: Rafael López


Su alto costo mantenimiento

Frena

de

su proliferación. El lugar ideal para instalar un central mareomotriz es un estuario, una bahía o una ría donde el agua de mar penetre. La construcción de una central mareomotriz es sólo posible en lugares con una diferencia de al menos 5 metros entre la marea alta y la baja por lo cual lo hace más costoso. El coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso ha impedido una penetración notable de este tipo de energía.

El funcionamiento de un planta mareomotriz,

Es

sencillo, cuando se eleva la marea se abren las compuertas del dique la cual ingresa en el embalse. Después cuando llega a su nivel máximo el embalse, se cierran las compuertas. Después, cuando la marea desciende por debajo del nivel del embalse alcanzando su amplitud máxima entre este y el mar se abren las compuertas dejando pasar el agua por las turbinas a través de los estrechos conductos.

AUTOR: Rafael López


El impacto ambiental de la energía mareomotriz Este tipo de energía es libre de contaminación, se auto renueva y es silenciosa.

Impacto social y económico de la generación de energía mareomotriz

La generación de este tipo de potencia es de gran provecho, es altamente eficiente aunque no es muy conocida he implementada, no es contaminante por lo cual no es un riesgo para la sociedad Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una proliferación notable de este tipo de energía.

AUTOR: Rafael López


El desarrollo de la sociedad humana está basado en el consumo de energía en grandes proporciones, la energía que circula por los ecosistemas y nos permite vivir procede en última instancia del sol, sin embargo durante años hemos utilizado recursos renovables y no renovables como fuentes de energía, los recursos naturales renovables son aquellos que tras ser utilizados pueden ser regenerados natural o artificialmente, como el agua y algunos alimentos. La generación de energía biomasica se realiza mediante un combustible de origen biológico, natural, (residuos forestales, residuos de explotaciones agrícolas, etc.), totalmente respetuoso con el medio ambiente que puede ser utilizado como fuente de energía.

Es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente, de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, ser humano, animales, entre otros), o sus restos y residuos. Presenta una serie de ventajas y desventajas tales como: Puede ser abundante y renovable si se desea, Disminuye la dependencia de otros tipos de energías, Presenta un abundante campo de aplicación, Disminuye las emisiones de gases contaminantes al medio ambiente, Colabora con la limpieza forestal y minimiza incendios, Da mayor existencia al reciclaje, Se puede con ella generar calor, vapor y electricidad, Es un gran avance para el mundo, Puede disminuir la dependencia de combustible. AUTOR: Ediver Melendez


Se puede usar de la misma manera que el gas natural, Valorización de los residuos que se transforman en materias primas, Uso de tierras abandonadas, Genera puestos de trabajo; Puede presentar mayores costos de producción, Se necesitan equipos para la eliminación de deshechos filtración de gases, El proceso está sujeto a degradación, La calidad podría ser variable, La materia prima empleada puede proceder de cultivos, Se necesita espacio para almacenar el combustible, Presenta mayor costo de producción frente a la energía que proviene de combustibles fósiles, Suele tener problemas de transporte y almacenamiento, Necesidad de acondicionamiento y transformación para su utilización, Dispersión espacial de los recursos, Variabilidad temporal de la producción. Los costos de inversión para este tipo de desarrollo en nuestro país podría ser elevado debido a que se requieren equipos de mayor tecnología

para instalar el sistema productivo de esta energía, aunque estudiando la posibilidad de instalación y también a que es un nuevo proyecto de energía renovable se prefiere esperar un periodo de tiempo en el cual la adquisición de estos equipos sea de menor costo. En el cálculo de los costos operativos para determinar la rentabilidad operativa se computan las necesidades de insumos para la producción de todos los procesos de biomasa, determinando los costos fijos y variables.

AUTOR: Ediver Melendez


La rentabilidad operativa de acuerdo a estudios realizados se puede decir que la mejor forma de venta de energía es según una tarifa fija, sea cual sea el escenario. Dentro de ello, se fomenta en mayor medida la generación eléctrica con energía renovable ya que se obtiene una mayor tasa interna de rentabilidad (20,14 % en la situación real de coste de la biomasa). Aunque la codificación de algunos decretos se mejore las rentabilidades, ésta depende en gran medida del coste de la biomasa. Actualmente, el precio de la biomasa ha subido bastante, estando más acorde con el escenario pesimista estimado, que por el precio calculado en el 2005- 2010. Aun así continua siendo la alternativa más rentable. Con relación a la mantenibilidad, para el mantener en marcha la planta se calcula el 2.3 % sobre el capital invertido, y para seguros el 1.5 %. El costo financiero sobre el capital de trabajo se calculó una tasa del 18 % anual. AUTOR: Ediver Melendez

El impacto ambiental de la biomasa reside en que, siempre que se obtenga de una forma renovable y sostenible, es decir que el consumo no vaya a más velocidad que la capacidad del bosque, la tierra, etc. para regenerarse, es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, de manera que la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO2 del que se libera en su combustión. El impacto social y económico de producción de energía que se tiene, se encuentran en la diversificación energética, la implantación de cultivos energéticos en tierras abandonadas que evitan la erosión del suelo, generación de recursos a partir de residuos agrícolas que en algún caso pueden generar problemas, permite en general un incremento de la actividad agrícola y económica, y crea puestos de trabajo en el aprovechamiento de algunos tipos de biomasa.


La Energía Eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de energía para las actividades humanas. Su rendimiento óptimo, que se sitúa cerca del 90% de su potencia. Tienen que quedarse muy por debajo de este porcentaje, para poder subir sustancialmente su producción en el momento en que afloje el viento. La energía eólica presenta una serie de aspectos importantes relacionados con el medio ambiente, lo social y económico, la retabilidad, matenibilidad, estos son los siguientes: Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra procedente del Sol. Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes.

AUTOR: Ediver Melendez

No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2), por lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio climático, Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas y muy empinadas para ser cultivables, Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de ensamblaje y las zonas de instalación, Su instalación es rápida, entre 4 meses y 9 meses, Su inclusión en un sistema ínter ligado permite, cuando las condiciones del viento son adecuadas, ahorrar combustible


en las centrales térmicas y/o agua en los embalses de las centrales hidroeléctricas, la utilización combinada con otros tipos de energía, habitualmente la energía solar fotovoltaica, permite la auto alimentación de viviendas, terminando así con la necesidad de conectarse a redes de suministro, pudiendo lograrse autonomías superiores a las 82 horas, sin alimentación desde ninguno de los 2 sistemas, La situación actual permite cubrir la demanda de energía en España un 30% debido a la múltiple situación de los parques eólicos sobre el territorio, compensando la baja producción de unos por falta de viento con la alta producción en las zonas de viento. Los sistemas del sistema eléctrico permiten estabilizar la forma de onda producida en la generación eléctrica solventando los problemas que presentaban los aerogeneradores como productores de energía al principio de su instalación,

Posibilidad de construir parques eólicos en el mar, donde el viento es más fuerte, más constante y el impacto social es menor, aunque aumentan los costes de instalación y mantenimiento. Los parques offshore son una realidad en los países del norte de Europa, donde la generación eólica empieza a ser un factor bastante importante.

AUTOR: Ediver Melendez


Situación presente y futura de los sistemas de generación de potencia existente en nuestro país En nuestro país los sistemas de generación de potencia son las hidroeléctricas cubriendo casi todo el territorio nacional, necesitando grandes saltos de agua y ríos de gran capacidad, también las termoeléctricas que funcionan con gas, petróleo o carbón, tienen como objetivo producir vapor de agua, este vapor es disparado contra unos álabes produciendo energía mecánica y esta a su vez la eléctrica. Nuestro país debe de invertir en otro proceso de generación de energía para así no depender necesariamente de las centrales hidroeléctricas, esto conlleva a invertir cierta cantidad de dinero.

AUTOR: Ediver Melendez


Planta geotérmica La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Ventajas y desventajas Ventajas: Es una fuente que disminuye la dependencia energética de los combustibles fósiles y de otros recursos no renovables. Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo y el carbón. Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético. No genera ruidos exteriores. Los recursos geotérmicos son mayores que los recursos de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinados. No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales.

El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, ni tala de bosques. La emisión de CO2, con aumento del efecto invernadero, es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión. Desventajas: En yacimientos secos se han producido a veces micro seísmos como resultado del enfriamiento brusco de las piedras calientes, y su consiguiente figuración. Como se ha dicho más arriba, no es una energía inagotable. En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc. AUTOR: Jonathan Gomez


Contaminación térmica. Deterioro del paisaje. No se puede transportar (como aunque si lo poseen. Además, energía primaria), salvo que se algunas áreas geotérmicas no haga con un intercambiador y un tiene una temperatura lo caloportador distinto del de las suficientemente alta como para producir vapor. En esas aguas del acuífero. No está disponible más que en zonas, la energía geotérmica determinados lugares, salvo la se puede generar mediante un que se emplea en la bomba de proceso llamado tecnología de climatización geotérmica, que se ciclo binario, aunque la puede utilizar en cualquier lugar eficacia es menor. Otras áreas no tienen el agua para de la Tierra. producir vapor, que es Costo de inversión La energía geotérmica es más necesaria para los diseños competitiva que la combustión actuales de la planta. A las (hidrocarburos), sobre todo en áreas geotérmicas sin vapor se países como Islandia, Nueva las denomina áreas de rocas Zelanda e Italia. Durante el calientes secas zonas calientes período de precios bajos de y se están investigando energía en la década de 1980 métodos para su explotación. hasta la reciente subida de los Además, en lugar de la precios de los combustibles producción de electricidad, las de más baja fósiles petróleo y gas, pocas áreas zonas pueden de recursos geotérmicos en los temperatura Estados Unidos fueron capaces de proporcionar climatización de (calefacción, generar electricidad a un coste espacios competitivo con otras fuentes de refrigeración). Desde 1998, energía. Salvo para las bombas de calor geotérmicas, no todas las áreas del mundo tienen un recurso geotérmico utilizable, AUTOR: Jonathan Gomez


los Estados Unidos cuenta con 18 sistemas de calefacción de distrito, 28 granjas de peces, 12 plantas industriales, 218 balnearios y 38 invernaderos que utilizan calor geotérmico. Costos de operación y mantenimiento Los costos de operación y mantenimiento están constituidos por una porción fija y otra variable, directamente relacionadas con la fase de producción de electricidad. Los costos anuales de O&M incluyen el campo de operación

(mano de obra y equipamiento), la operación de los pozos, trabajo sobre los pozos y el mantenimientos de las instalaciones. Para las plantas geotérmicas, un factor adicional es el costo de restauración de pozos, es decir, los pozos nuevos para reemplazar los pozos fallidos y restaurar la pérdida de capacidad de producción o de inyección. Los costos de estos pozos son generalmente más bajos que las de los pozos originales, y su tasa de éxito es mayor.

AUTOR: Jonathan Gomez


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Potencias electricas