viernes, 14 de marzo de 2014

DESARROLLO DE LOS SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Breve reseña

Michael FARADAY: ESTUDIOS SOBRE LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA (1831). Posibilita el desarrollo del GENERADOR

Tomas EDISON: inicio de las INSTALACIONES DE DISTRIBUCIÓN en corriente CONTINUA en Nueva York (1882)

GRAMME en 1870: desarrollo de la DINAMO

Recién en 1884 empiezan a utilizarse MOTORES de C.C.

Marcel DEPREZ en1881: en su tesis sobre la TRANSMISIÓN en ALTA TENSIÓN, propone ELEVAR la TENSIÓN para reducir las PÉRDIDAS en los conductores. Esto es posible sólo con el uso de TRANSFORMADORES.

En 1886: GIBBS y GAULARD desarrollan el TRANSFORMADOR.


Nikola TESLA: desarrolla los SISTEMAS POLIFÁSICOS. En 1887 patentó el sistema TRIFÁSICO.

domingo, 9 de marzo de 2014

MERCADO ELÉCTRICO

En cualquier modelo de mercado, existen tres partes bien diferenciadas que lo constituyen: producción, transporte y distribución. Para el caso estudiado, la producción está a cargo de las centrales generadoras, el transporte se encuentra bajo el dominio del mercado mayorista y la distribución para las empresas distribuidoras locales.
Para consumos que se encuentran por encima del promedio, las empresas optan por comparar energía en media tensión o, inclusive, en alta tensión, ya que representa una reducción de costos.
Asimismo, las empresas transportistas cobran peaje a otras empresas para el uso de sus instalaciones (tendido eléctrico), para la comercialización de energía.
 Los tres eslabones de la cadena están realcionados estrechamente, más aún cuando están enlazados a través de un sistema interconectado.



jueves, 6 de marzo de 2014

Presentación

Esta materia tiene la finalidad de ofrecer una visión global para el estudio de los sistemas eléctricos de gran potencia. Este estudio abarca la descripción de las formas de generación de la energía eléctrica, el transporte y su distribución. Se incluyen apartados para el estudio de los sistemas de maniobra y protección de redes y la determinación del nivel de cortocircuito. 
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jueves, 3 de mayo de 2012

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Centrales Hidroeléctricas

La  energía  de los grandes ríos, en particular donde existen caídas de agua con importantes desniveles, se ha aprovechado desde la antigüedad en molinos y ruedas de agua. En la actualidad, la energía hidroeléctrica es una de las fuentes más  importantes de energía en la mayoría de los países que poseen grandes ríos. En nuestro país las represas suministran aproximadamente la mitad de toda la energía generada. En América Latina en conjunto, los dos tercios. 1
   
La forma más sencilla de aprovechar una corriente de agua consiste en poner en su camino una turbina, de modo que la energía del agua la impulse. Con este método solo se aprovecha una  mínima  parte de la energía potencialmente disponible, ya que el grueso del caudal fluvial no pasa por la turbina sino a su costado. Por eso, para aprovechar al máximo el recurso, es preferible endicar el agua y luego regular su paso por las turbinas mediante el uso de esclusas.
   
En nuestro país se realizaron varias obras hidroeléctricas. El Chocón, Cerros colorados, Alicura, Futaleufu, Piedra del Águila, Salto Grande y Yacireta.
   
 Las grandes centrales hidráulicas tienen un impacto ambiental muy grande, que no siempre es determinado antes del inicio de la obra. En el caso de Aswan, en el alto Egipto, el embalse interrumpió el ciclo de inundaciones del rio Nilo. En la construcción de la represa de Futaleufu, se sumergieron miles de hectáreas de bosques nativos y se hicieron desaparecer varios lagos. 
   
La incidencia sobre la fauna ictícola es importante, a pesar de la construcción de canales especiales para los peces que los derivan aguas abajo del rio, el conjunto del ecosistema se modifica demasiado.
                                                                                                                               
                                                                                               
Elementos hidrológicos e hidrodinámicos de un aprovechamiento hidráulico


Utilización de la energía hidráulica
  
Parte de la energía del agua que evoluciona siguiendo el ciclo hidrológico de la naturaleza, se puede aprovechar para obtener trabajo útil, en una turbina. La energía cinética del agua en un rio no excede de 20 J/Kg, mientras que r el contario la energía potencial puede llegar a valores del orden de 3.000 J/Kg
Si consideramos un tramo de un rio y en el hacemos un corte longitudinal entre los puntos A y B,  aplicando la ecuación de Bernoulli, entre ambos puntos se obtiene:

∆? = �� − ��
   
Representando por ∆?, las perdidas entre A y B


1-  Tomas Buch, El Tecnoscopio, AIQUE 1997 2


Métodos de reducción de las pérdidas

    Existen dos métodos para reducir las pérdidas que se presentan en el curso de un rio:
  Interceptación de la corriente por medio de una presa
  Desviación de la corriente

Presa
    La construcción de una presa en un rio eleva el nivel del mismo, lo que se traduce en una disminución de
la pendiente.

Desviación de la corriente del rio
    La corriente de agua se intercepta por medio de un dique y se desvía por un canal o conducto artificial
hacia la central. El agua, una vez turbinada, desagua en el propio rio a una cota inferior.

Para conocer la energía y la potencia aprovechables de un salto de agua, es preciso conocer las condiciones hidrológicas e hidrodinámicas.

  Hidrológicas: Régimen de lluvias
  Hidrodinamicas: Facilidad de acumulación, regulación y desnivel




2- A.O.Fernandez, CENTRALES ELECTRICAS, ediciones UPC (1993)  Adaptación  Prof. Ricardo Defrance (UTN-INSPT)

miércoles, 2 de mayo de 2012

Centrales Térmicas


 El combustible de estas centrales está constituido por los distintos combustibles sólidos (carbón mineral); líquidos (gas-oil y fuel-oil, originados en la refinación del petróleo crudo); y gaseosos (gas natural).La energía eléctrica surge como consecuencia de la energía térmica de combustión. 
     La proximidad a un yacimiento de carbón, o a una refinería de petróleo o a un grupo industrial son algunos de los condicionantes del lugar donde estas centrales pueden ubicarse. 
     El vapor de agua producido en una caldera posibilita el funcionamiento de las turbinas de vapor (máquinas motrices) al hacer girar el eje de dichas máquinas. 
     En el caso de que las turbinas sean accionadas por gas proveniente de la combustión del gas natural, gas de altos hornos o aceite de petróleo destilado, se trata de turbinas de gas. 

TURBINAS A GAS 
     
    La idea de la turbina a gas recientemente ha adquirido importancia práctica. Durante la primera década de este siglo Holzwarth en Mulheim construyó una primitiva turbina que disponía en la periferia de varias cámaras de combustión, las cuales actuaban a través de un sistema de válvulas. 
     
     Estas lograron desarrollarse hasta alcanzar su completa madurez, logrando rendimientos térmicos totales del 20% aproximadamente. 
     
     Más tarde, con la aplicación de la tecnología utilizada en turbosoplantes de motores de aviación, turbo carga con gases de escape y los avances utilizados en las calderas Velox, arribamos a las modernas  turbinas de gas, las cuales se basan en el siguiente esquema: 
      
     El compresor comprime aire desde la presión atmosférica hasta 4.6 ata (llegando hasta 30 ata). En la cámara de combustión se quema gas o combustible líquido pulverizado, de similar forma que en el hogar de una caldera, de forma continua y a presión constante. De esta forma se genera un incremento de la capacidad de trabajo del aire en la relación de las temperaturas absolutas antes y después de la combustión. Por lo expuesto, la turbina es capaz de generar más potencia que la necesaria, siendo el exceso potencia útil cedida al generador. 
     
     El rendimiento del proceso escala con la temperatura de la combustión, la cual se ve limitada por la solicitación térmica de los álabes de la turbina; esta es la causa por la que la construcción de turbinas de gas está directamente vinculada al desarrollo de los materiales. 
     
     Según lo expresado, en el compresor el aire es comprimido hasta la presión de combustión, usándose luego en la cámara para quemar combustible (gas o líquido). Una porción del aire es utilizado para enfriamiento y control de la estabilidad de la temperatura, como de la propia llama.  
  
    Los gases que se generan por la combustión son distribuidos por la totalidad de la periferia de la primera fila de paletas y difundidos a lo largo de la turbina. Usualmente, esta primera etapa de expansión es conocida como turbina de alta presión; obteniéndose a través de las mismas el trabajo necesario para accionar el compresor. La siguiente etapa, llamada turbina de potencia, acciona el generador eléctrico. 
     
     Las unidades TG contienen como característica sobresaliente el tiempo de arranque, llegando a alcanzar la carga plena en 10-20 minutos. 
     
     Las mejoras implementadas en el diseño de materiales y componentes han permitido elevar la eficiencia y 
potencia térmica, lo cual adicionalmente al crecimiento a escala de las proporciones (dentro de ciertos límites), permitieron la utilización de la experiencia para construir diseños similares de mayor potencia. 
     
     En el diseño, el objetivo es alcanzar la mayor eficiencia a través de la utilización de combustibles de alta calidad y la reducción al mayor nivel posible de la contaminación. 
     
     Se valió así de la experiencia derivada de la tecnología de turbinas de aviones sumada a la desarrollada para turbinas de trabajo pesado. 
     
     Por otro lado, se ha implementado el concepto de múltiples combustores anulares, en función de la instalación, capacidad para quemar varios combustibles (gaseosos y líquidos), incluyendo líquidos de baja calidad, inclusive petróleo crudo o  subproductos. Dicha variabilidad no se da en las turbinas más modernas, los cuales demandan combustibles de alta calidad para restringir el ataque químico a los alabes de la rueda motriz. 
     
     El sistema de combustible dual, permite el rápido cambio,  bajo carga, de un combustible a otro, de manera automática o semiautomática. 
    
     Las turbinas más actuales poseen una temperatura de salida de los gases procedentes de los combustores de alrededor de 1200 °C, en comparación con los 1100°C de las turbinas relativamente más viejas; determinando de esta manera, un crecimiento de la eficiencia térmica del 10% aproximadamente. 
     
     El material de los álabes es tan aleado que apenas pueden ser considerados como aceros. Los componentes de las aleaciones son: Ni, Cr, Mo, Mn, Va, Ta, Ti y Nb, sin embargo en la actualidad se utilizan materiales cerámicos. 
    
     La progresiva privatización del suministro eléctrico y la apertura del mercado de energía eléctrica en muchos países, se ha constituido en el motor de los importantes transformaciones tecnológicas. En la actualidad, alrededor del 35% de la potencia habilitada anualmente corresponde a TG.  La creciente disponibilidad de reservas de gas ha estimulado una evolución atractiva de los precios. 
     
     Las turbinas a gas frecuentemente son utilizadas en combinación con turbinas a vapor en centrales de ciclo combinado, fundamentalmente por motivos económicos y ecológicos. 
     
     Las mismas permiten además la utilización de la importante energía comprendida en los gases de escape 
liberados a altísimas temperaturas, que de otra manera se verían dispersas en la atmósfera con la inclusión de una caldera de recuperación. 
     
     La combustión de la turbina trabaja en un combustible líquido o un gas. Anteriormente, esto ha significado que las plantas de energía de ciclo combinado utilizaban solo petróleo o gas natural. No obstante, en la actualidad pueden operar congas producido a través del carbón u otros combustibles sólidos. 

  
CICLO SIMPLE (CALDERA DE RECUPERACION) 

    Las plantas más actuales que usan turbina a gas, aprovechan los gases de salida de la turbina en una caldera de recuperación y producen el valor necesitado por las turbinas de vapor para producción eléctrica adicional, obteniendo de esta manera el ciclo combinado. De forma complementaria, la caldera puede ser proyectada para quemar combustible adicional, disminuyendo relativamente su eficiencia, pero logrando un incremento de potencia.