Hidroeléctricas
La energía hidráulica es la que posee las masa de agua en movimiento de los ríos y lagos desde la antigüedad, se reconoció que el agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior posee una determinada energía cinética susceptible de ser convertida en trabajo. Su empleo y aprovechamiento son antiquísimos y ello constituyo un avance técnico de incalculable valor en los tiempos de la civilización.
En Europa, durante la edad media, se utilizaron diferentes tipos ruedas hidráulicas de construcción sencilla y rendimiento limitado para impulsar molinos harineros y mecanismos reducidos, modernamente sustituidas por turbinas de tipos diferentes y elevando rendimiento. L a invención de los dinamos y alternadores eléctricos junto con la prodigiosa expansión y utilización de la electricidad como agente energético, desarrollo considerablemente la explotación de la energía hidráulica, de hecho fue una de las primeras formas que ese emplearon para producir energía eléctrica.
El valor de esta energía depende de dos factores : La altura de la caída y el volumen (peso) del agua que cae por segundo, además el sistema o la técnica empleada para utilizar la energía capaz de desarrollar el agua en movimiento, varia según la relación entre los valores de ambos factores, debido a esto , los aprovechamientos hidroeléctricos se realizan en sitios específicos que reúnen las características técnicas, económicas, ambientales y sociales para la construcción y operación de la central.
Rara la vez se puede utilizar directamente la energía de las agua salvajes que discurren por el suelo ya que esta se dispara en remolinos, erosión de las riberos y causes, arranque del material de las rocas sueltas y en los ruidos del torrente, por lo que es preciso eliminar las perdida naturales creando un cause artificial donde el agua fluya con perdidas mínimas para finalmente , convertir la energía potencial disponible en energía mecánica por medio de maquinas apropiadas como turbinas o ruedas hidráulicas
Termoeléctricas
Estas centrales están formadas de conjuntos de obras civiles y complejas instalaciones electromecánicas; una central electromecánica esta diseñada para transformar energía cinética del vapor en electricidad. El vapor se produce desmineralizada (agua tratada químicamente, a fin de eliminar la gran cantidad de sales disueltas en ella) la que se somete a calentamiento por la combustión de gas o combustoleo.
El vapor se genera en grandes recintos cerrados, denominados generadores de vapor cuyas paredes y elementos se encuentran formados por tubos de diámetros y materiales diferentes, por donde circula el agua durante su proceso de transformación, cuya ebullición produce el vapor que mediante tubos exteriores es conducido a las turbinas, en donde la energía cinética del vapor impulsa los alabes de la turbina, convirtiéndose en energía mecánica, produciéndose con este el giro de la misma; este movimiento es transmitido al generador eléctrico, que finalmente lo transforma en electricidad. Por ultimo, el vapor utilizado es descargado al condensador principal donde se convierte en agua, debido al enfriamiento provocado por el sistema de agua de circulación, y es regresado a los generadores del vapor para continuar con el ciclo agua-vapor.
El sistema de enfriamiento puede ser de dos tipos:
*Torres húmedas: se consume mas agua debido a la evaporación provocada por las condiciones climatologicas.
*Torres secas: el consumo de agua se disminuye pero el costo ce inversión aumenta.
A finales de siglo XX, en México se tenían en operación 318 unidades con una capacidad total instalada de 24372 MW que suministran al sector eléctrico nacional, un 75.3% de generación aproximadamente.
Este grupo de centrales se divide en unidades con diversas capacidades de acuerdo al tipo de proceso y combustible utilizado en:
-Turbogas
-Ciclo combinado
-Diesel
-Carboelectrica
Turbina de gas
Una Turbina a Gas, es una turbomáquina motora de reacción, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la comprensibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomáquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí.
Las turbinas a gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeración .
Es común en el lenguaje cotidiano referirse a los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya que éstos son turboreactores los cuales son máquinas que, entre otras cosas, contienen una turbina a gas.
CICLO COMBINADO
Las centrales de ciclo combinado están integradas por dos tipos de unidades generadoras: turbogas y vapor. Una vez terminado el ciclo de generación en las unidades turbogas, los gases desechados poseen un importante contenido energético, el cual se manifiesta en su alta temperatura. En las centrales de ciclo combinado, esta energía se utiliza para calentar agua llevándola a la fase de vapor, que se aprovecha para generar energía eléctrica adicional, siguiendo un proceso semejante al descrito para las plantas térmicas convencionales.
El arreglo general de una planta de ciclo combinado se puede esquematizar de acuerdo con el número de unidades de turbogas por unidad de vapor. Este arreglo varía desde una a una, hasta cuatro a una.
En cuanto al criterio de diseño de la unidad de vapor existen tres variantes:
Sin quemado adicional de combustible.
Con quemado adicional de combustible para control de la temperatura de rocío.
Con quemado adicional de combustible para aumentar la temperatura y presión del vapor.
Una ventaja de este tipo de plantas es la posibilidad de construirlas en dos etapas. La primera (turbogas) puede ser terminada en un plazo breve e inmediatamente iniciar su operación; posteriormente se puede terminar la construcción de la unidad de vapor y completarse así el ciclo combinado.
DISEL
La tecnología disel sigue el principio de los motores de combustión interna, aprovecha la expansión de los gases de combustión para obtener la energia mecanica, que es transformada en energia electrica en el generador.
De acuerdo con la información delos fabricantes de los equipos, hoy en día y dependiendo de la calidad del combusteoleo, las unidades pueden consumir este combustible puro o mezclado con disel.
Un ejemplo de esta tecnología es la central de San Carlos que se localiza en Comondu, Baja California Sur; consta de dos unidades de 37.5 MW cada una, que utilizan como combustible una mezcla de 15% disel y 85% de combusteoleo
CARBOELÉCTRICAS
Las centrales carboeléctricas prácticamente no difieren en cuanto a su concepción básica de las termoeléctricas convencionales, el único cambio importante es el uso del carbón como combustible y que los residuos de la combustión requieren de un manejo mas complejo que en el caso de las termoeléctricas convencionales, que utilizan combustibles líquidos o gaseosos.
En las centrales que utilizan carbón con alto contenido de azufre es necesario Instalar equipos de control de emisiones (desulfuradores), por este motivo, las carboeléctricas se clasifican en tres centrales básicas:
Carboeléctricas sin desulfuradores y sin quemadores duales utilizando carbón, como la de RíoEscondido con alto contenido de cenizas.
Carboeléctricas sin desulfuradores y con quemadores duales para carbón y combustóleo. endonde el combustible primario es carbón con un contenido de azufre de menos del 1%.
Carboeléctricas con desulfuradores y quemadores duales para carbón y combustóleo. En dondeel combustible primario es carbón con un contenido de azufre de menos del 2.6%.
La experiencia inicial de Comisión Federal de Electricidad en centrales Carbo eléctricas proviene de operar durante 13 años la pequeña central de 37.5 MW en Nava, Coahuila; así como las cuatro unidades de 300 MW cada una, de la central José López Portillo (Río Escondido), localizada a 31 Km. al suroeste de la ciudad de Piedras Negras, en donde el carbón es de bajo contenido de azufre. Una nueva central de este tipo es Carbón II, que colinda con la central José López Portillo, la cual cuenta con cuatro unidades de 350 MW cada una.
Geotermoelectricas
Es energía calorífica proveniente del núcleo de la tierra, la cual se desplaza hacia arriba en el magma que fluye a través de las fisuras existentes en las rocas molidas y semisólidas del interior de la tierra alcanzando niveles cercanos a la superficie.
Por medio de pozos específicamente perforados, estas aguas subterráneas, que poseen una gran cantidad energía térmica almacenada, se extraen a la superficie transformándose en vapor que se utiliza para la generación de energía eléctrica.
La mezcla agua-vapor que se obtiene del pozo se envía a un separador de humedad; para obtener vapor seco y dirigirlo a la turbina donde transformara su energía cinética en mecánica y esta a su ves en electricidad en el generador.
La geotermia es un recurso importante en el país, por ser del tipo de plantas ecológicas. Desde la instalación en 1959 la primera planta experimental en Pathe, Hidalgo, la Comisión Federal de Electricidad a desarrollado competencia técnica para explorar, perforar pozos, diseñar, construir y operar plantas geotermoelectricas.
A principios del 2001 en México se tenían en operación 32 unidades geotermoelectricas con una potencia instalada de 855 MW que suministran al sector eléctrico nacional el 3% de generación aproximadamente.
Eolicas
La potencia del viento es una manifestación indirecta de la energía solar, el sol calienta a la tierra de manera no uniforme presentándose zonas con diferentes temperaturas que originan flujos en la atmósfera (viento), y en los océanos corrientes marinas.
Se calcula que el 0.7% de la radiación solar incidente en la atmósfera, es energía cinética de los vientos, la cual se puede transformar en energía útil, ya sea mecánica o eléctrica cuando se mueve a la velocidad conveniente
Actualmente la energía del viento, es una fuente plenamente competitiva frente a las fuentes convencionales como lo demuestran las experiencias de los parques de viento de California y Dinamarca, aprovechar un flujo dinámico de duración cambiante y con desplazamiento horizontal, la cantidad de energía obtenida es proporcional al cubo de la velocidad del viento, lo que demuestra la importancia de este factor.
En el territorio mexicano existen algunos lugares con elevado potencial eolico, como son la Venta, Oaxaca; La Virgen, Zacatecas; Veracruz, Pachuca, Santa Maria Magdalena, Hidalgo La rumorosa, Baja California Norte; Cabo Catoche, Quintana Roo
SOLARES
La energía solar es la energía obtenida directamente del Sol. La radiación solar incidente en la Tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o directamente a través del aprovechamiento de la radiación en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como energía verde.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es superior a los 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se le conoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares), fuera de la atmósfera recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 Energía solar
Panel solar.
La energía solar es la energía obtenida directamente del Sol. La radiación solar incidente en la Tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o directamente a través del aprovechamiento de la radiación en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como energía verde.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es superior a los 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se le conoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares), fuera de la atmósfera recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m².)
Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad mecanismos o sistemas mecánicos.
Energía solar térmica: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso doméstico sanitario y calefacción.
Energía solar fotovoltaica: Para producir electricidad, en placas de semiconductores que se excitan con la radiación solar.
Energía solar termoeléctrica: Para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional, a partir de un fluido calentado por el sol.
Energía solar híbrida: Combina la energía solar con la combustión de biomasa o combustibles fósiles.
Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol y que sube por una chimenea donde están los generadores.
La instalación de centrales de energía solar en la zonas marcadas en el mapa podría proveer algo más que la energía actualmente consumida en el mundo (asumiendo una eficiencia de conversión energética del 8%), incluyendo la proveniente de calor, energía eléctrica, combustibles fósiles, etcétera. Los colores indican la radiación solar promedio entre 1991 y 1993 (tres años, calculada sobre la base de 24 horas por día y considerando la nubosidad observada mediante satélites).
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Rendimiento
Cada sistema tiene diferentes rendimientos. Los típicos de una célula fotovoltaica (aislada) de silicio policristalino oscilan alrededor del 10%. Para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15%. Los más altos se consiguen con los colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar el 70% de transferencia de energía solar a térmica).
También la energía solar termoeléctrica de baja temperatura, con el sistema de nuevo desarrollo, ronda el 50% en sus primeras versiones. Tiene la ventaja que puede funcionar 24 horas al día a base de agua caliente almacenada durante las horas de sol.
A continuación el sistema de discos Stirling (30-40%). Como ventaja añadida, el calor residual puede ser reaprovechado por cogeneración.
Los paneles solares fotovoltaicos tienen un rendimiento bastante bajo (en torno a un 18 %) y no producen calor que se pueda reaprovechar. Sin embargo, son muy apropiados para instalaciones sencillas en azoteas y de autoabastecimiento aunque su precio es muy alto.
También se estudia obtener energía de la fotosíntesis de algas y plantas, con un rendimiento del 3%.
Usos de la energía solar
Entre los posibles usos de la energía solar, figuran:
Centrales termosolares, como:
las que se están construyendo en Sanlúcar la Mayor (Sevilla), de 24 GWh
y la de Llanos de Calahorra, cerca de Guadix, de 50 MWh. En proyecto Andasol I y II.
Potabilización de agua
Destilación
Evaporación
Fotosíntesis
Secado
Acondicionamiento y ahorro de energía en edificaciones
Calentamiento de agua
Calefacción doméstica
Iluminación
Refrigeración
Acondicionamiento de aire
Energía para pequeños electrodomésticos
Central nuclear
Una central nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.
Las centrales nucleares constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas de minerales con algún elemento fosil (es decir, que puede fisionarse) o fértil (que puede convertirse en fisil por reacciones nucleares), usualmente uranio, y en algunos combustibles también plutonio, generado a partir de la activación del uranio. En el proceso de fisión radiactiva, se establece una reacción que es sostenida y moderada mediante el empleo de elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada.
Torres de refrigeración de la central nuclear de Cofrentes, España, expulsando vapor de agua.
Las instalaciones nucleares son construcciones muy complejas por la variedad de tecnologías industriales empleadas y por la elevada seguridad con la que se les dota. Las características de la reacción nuclear hacen que pueda resultar peligrosa si se pierde su control y prolifera por encima de una determinada temperatura a la que funden los materiales empleados en el reactor, así como si se producen escapes de radiación nociva por esa u otra causa.
La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo. A cambio, no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto invernadero, ni precisan el empleo de combustibles fósiles para su operación. Sin embargo, las emisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos (se denomina gestión a todos los procesos de tratamiento de los residuos, incluido su almacenamiento) no son despreciables.
AARÓN MARTÍNEZ GARCIA
CÓRDOVA MORALES PABLO
HERNÁNDEZ MIRANDA RICARDO
EDUARDO MARTÍNEZ RODRIUEZ
GABRIEL HERNÁNDEZ HERRERA
2C8V
