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Centrales productoras de energía parte 2 - Monografía



 
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Construcción de presas



Un aspecto importante de la construcción de presas es la desecación y preparación de los cimientos. La desecación se consigue normalmente mediante una o varias ataguías, diseñadas para eliminar el agua del terreno donde se va a construir la presa. Las ataguías pueden ser presas de tierra o conjuntos de chapas de acero asentadas sobre pilotes y sujetas con tierra. También se deben construir ataguías a los lados del río para evitar el desbordamiento de su curso antes y después de la presa, y túneles rodeando la presa para conducir el agua. Estos túneles pueden aprovecharse cuando se haya terminado la presa. Si las condiciones topográficas impiden la construcción de túneles, la presa se debe realizar en dos etapas. Primero se instala una ataguía que deseca la mitad del ancho del río y se construye la base de esa mitad de la presa. Después se elimina esta ataguía y se construye una en la otra mitad. La construcción de grandes presas puede durar más de siete años; la posibilidad de que se produzcan inundaciones durante este periodo constituye un serio problema.
El plan hidroeléctrico de las Tres Gargantas, en construcción en la cuenca del río Yangzi Jiang (Yang-tsê), en China, incluye una presa de 2 km de longitud y 100 m de anchura. Esta es la construcción más grande realizada en China desde la Gran Muralla; se extenderá 600 km río arriba, y constituirá el embalse más largo del mundo. El plan de las Tres Gargantas proporcionará energía a Shanghai y a toda la cuenca del río Yangzi Jiang. También protegerá a los 10 millones de personas que viven río abajo de las inundaciones periódicas que asolan esta zona, donde se cultivan las dos terceras partes del arroz que se produce en China. Además hará navegable el río más arriba de las gargantas. El embalse inundará la garganta Xiling y desplazará a 1,2 millones de habitantes.

Energía Solar



Energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión . Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.
La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.


Energía Solar Térmica


Es aquella instalación en la que se aprovecha la radiación solar para producir energía eléctrica. Este proceso puede realizarse mediante la utilización de un proceso fototérmico, o de un proceso fotovoltaico.
En las centrales solares que emplean el proceso fototérmico, el calor de la radiación solar calienta un fluido y produce vapor que se dirige hacia la turbina produciendo luego energía eléctrica. El proceso de captación y concentración de la radiación solar se efectúa en unos dispositivos llamados heliostatos, que actúan automáticamente para seguir la variación de la orientación del Sol respecto a la Tierra.

Un sistema de aprovechamiento de la energía solar muy extendido es el térmico. El medio para conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de colectores.
El colector es una superficie, que expuesta a la radiación solar, permite absorber su calor y transmitirlo a un fluido. Existen tres técnicas diferentes entre sí en función de la temperatura que puede alcanzar la superficie captadora. De esta manera, los podemos clasificar como:

- Baja temperatura, captación directa, la temperatura del fluido es por debajo del punto de ebullición .
- Media temperatura, captación de bajo índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 100ºC .
- Alta temperatura, captación de alto índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 300ºC .

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Los colectores de placa plana tienen, en general, una o más placas cobertoras transparentes para intentar minimizar las pérdidas de calor de la placa de absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de calentar fluidos portadores hasta 82 °C y obtener entre el 40 y el 80% de eficiencia.

Energía Solar Fotovoltática


Las células solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino, convierten la radiación en electricidad de forma directa cuando los fotones inciden sobre los electrones de estos, provocando el movimiento de algunos electrones que se convierten en electricidad. Ahora se dispone de células con eficiencias de conversión superiores al 30%. Por medio de la conexión de muchas de estas células en módulos, el coste de la electricidad fotovoltaica se ha reducido mucho. El uso actual de las células solares se limita a dispositivos de baja potencia, remotos y sin mantenimiento, como boyas y equipamiento de naves espaciales.
Estas centrales estan formadas por una gran extensión cubierta por miles de placas interconectadas para producir electricidad.


- Estructura de una placa fotovoltaica:



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- Central solar fotovoltaica:



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Energia eolica



La fuente de energía eólica es el viento, o mejor dicho, la energía mecánica que, en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento. El viento es originado por el desigual calentamiento de la superficie de nuestro planeta, originando movimientos convectivos de la masa atmosférica.
La Tierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol. Esta energía, en lugares favorables, puede ser del orden de 2.000 Kwh/m2 anuales. El 2 por ciento de ella se transforma en energía eólica con un valor capaz de dar una potencia de 10E+11 Gigavatios.
Las formas de mayor utilización son las de producir energía eléctrica y mecánica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos, para realizar un trabajo mecánico.

Partes de un aerogenerador



- Cimientos, generalmente constituidos por hormigón en tierra, sobre el cual se atornilla la torre del aerogenerador.

- Torre, fijada al suelo por los cimientos, proporciona la altura suficiente para evitar turbulencias y superar obstáculos cercanos; la torre y los cimientos son los encargados de transmitir las cargas al suelo.

- Chasis, es el soporte donde se encuentra el generador, sistema de frenado, sistema de orientación, equipos auxiliares (hidráulico), caja de cambio, etc. Protege a estos equipos del ambiente y sirve, a su vez, de aislante acústico.

- El buje, pieza metálica de fundición que conecta las palas al eje de transmisión.

- Las palas, cuya misión es la de absorber energía del viento; el rendimiento del aerogenerador depende de la geometría de las palas, interviniendo varios factores:
- Longitud
- Perfil
- Calaje
- Anchura

Sistemas de un aerogenerador



- Orientación, mantiene el rotor cara al viento, minimizando los cambios de dirección del rotor con los cambios de dirección de viento; Estos cambios de dirección provocan pérdidas de rendimiento y genera grandes esfuerzos con los cambios de velocidad.

- Regulación, controla la velocidad del rotor y el par motor en el eje del rotor, evitando fluctuaciones producidas por la velocidad del viento.

- Transmisión, utilizados para aumentar la velocidad de giro del rotor, para poder accionar un generador de corriente eléctrica, es un multiplicador, colocado entre el rotor y el generador.

- Generador, para la producción de corriente continua (DC) dinamo y para la producción de corriente alterna (AC) alternador, este puede ser síncrono o asíncrono.

Energía Mareomotriz



Los mares y los océanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer energía de orígenes diversos.
- La radiación solar incidente sobre los océanos, en determinadas condiciones atmosféricas, da lugar a los gradientes térmicos oceánicos (diferencia de temperaturas) a bajas latitudes y profundidades menores de 1000 metros.
- La iteración de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las corrientes marinas.
- La influencia gravitacional de los cuerpos celestes sobre las masas oceánicas provoca mareas.


Energía térmica oceánica



La explotación de las diferencias de temperatura de los océanos ha sido propuesta multitud de veces, desde que d’Arsonval lo insinuara en el año 1881, pero el más conocido pionero de esta técnica fue el científico francés George Claudi, que invirtió toda su fortuna, obtenida por la invención del tubo de neón, en una central de conversión térmica.
La conversión de energía térmica oceánica es un método de convertir en energía útil la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se encuentra a 100 m de profundidad. En las zonas tropicales esta diferencia varía entre 20 y 24 ºC. Para el aprovechamiento es suficiente una diferencia de 20ºC.
Las ventajas de esta fuente de energía se asocian a que es un salto térmico permanente y benigno desde el punto de vista medioambiental. Puede tener ventajas secundarias, tales como alimentos y agua potable, debido a que el agua fría profunda es rica en sustancias nutritivas y sin agentes patógenos.
Las posibilidades de esta técnica se han potenciado debido a la transferencia de tecnología asociada a las explotaciones petrolíferas fuera de costa. El desarrollo tecnológico de instalación de plataformas profundas, la utilización de materiales compuestos y nuevas técnicas de unión harán posible el diseño de una plataforma, pero el máximo inconveniente es el económico.

Existen dos sistemas para el aprovechamiento de esta fuente de energía:

1.    El primero consiste en utilizar directamente el agua de mar en un circuito abierto, evaporando el agua a baja presión y así mover una turbina. El departamento de energía americano (DOE) está construyendo un prototipo de 165 kW en las islas Hawaii, con él se pretende alcanzar la experiencia necesaria para construir plantas de 2 a 15 MW.
2.    El segundo consiste en emplear un circuito cerrado y un fluido de baja temperatura de ebullición (amoniaco, freón, propano)que se evaporan en contacto con el agua caliente de la superficie. Este vapor mueve un turbogenerador, se condensa con agua fría de las profundidades y el fluido queda dispuesto de nuevo para su evaporación. El rendimiento de este sistema es su bajo rendimiento, sobre un 7%, esto es debido a la baja temperatura del foco caliente y la poca diferencia de temperatura entre el foco frío y caliente. Además es preciso realizar un coste extra de energía, empleado para el bombeo de agua fría de las profundidades para el condensado de los fluidos.


Energía de las olas



Las olas del mar son un derivado terciario de la energía solar. El calentamiento de la superficie terrestre genera viento, y el viento genera las olas. Únicamente el 0.01% del flujo de la energía solar se transforma en energía de las olas. Una de las propiedades características de las olas es su capacidad de desplazarse a grandes distancias sin apenas pérdida de energía. Por ello, la energía generada en cualquier parte del océano acaba en el borde continental. De este modo la energía de las olas se concentra en las costas, que totalizan 336000 km de longitud. La densidad media de energía es del orden de 8 kW/m de costa. En comparación, las densidades de la energía solar son del orden de 300 W/m2. Por tanto, la densidad de energía de las olas es, en un orden de magnitud, mayor que la que los procesos que la generan. Las distribuciones geográficas y temporales de los recursos energéticos de las olas están controladas por los sistemas de viento que las generan (tormentas, alisios, monzones).

La densidad de energía disponible varía desde las más altas del mundo, entre 50-60 kW/m en Nueva Zelanda, hasta el valor medio de 8 kW/m.
Los diseños actuales de mayor potencia se hallan a 1 Mwe de media, aunque en estado de desarrollo.
La tecnología de conversión de movimiento oscilatorio de las olas en energía eléctrica se fundamenta en que la ola incidente crea un movimiento relativo entre un absorbedor y un punto de reacción que impulsa un fluido a través del generador.
La potencia instalada en operación en el mundo apenas llega al Mwe. La mayor parte de las instalaciones lo son de tierra. Los costes fuera de la costa son considerablemente mayores. En el momento actual, la potencia instalada de los diseños más modernos varía entre 1 y 2 MW. Pero todos los diseños deben considerarse experimentales.

De los sistemas propuestos, para aprovechar la energía de las olas, se puede hacer una clasificación, los que se fijan a la plataforma continental y los flotantes, que se instalan en el mar.

- convertidor noruego Kvaerner, cuyo primer prototipo se construyó en Bergen en 1985. Consistente en un tubo hueco de hormigón, de diez metros de largo, dispuesto verticalmente en el hueco de un acantilado. Las olas penetran por la parte inferior del cilindro y desplazan hacia arriba la columna de aire, lo que impulsa una turbina instalada en el extremo superior del tubo. Esta central tiene una potencia de 500 kW y abastece a una aldea de cincuenta casas.

- El pato de Salter, que consiste en un flotador alargado cuya sección tiene forma de pato. La parte más estrecha del flotador se enfrenta a la ola con el fin de absorber su movimiento lo mejor posible. Los flotadores giran bajo la acción de las olas alrededor de un eje cuyo movimiento de rotación acciona una bomba de aceite que se encarga de mover una turbina.La dificultad que presenta este sistema es la generación de electricidad con los lentos movimientos que se producen.

- Balsa de Cockerell, que consta de un conjunto de plataformas articuladas que reciben el impacto de las crestas de las olas. Las balsas ascienden y descienden impulsando un fluido hasta un motor que mueve un generador por medio de un sistema hidráulico instalado en cada articulación.

- Rectificador de Russell, formado por módulos que se instalan en el fondo del mar, paralelos al avance de las olas. Cada módulo consta de dos cajas rectangulares, una encima de la otra. El agua pasa de la superior a la inferior a través de una turbina.

- Boya de Nasuda, consistente en un dispositivo flotante donde el movimiento de las olas se aprovecha para aspirar e impulsar aire a través de una turbina de baja presión que mueve un generador de electricidad.

Centrales geotermicas


Las centrales geotérmicas generan electricidad a partir de la explotación de yacimientos geotermales que existen en algunos lugares del planeta. El recurso primario puede consistir en agua caliente o en vapor a alta temperatura, acumulados en formaciones geológicas subterráneas a las que se accede mediante pozos perforados en la corteza terrestre con técnicas similares a las de las empresas petroleras.
Los yacimientos geotérmicos suelen dividirse en tres categorías:

- Yacimientos de alta temperatura, con un flujo de calor a temperaturas de entre 150 y 350 °C, comúnmente acompañados de manifestaciones como vertientes termales, suelo de vapor, fumarolas, etc.
- Yacimientos de baja temperatura, con un flujo de calor de hasta 150 .°C.
-  Yacimientos de roca caliente, sin fluido térmico.
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Para la utilización práctica de la energía geotérmica es necesaria la presencia de yacimientos de agua cerca de estas zonas calientes. Pero, el hombre también puede aprovechar esta fuente de calor extrayéndolo mediante perforaciones y transfiriéndolo hacia calderas o hacia turbinas de vapor.
En lugares como Lardarello, Italia, o en Nueva Zelandia y en Costa Rica, la energía geotérmica es una fuente importante de abastecimiento de electricidad.
De hecho, las centrales geotérmicas proveen sobre 44 billones de kilowatt hora de electricidad anualmente a través del mundo y la capacidad mundial crece en aproximadamente 9% al año.
Para producir energía eléctrica desde recursos geotérmicos, ya sea que se trate de depósitos subterráneos de vapor o de agua caliente, estos son explotados, de tal forma que, al salir a la superficie, el vapor hace rotar las turbinas y se genera la electricidad. Típicamente, el agua se devuelve al terreno para recargar el depósito y completar el ciclo renovable de la energía. Asimismo, los depósitos subterráneos se explotan para uso directo en ciertas aplicaciones.
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Los tipos de Recursos Geotérmicos



El centro de la Tierra se encuentra a unos 6400 kilómetros de profundidad, donde hay una temperatura aproximada de 4000°C. La roca parcialmente fundida, a temperaturas entre 650° y 1200°C, se encuentra a una profundidad de 80 a 100 kilómetros. El calor fluye constantemente desde el interior de la Tierra a la superficie. La mayoría de los tipos de recursos geotérmicos resultan de la concentración de la energía térmica de la Tierra en regiones discretas bajo la superficie.
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Los recursos hidrotérmicos son los depósitos de vapor o agua caliente, formados por agua que se filtra en la tierra y posteriormente es recolectada y calentada por la roca caliente fracturada o porosa. Estos depósitos se explotan perforando pozos para extraer el agua caliente a la superficie y luego utilizarla para la generación de electricidad o el uso directo.

Recursos geotérmicamente presurizados son las aguas profundamente sepultadas a una temperatura moderada y que contiene metano disuelto. Si bien existen tecnologías disponibles para explotar estos recursos, no son económicamente competitivos.
Los recursos calientes de roca seca se encuentran a profundidades entre 8 y 16 kilómetros bajo la superficie de la Tierra. El acceso a estos recursos se realiza inyectando agua fría por un pozo y haciéndola circular por la roca caliente fracturada. Luego, el agua caliente se saca por otro pozo. Esta prometedora tecnología ha demostrado ser factible, pero aún no existen aplicaciones comerciales.
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Plantas Geotérmicas



Desde el punto de vista de contaminación atmosférica, las plantas geotérmicas tienen una ventaja inherente sobre las a petróleo y las de carbón, pues no hay combustión de ningún tipo. El agua geotérmica a veces contiene sales y minerales disueltos cuyo tratamiento ulterior puede plantear alguna dificultad.
Las plantas de vapor seco fueron el primer tipo de plantas geotérmicas (Italia 1904). En los Géisers de California del Norte, se encuentra las planta más grande del mundo. Esta planta utiliza el vapor que viene directo de los pozos en el terreno, y lo dirige directamente a la turbina para poder producir electricidad.
Las plantas de vapor a destellos, que son las más comunes, usan agua a una temperatura superior a 182°C. Esta agua muy caliente es bombeada a alta presión hacia el equipo en la superficie, donde la presión se baja repentinamente permitiendo que parte del agua caliente “destelle” en vapor. El vapor se usa entonces para mover el generador. El agua caliente y vapor restantes son inyectados nuevamente al depósito. La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza terrestre. A partir de depósitos de agua cuya temperatura está comprendida entre 150 y 400ºC, se produce vapor en la superficie que, al ser enviado a las turbinas, genera electricidad.
Se requieren varios parámetros para que exista un campo geotérmico: un techo compuesto de una cobertura de rocas impermeables; un deposito, o acuífero, de permeabilidad elevada, ente 300 y 2000m de profundidad; rocas fracturadas que permitan una circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático (entre 3 y 10 km de profundidad a 500 o 600ºC). Tales modelos se dan en Italia (desde 1903 en Larderello, cuyas centrales poseen una potencia eléctrica actual de 400 MW), en Nueva Zelanda, en Japón, en Filipinas, en E.U.A.(en California, el campo The Geysers supera los 900 MW) y en México.
La tecnología utilizada en este tipo de plantas es una combinación de las tecnologías utilizadas en la industria del petróleo, minería y plantas térmicas, agregando algunas modificaciones para lograr la extracción deseada.

Valoración personal



Yo creo que hoy en día la mejores centrales productoras de electricidad son las nucleares, ya que son las que más capacidad tienen y las que menos contaminan el medio ambiente. Siempre y cuando se respeten unas estrictas normas de seguridad, ya que si no se respetan puede provocar una catástrofe. Una simple fuga puede propagar radiación por todo el mundo. Aunque si lo miramos de esta manera una central hidroeléctrica (ahora que esta energía es bastante popular) también puede ser devastadora, si la presa no esta en buenas condiciones y se viene a bajo una riada se llevara a varios pueblos por delante.
Si los aerogeneradores producieran más electricidad serian una gran opción, pero hoy en día harían falta demasiados.

Bibliografía



- Enciclopedia interactiva de consulta el periodico.
- Tecnología industrial, 1r de batxillerat. Ed. McGraw-Hill
- Eniclopedia espasa. Ed. Espasa-Calpe1985. Madrid
- www.endesa.es
- http://oni.escuelas .edu.ar/olimpi98/Energia-Vs-Ambiente/mareomo.htm
- Enciclopedia Salvat. Salvat editores, S.A. Barna.
- Enciclopedia catalana basica. Enciclopedia catalana 1996 Barna.
- www.cnv.es

Autor:

Martí





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