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Trabajo de Tecnología

Generadores Eléctricos
by

Rodrigo Llull

on 18 October 2012

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Transcript of Trabajo de Tecnología

Generadores Eléctricos ® Alumno: Rodrigo Llull Torres
Profesor: Juan Pablo Gajardo
Curso: I°C Propiedad de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cuál ésta puede transformarse, modificando su estado o posición, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transormación. Energía Movimiento de los cuerpos Cinética Posición dentro de un campo de fuerzas Potencial Temperatura de los cuerpos Interna Radiación solar Luminosa Procesos de fusión y fisión que tienen lugar en el interior de los átomos Nuclear Fuentes de Energía Agua almacenada en los pantanos (energía hidráulica)
El Sol (energía solar)
El viento (energía eólica)
La biomasa
Las mareas (energía mareomotriz)
Las olas Renovables Combustibles Fósiles: carbón, petróleo, gas natural
Geométrica
Uranio (energía nuclear de fisión) No Renovables Centrales Hidroeléctricas La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. Tipos de Centrales Hidroeléctricas De Pasada En esta central, no existe una acumulación apreciable de agua "río arriba", de las turbinas. Se aprovecha un estrechamiento del río, y la casa de máquinas puede formar parte de la misma presa. Requiere un caudal suficiente para asegurar una potencia determinada a lo largo del año. Con Embalse de Reserva La Casa de Máquinas al Pie de la Presa Aquí se embalsa un volumen considerable de líquido "aguas arriba".
Se forman lagos artificiales. Permite graduar la cantidad de agua que pasa a través de las turbinas. Puede producirse energía eléctrica durante todo el año, independiente de si el río se seque o no (lo que no podría hacerse en una de Pasada). Aprovechamiento por Derivación de Agua De Bombeo Posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos de un país. Funciona con dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda energética llega a su máximo nivel diario, funcionan como centrales convencionales generando energía. El agua que cae desde el embalse superior queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en que la demanda energética es menor, el agua de este embalse es bombeada al embalse superior para realizar el proceso otra vez. 1. Embalse superior
2. Presa
3. Galeria de conducción
4. Tuberia forzada
5. Central
6. Turbinas y generadores
7. Desagües
8. Líneas de transporte de
energía eléctrica
9. Embalse inferior o río Generadores Eólicos Un poco de Hstoria Los más antiguos molinos que se conocen eran de eje vertical y datan del 500 a.C., de parte de la civilización egipcia.
Los molinos fueron muy utilizados hasta finales del siglo XIX, cuando toman lugar nuevas energías, como el vapor, la electricidad y los combustibles fósiles.
A mediados del siglo XIX se incremento mucho la tecnología de los molinos con la aparición de un modelo "multipala" norteamericano, utilizado para extraer agua. Sirvió de modelo para los molinos actuales.
La tecnología de los molinos, luego, mejoró mucho con el incremento de tecnología en las hélices de los aviones, durante las dos guerras mundiales. Los generadores eólicos, funcionan con energía cinética del viento, para convertirla en mecánica y posteriormente en eléctrica. Estos generadores se instalan en lugares de viento permanente, para optimizar su producción eléctrica. Pueden ser: Cerros y Montañas, donde el viento muchas veces se comprime y alcanza mayores velocidades Locaciones costeras, para aprovechar el viento que viene desde el océano en el día Ventajas 1. No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.
2. Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.
3. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo.
4. Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.
5. Las obras de ingenieria necesarias para aprovechar la energía hidraúlica tienen una duración considerable.
6. La turbina hidraúlica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos. Desventajas 1. Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos.
2. El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.
3. La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas.
4. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año. Componentes de un Aerogenerador Góndola: componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. Palas del rotor: capturan el viente y transmiten su potencia al buje. En los generadores modernos, cada pala mide alrededor de 20 metros. Buje: acoplado al eje de baja velocidad. Eje de baja velocidad: conecta el buje al motor. Contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos. Multiplicador: a su izquierda está el eje de baja velocidad. Permite que el eje de alta velocidad, a su derecha, gire 50 veces más rápido que el de baja velocidad. Eje de alta velocidad: aprox. 1500 r.p.m., lo que permite que el funcionamiento del generador. Equipado con un disco de freno de emergencia. Generador: suele ser asincrono o de inducción. La potencia máxima suele estar entre los 500 y 1.500 kW. Controlador electrónico: ordenador que monitoriza las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. Unidad de refrigeración: Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Torre: soporta la góndola y el rotor. Pueden ser bien torres tubulares o de celosía. Las tubulares son más seguras, las de celosía más baratas. Clasificación de Aerogeneradores Por la Posición Eje Vertical Eje Horizontal Por la orientación, con respecto al viento A Barlovento A Sotavento Por el número de
palas Una Pala Dos Palas Tres Palas Multipala Por la manera en que se orienta el equipo al viento Mediante Conicidad Mediante una Veleta Mediante Molinos Auxiliares Por el control de Potencia Sistemas de paso variables Diseño de las palas Por pérdida de aerodinámica Otros métodos: - Aletas
- Que el rotor oscile lateralmente fuera del viento Impacto al Medio Ambiente Son siempre elementos muy visibles en el paisaje, es difícil mimetizarlos. Los ecologistas reclaman mucho el tema de los aerogeneradores, ya que, pese a que es una energía renovable y muy poco contaminante, se les acusa de la muerte de muchas aves al estrellarse con las palas. Otro efecto que se habla mucho es el sonido que producen los artefactos. Pero según los que fabrican los aerogeneradores, el sonido se tapa perfectamente con el medio ambiente. Es una energía muy limpia. Centrales Nucleares Centrales Nucleares REACCIONES NUCLEARES DISPERSIÓN La partícula emergente es de la misma naturaleza que el proyectil.
Cuando la energía cinética total de los productos originales es igual a la de los productos finales de la reacción se dice que se trata de una dispersión elástica. Si, por el contrario, la energía cinética total de los productos de la reacción es menor que la inicial, diremos que es una dispersión inelástica. En este caso, la diferencia entre ambas energías es absorbida por el blanco, el cual queda excitado. CAPTURA En esta reacción la partícula incidente es absorbida por el blanco sin que se produzca ninguna partícula emergente, con la excepción de fotones gamma. FISIÓN Aquí, un núcleo se rompe en dos fragmentos cuyos tamaños son del mismo orden de magnitud, lo que emite electrones y radiación gamma, y una gran cantidad de energía.
Se produce normalmente por la captura de un neutrón. FUSIÓN NUCLEAR Reacción entre dos núcleos de átomos ligeros en la que se produce un núcleo de un átomo más pesado, unido a la liberación de partículas elementales y de una gran cantidad de energía. La energía del Sol y las estrellas proviene de fusión nuclear. Reacción de
Fisión Nuclear en Cadena PARTES DE UNA
CENTRAL NUCLEAR 1. Edificio de contención primaria
2. Edificio de contención secundaria
3. Tuberías de agua a presión
4. Edificio de turbinas
5. Turbina de alta presión
6. Turbina de baja presión
7. Generador eléctrico
8. Transformadores
9. Parque de salida
10. Condensador
11. Agua de refrigeración
12. Sala de control
13. Grúa de manejo del combustible gastado
14. Almacenamiento del combustible gastado
15. Reactor
16. Foso de descontaminación
17. Almacén de combustible nuevo
18. Grúa del edificio de combustible
19. Bomba refrigerante del reactor
20. Grúa de carga del combustible
21. Presionador
22. Generador de vapor Componentes de un Reactor Combustible Moderador Refrigerante Reflector Elementos de Control Pueden estar disueltos en el refrigerante o bien puestos en barras Blindaje Combustible Nuclear El uranio-233, que se obtiene por captura de un neutrón por un núcleo de torio-232. El núcleo intermedio formado sufre dos desintegraciones beta, dando lugar al mencionado U-233.
El plutonio-239: Aunque han podido detectarse trazas de él, se considera que no es un isótopo natural. Se forma en la captura de un neutrón por un núcleo de uranio-238, seguida de dos emisiones beta.
El plutonio-241: Tiene menor importancia que los anteriores. Se forma por la captura de un neutrón por el Pu-240, el cual procede a su vez, de la captura de un neutrón por un núcleo de Pu-239. TIPOS DE REACTORES NUCLEARES De Agua a Presión
(PWR) De Agua en Ebullición
(BWR) De Agua Pesada
(HWR) De Grafito Gas De Agua en Ebullición
(RBMK) Rápido Impacto al Medio Ambiente A pesar de contaminar poco y utilizar no mucho combustible, una central nuclear puede fallar y expulsar radiación hacia el exterior, produciendo graves daños al ambiente.
Un ejemplo es un caso muy reciente, en Japón. En marzo de 2011 hubo un terremoto 9,1° Richter, lo que provocó que una central se destruyera y la posterior evacuación de las personas del lugar. Actualmente, ya se ven los efectos de la radiación en los animales más rápidos en reproducción, como las mariposas, las cuales ya presentan claros cambios en su coloración. Esto podría provocar un caos en el ecosistema. CENTRALES SOLARES Componentes de una Central Solar 1. Caldera
2. Campo de heliostatos
3. Torre
4. Almacenamiento térmico
5. Generador de vapor
6. Turbo-alternador
7. Aero-condensador
8. Líneas de transporte de energía eléctrica Las centrales solares, como lo indica su nombre, utilizan energía solar para llevar a cabo su proceso de generación de energía. Sistemas de Aprovechamiento de Energía Solar La Vía Térmica Sistemas de Aprovechamiento de la Energía Solar a Baja y Media Temperatura Sistemas de aprovechamiento de la Energía Solar a Baja Temperatura Mediante la utilización de energía solar o arquitectura solar: esta forma de utilizar la energía solar se utiliza construyendo la casa de forma que se aproveche la mayor cantidad de energía. Mediante sistemas solares basados en colectores: los colectores o captores, en su interior almacenan aire o, más generalmente, agua. Al recibir la radiación solar, éstos se calientan con un mínimo de pérdidas. - Colectores Planos: más difundidos y representan al 90% de la producción de colectores. Se componen esquemáticamente de una placa, capaz de absorber eficientemente la radiación solar y convertirla en calor, y de una serie de tubos en buen contacto térmico con la placa, por los que circula un líquido refrigerante (generalmente agua o agua con anticongelante). Este líquido que circula por los canales de distribución sirve para transmitir el calor absorbido por la placa a un sistema de producción de agua caliente o a un sistema de calefacción. - Colectores de concentración: se utilizan para instalaciones que trabajan a media temperatura, Estos colectores concentran la radiación solar que recibe la superficie captadora en un elemento receptor de superficie muy reducida (un punto, una línea). Al ser el recptor más pequeño que en los colectores planos puede estar fabricado a partir de materiales más sofisticados y caros que permiten una mejor absorción de la energía solar. por otro lado, al recibir la radiación solar de manera concentrada. los colectores de concentración son capaces de proporcionar temperaturas de hasta 300ºC con buenos rendimientos.Las centrales de colectores de concentración se utilizan para generar vepor a alta temperatura con destino a procesos industriales, para producir energía eléctrica, etc. El aprovechamiento de energía solar, a alta temperatura, para producir electricidad mediante vía termodinámica se basa en principios análogos a los que pueden contemplarse en una central eléctrica convencional que quema carbón o petróleo. Se consigue que la radiación solar caliente a alta temperatura un fluido primario (el fluido caloportador). Este fluido transmite el calor a un circuito secundario por el que circula un segundo fluido que, tras transformarse en vapor por la acción del calor, pone en marcha una trubina acoplada a un alternador. En algunos casos, es el propio fluido primario el que, convertido en vapor, acciona la turbina. Generalmente, todas estas instalaciones solares tienen incorporado un dispositivo que permite almacenar una cierta cantidad de enrgía en forma de calor para paliar en lo posible las fluctuaciones que puede presentar la radiación solar. La Vía Fotovoltaica Los sistemas fotovoltaicos se basan en un conjunto de "células solares o fotovoltaicas" fabricadas de un material semiconductor cristalino, que, al ser incididas por la luz del sol, producen una corriente eléctrica por efecto fotovoltaico. El problema fundamental que presentan las células fotovoltaicas es su alto coste. Aunque las investigaciones recientes están logrando abaratar a un ritmo apreciable su coste de producción, en la actualidad puede estimarse que cada vatio de potencia que se consigue merced a las pilas fotovoltaicas cuesta alrededor de 10 dolares, lo cual es excesivo. Hay otras pilas fotovoltaicas más baratas, que se fabrican a base de sulfuro de cadmio, pero su rendimiento es tres veces menor que el de las células de silicio. Aún cuando las perspectivas de utilización de pilas fotovoltaicas para producir electricidad son muy esperanzadoras a largo plazo su desarrollo está aun comenzando y no puede esperarse una auténtica extensión de su utilización a los costes actuales. Por el momento, su uso más eficaz consiste en su aplicación para instalaciones de baja potencia en lugares cuya lejanía respecto de las redes de transporte y distribución de electricidad puede hacer rentable la puesta en marcha de este tipo de sistema a pesar de su elevado coste. Impacto al Medio Ambiente Es una energía muy limpia. Contamina muy poco. Es renovable, sirve hasta que el Sol se acabe. En teoría, podría ser el tipo de energía más ecológico que existe, debido a que se ubica generalmente en lugares no muy habitados (los de generación eléctrica por calor) y si no, se puede ver muy bien estéticamente en los hogares y patios. Centrales Termoeléctricas Clásicas Se denominan centrales termoeléctricas clásicas a aquellas que producen energía eléctrica a partir de la combustión. El apellido "clásicas" sirve para diferenciarlas de otro tipo de centrales termoeléctricas, como las solares o las nucleares. En general, el esquema de funcionamiento en todas las centrales termoeléctricas clásicas, es igual. Sólo varía el tipo de quemador que se usa para los diferentes combustibles fósiles. Una vez en la caldera, los combustibles son quemados para producir energía calórica. El calor hace que se calienten tubos llenos de agua de alrededor de la caldera, lo que provoca vapor a alta temperatura que llega hasta la turbina central. la cual consta de tres cuerpos: de alta alta, media y baja presión, respectivamente. El vapor de agua a presión, por lo tanto, hace girar los álabes de las turbinas generando energía mecánica, que posteriormente se convierte en energía eléctrica. Por otra parte, el vapor de agua utilizado ingresa en condensadores para volver a hacerse agua. Así, el ciclo puede hacerse de nuevo. Esquema de Funcionamiento de Central Termoeléctrica Clásica. 1. Cinta transportadora
2. Tolva
3. Molino
4. Caldera
5. Cenizas
6. Sobrecalenmtador
7. Recalentador
8. Economizador
9. Calentador de aire
10. Precipitador
11. Chimenea
12. Turbina de alta presión
13. Turbina de media presión
14. Turbina de baja presión
15. Condensador
16. Calentadores
17. Torre de refrigeración
18. Transformadores
19. Generador
20. Línea de transporte de energía eléctrica Impacto al Medio Ambiente Este tipo de generar energía se podría decir que es la más contaminante de todas.
Los generadores más modernos poseen un sistema de enfriamiento, para contaminar menos.
El agua utilizada de los ríos y lagos es calentada por los sistemas de refrigeración, lo que provoca un cambio en el ecosistema. Los pros que tiene, es que es barato y fácil de construir, especial para cuando se necesita energía a corto plazo.
Si el caudal del río es pequeño, y a fin de evitar la contaminación térmica, las centrales termoeléctricas utilizan sistemas de refrigeración en circuito cerrado mediante torres de refrigeración.
En este sistema, el agua caliente que proviene de los condensadores entra en la torre de refrigeración a una altura determinada. Se produce en la torre un tiro natural ascendente de aire frío de manera contínua. El agua, al entrar en la torre, cae por su propio peso y se encuentra en su caída con una serie de rejillas dispuestas de modo que la pulverizan y la convierten en una lluvia muy fina. Las gotas de agua, al encontrar en su caída la corriente de aire frío que asciende por la torre, pierden su calor. Por último, el agua así enfriada vuelve a los condensadores por medio de un circuito cerrado y se continua el proceso productivo sin daño alguno para el ambiente. F I N Rodrigo Llull Torres © All Rights Reserved BIBLIOGRAFÍA http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo1.html

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo2.html

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http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo6.html

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo7.html

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo8.html
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