Generación de Energía Eléctrica: Centrales Hidroeléctricas, Térmicas y Nucleares

Centrales Hidroeléctricas

Aprovechan la energía del agua y la convierten en energía eléctrica. Se dividen en dos tipos:

Centrales de Agua Fluyente

(Aprovechan la energía cinética) Se construyen en lugares donde la energía hidráulica acciona las turbinas. Sus instalaciones son de poco rendimiento.

Centrales de Agua Embalsada

(Aprovechan la energía potencial) El agua se acumula en un lago artificial y se utiliza en función de las necesidades de energía eléctrica. Tiene dos modelos:

a) Centrales de Derivación:

Las aguas del río se desvían por medio de una pequeña presa hacia un canal, con un mínimo desnivel.

b) Centrales de Acumulación:

Situadas en un tramo del río con desnivel donde se construye una toma y se produce un embalse.

La Toma

Construcción de hormigón que se levanta sobre el cauce del río y perpendicular a su dirección con la finalidad de formar un embalse.

a) Presas de Gravedad:

La fuerza del agua se contrarresta con el mismo peso de la toma. Una variante es la toma de contrafuertes que permite el ahorro de material.

b) Tomas de Vuelta:

Tiene forma de arco y transmite las fuerzas que provocan la contención del agua. Se necesita menos material para su construcción.

Los Conductos de Agua

Están conformados por compuertas y verjas metálicas. Estos conductos también permiten la evacuación del agua sin pasar por las turbinas.

La Sala de Máquinas

Donde se encuentra el turboalternador. Dependiendo de la altura del salto y del caudal, hay diferentes turbinas:

a) Turbina Pelton:

(Salto de gran altura y caudal regular)

b) Turbina Francis:

(Salto medio y caudal variable)

c) Turbina Kaplan:

(Salto de poca altura y caudal muy variable)

Transformadores y Parque de Distribución

Los transformadores se utilizan para elevar la tensión a un valor adecuado para el transporte a los centros consumidores. El parque de distribución se conecta a la red de transporte mediante líneas de alta tensión. La mayoría de centrales están interconectadas y sincronizadas.

Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica

La toma retiene el agua del río y se forma un embalse. La sala de máquinas y los grupos de turboalternadores se encuentran a pie de la presa. Después, el agua llega a las turbinas a través de una tubería forzada. La toma está compuesta por compuertas y verjas. La energía potencial se convierte en cinética cuando se abren las compuertas. La turbina y el generador de corriente continua generan un campo magnético en las bobinas del rotor y se produce una corriente alterna. Finalmente, los transformadores elevan la tensión y la pasan a las líneas de la red de transporte.

Centrales de Bombeo o Reversibles

Son instalaciones que tienen la finalidad de racionalizar la producción de energía eléctrica a la demanda existente. Cuando la demanda de energía es máxima, producen energía eléctrica alimentando el turboalternador con agua del embalse superior. En las horas de bajo consumo, aprovechan la energía sobrante para bombear agua del embalse inferior hasta el superior.

a) Centrales de Bombeo Puro:

La producción de energía eléctrica es su condición indispensable, ya que solo recibe agua del embalse inferior.

b) Centrales de Bombeo Mixto:

Producción de energía indistintamente con bombeo previo o sin él, porque el embalse superior está alimentado por un río.

Minicentrales Hidroeléctricas

Centrales con una potencia comprendida entre 250 y 500kW. Anteriormente, servían como suministradores de pequeños núcleos rurales.

Las Centrales Hidroeléctricas y el Medio Ambiente

Ventajas: El efecto regulador del caudal del río puede evitar inundaciones y se aprovecha para abastecer el consumo de las poblaciones.

Inconvenientes: Modificación de la vegetación y la fauna de la zona.

Centrales Térmicas

Generan energía eléctrica mediante la combustión de carbón, fuel o gas natural. Se caracterizan por generar electricidad utilizando turbinas de vapor y el poder calorífico de ciertos elementos, como el carbón.

Componentes de una Central Termoeléctrica

Los elementos característicos son: el almacén de combustible, la caldera, las turbinas, el condensador, la torre de refrigeración, la chimenea y el equipo eléctrico principal. Las centrales diseñadas para utilizar diferentes combustibles se denominan termoeléctricas mixtas.

* Caldera:

Las más utilizadas son las calderas de radiación, porque disponen de quemadores adecuados al tipo de combustible y una cámara de combustión que tiene infinidad de tubos por donde circula el agua para vaporizar.

- Los recalentadores se encargan de eliminar las pequeñas gotas de agua para convertirlo en vapor seco.

- Los economizadores y precalentadores aprovechan el calor residual de los gases emitidos para el precalentamiento del agua que alimenta la caldera.

* Turbinas:

Son las que transforman la energía del vapor de agua en energía cinética rotatoria en el eje. Está formada por tres cuerpos conectados al rotor: presión alta, media y baja.

* Condensador:

Se encarga de hacer que el vapor procedente de las turbinas se condense antes de volver a entrar en la caldera, repitiendo un ciclo.

* Torre de Refrigeración:

Sirve para enfriar el agua refrigerante del condensador. Estos circuitos pueden ser abiertos o cerrados.

* Chimenea:

Crea una depresión dentro de la caldera para que circulen los gases liberados en la combustión y se puedan evacuar a la atmósfera.

- Tiraje Natural: Donde circulan los gases provocados por la geometría de la chimenea.

- Tiraje Forzado: Tiene impulsores mecánicos que ayudan a su circulación.

* Equipo Eléctrico Principal:

Formado por el alternador, los transformadores y el parque de distribución.

* Sala de Tratamiento de Agua de Alimentación:

Se encargan del tratamiento del agua mediante sustancias químicas para evitar la formación de lodos y también evitar el aumento del pH.

Funcionamiento de una Central Termoeléctrica

Una cinta transportadora deposita el carbón en una tolva, que alimenta el molino triturador donde se transforma en polvo para facilitar la combustión. El polvo de carbón se mezcla con aire calentado y se inyecta en los quemadores de la caldera (donde se produce la combustión). El agua de los tubos se calienta y se produce vapor con el calor que desprende la combustión. Con el sobrecalentador, la humedad es eliminada, lo que hace que aumente la temperatura, y después se introduce en la turbina de presión con un recalentamiento previo. En el rotor del alternador se produce la energía eléctrica a través de los transformadores. A la salida de las turbinas, el vapor pasa al condensador, donde se enfría y se condensa. El agua condensada se somete a varios precalentamientos y se introduce a la caldera mediante el economizador. El agua sale por medio de la torre de refrigeración. Por la chimenea salen los gases de la combustión, que también se utilizan para calentar el aire de la combustión. Con los precipitadores se retienen partículas contaminantes.

Las Centrales Térmicas y el Medio Ambiente

:

contaminación atmosférica con CO ₂ y contaminación acústica producidas por los ventiladores forzados, etc.
- Funcionamiento de una central de ciclo formativo: se caracteriza por su turbina de gas, con el compresor y la cámara de combustión, la caldera de recuperación y la turbina de vapor. Laire a presión alta, proveniente del compresor, se mezcla con el gas combustible en la cámara de combustión donde se produce la combustión. Los gases de la combustión sexpandeixen en la turbina de gas y accionan el compresor y el generador eléctrico. Cuando termina el proceso dexpansió, senvia en la caldera de recuperación, la cual esta compuesta por reescalfadors, precalentadores, economizadores, etc y en este lugar saprofita la energía de los gases descapament. En una central térmica el vapor procedente de la caldera acciona un grupo turbina generador que genera energía eléctrica. Después el vapor daigua procedente de la turbina por el condensador y entra en forma líquida en la caldera.
En las ultimas generaciones de centrales térmicas, sacoblen la turbina de gas y de vapor para accionar conjuntamente un único generador eléctrico.
- Centrales de cogeneración: produce energía eléctrica utilizando un combustible y aprovecha el calor residual para lobtenció daigua caliente para calefacción, vapor, fluidos calientes, etc. ; Según las necesidades de la zona donde está la central.
Módulos de cogeneración:
a) Turbinas de gas: se utilicen para potencias elevadas. Se construyen módulos con potencias eléctricas desde d1MW hasta 10mW.
b) Motores de ciclo diesel: se construyen módulos de 70kW hasta 2MW.
- Centrales nucleares: son centrales termoeléctricas, donde la fuente de energía térmica repente de la fisión de los átomos Duran y de plutonio. El primer reactor de fisión construyó en el año 1942 por el equipo del físico italiano Enrico Fermi.
- Reactor nuclear: es el componente más importante de las centrales nucleares y constituye su núcleo, y este reactores son el sistema que permite producir y controlar reacciones de cadena.
-Partes del reactor:
* Los vasija del reactor: recipiente de acero puro que contiene una fuente de neutrones y el combustible nuclear.
* El moderador: con la función de reducir la velocidad de neutrones emitidos en las reacciones de fisión, para asegurar su impacto con otros átomos fisionables y mantener la reacción. Existe el reactor rápido, que utiliza siempre uranio enriquecido.
* Las barras de control: están fabricadas con aleaciones de boro, cadmio y hafnio, y sencarrega de regular el número de fisiones que se producen en interior de del reactor por unidad de tiempo.
* El refrigerament: evita el sobrecalentamiento y transporta el calor generado, directamente oa través de un circuito secundario, el grupo turbina-alternador, para volver después del reactor. Su recorrido sanomena circuito primario.
- Tipos de Centrales Nucleares:
Centrales con reactor daigua a presión (PWR), utilizan uranio enriquecido como combustible y agua como refrigerante y moderador a la vez. El calor producido se transfiere a través del circuito de refrigeración hasta producir vapor.
Centrales con reactor daigua en ebullición (BWR), utilizan uranio enriquecido y agua, pero sólo utilizan un circuito de refrigeración y como laigua esta a menos presión, entra en ebullición.
- Equipamiento de una central nuclear:
* Edificio de contención: contiene el reactor y el conjunto delements del circuito primario y también dispone de una bomba y generador de vapor.
* Edificio de turbinas: tiene el grupo turbina alternador, los reescalfadors y los condensadores de vapor también los precalentadores de laigua dalimentació.
* Edificio del combustible: para almacenar combustible de recarga del reactor y del combustible ya utilizado.
* Edificio de control: aloja la sala de control, que es el centro neurálgico de la central.
* Edificio auxiliar: tiene componentes de los sistemas de seguridad, así como el tratamiento de residuos radiactivos.
- Funcionamiento de una central nuclear:
La energía que se genera en el núcleo del reactor es extraída y transformada por laigua refrigerante, que transmite al circuito secundario en los generadores de vapor. El vapor acciona la turbina acoplada a lentrenador. Tras su paso por la turbina, el vapor vuelve líquido en el condensador y cuando llega al generador de vapor, se vaporiza nuevamente y se cierra el circuito. El agua de refrigeración del condensador forma un circuito abierto. Salimenta directamente del río o del mar, es impulsada por las bombas de circulación, pasa por el condensador y regresa al río o mar.
- Centrales nucleares y el medio ambiente:
Para su funcionamiento se requiere:
-Personal altamente cualificado y especializado, con un entrenamiento adecuado.
-Detección e identificación de cualquier anomalía.
-Vigilancia radiológica ambiental de la zona.