Generación eléctrica
Central fotovoltaica
La energía eléctrica es generada por celdas fotovoltaicas que transforman la energía de radiación solar en electricidad de corriente continua. Esta transformación energética se basa en el efecto fotoeléctrico.
Estas celdas se agrupan en módulos que conforman los paneles solares fotovoltaicos. Como la generación eléctrica depende exclusivamente de la radiación solar, y por lo tanto de las condiciones meteorológicas, en este tipo de central existen torres meteorológicas que monitorean las condiciones ambientales de la zona.
La electricidad generada a través de los paneles fotovoltaicos es de forma corriente continua y debe ser transformada a corriente alterna para poder ser inyectada en la red eléctrica nacional.
Para ello, esta energía es llevada a una sala técnica donde se realiza la transformación de continua a alterna adaptada a las condiciones de la red (tensión e intensidad) por medio de un inversor y centro de transformación.
Todo el proceso de generación, adaptación y transformación de la energía se encuentra monitoreado por un centro de control que analiza y supervisa el conjunto de los parámetros e instalaciones.
Central hidroeléctrica
Este tipo de central se basan en
aprovecha la energía potencial (debido a la diferencia de altura) contenida en
el agua de los ríos para generar energía mecánica y posteriormente eléctrica.
Para poder llevar a cabo esa
transformación de energía las centrales hidroeléctricas disponen de turbinas
acopladas a generadores eléctricos.
Para poder visualizar de forma
gráfica el funcionamiento de una central hidroeléctrica se adjunta un esquema
con los componentes básicos que la constituyen:
Por un lado, la central dispone
de una presa que se ubica en el lecho de un rio, permitiendo la acumulación de
agua. Este volumen de agua conforma lo que se denomina embalse que permite
obtener una diferencia importante de altura entre el punto culminante y la
parte baja del mismo. Esta diferencia de altura y gran volumen de agua ofrecen
una energía potencial importante.
Para poder aprovechar ese
potencial energético y generar la electricidad, la central dispone de una toma
en la parte inferior del embalse en el paramento de la presa. Esa toma de agua
se encuentra equipada de una válvula de control que permite regular el caudal
de agua.
El agua captada es conducida a
través de una galería hacia las turbinas ubicadas en una sala de máquinas
ubicada en la parte inferior de la presa.
Esa energía potencial es
transformada en energía cinética (aumento de la velocidad del agua y reducción
de su presión). El agua con alta velocidad atraviesa las turbinas en las cuales
unos alabes permiten la transformación de esa energía cinética en mecánica
rotatoria.
El eje de la turbina se encuentra acoplado a un generador eléctrico
cuya función es la de transformar esa energía rotatoria en energía eléctrica.
La electricidad producida es de tipo alterna de media tensión.
Para poder
inyectarla a la red nacional de transporte eléctrico, esta electricidad es
conducida a transformadores eléctricos que la adaptan a alta tensión y baja
intensidad.
El agua tras retirar su energía
es devuelta al rio, aguas debajo de la presa a través de una galería de
desagüe.
Central térmica
Las centrales térmicas se basan
en aprovechar la energía contenida en un combustible fósil tal como el carbón,
gas o combustóleo, para generar electricidad. Su funcionamiento consiste en el
ciclo termodinámico agua/vapor, mediante tecnologías convencionales.
En el caso del carbón, las
centrales térmicas almacenan este combustible a cercanías de la sala de
máquinas. Una cinta transportadora se encarga de vehicular el combustible hacia
la sala de máquinas.
El carbón en su forma bruta, es introducido a una tolva
donde a través de un molino se pulveriza. Este carbón pulverizado otorga mayor
eficiencia de la combustión que en su estado natural.
Posteriormente, este
combustible es introducido a calderas donde se inyecta aire caliente para
quemarse.
En el interior de las calderas el
agua del ciclo es transformada en vapor a alta temperatura. Esta combustión
genera partículas y residuos que deben ser retirados. Para ello, los residuos
sólidos obtenidos de la quema del carbón, caen al cenicero del a caldera para
su posterior retirada.
Los gases de combustión cargados de partículas son
vehiculados hacia precipitaderos y equipos de desulfuración para filtrar esos
humos y limitar la emisión de contaminantes a la atmosfera.
El vapor producido en alta temperatura es
conducido a una turbina de vapor donde se transforma esa energía térmica en
mecánica rotatoria. El eje de la turbina se encuentra acoplado a un generador
que se encarga de generar electricidad a través de esa energía mecánica. La
energía obtenida es de media tensión y alterna.
Para limitar las pérdidas de
transporte, la energía eléctrica se conduce hacia un transformador que se
encarga de elevarla a alta tensión y baja intensidad.
El vapor tras la turbina es
conducido hacia un condensador para licuarlo e iniciar nuevamente el ciclo. El
condensador es conectado en su circuito secundario a torres de refrigeración,
ríos o mar.
Central de ciclo combinado
La central de ciclo combinado se
basa en la transformación de la energía térmica contenida en un combustible en
energía eléctrica, por medio de ciclos termodinámicos. Estos ciclos
corresponden en una primera etapa en el ciclo de Brayton y posteriormente el
ciclo de Rankine.
El ciclo de Brayton se encuentra
realizado por medio de una turbina de gas y el ciclo de Rankine a través de una
turbina de vapor.
La turbina de gas dispone de tres
elementos que son el compresor, la cámara de combustión y la turbina. Su ciclo
de funcionamiento se resume a continuación:
- Se introduce un caudal másico de aire del medio ambiente al interior del equipo a través de un compresor acoplado al eje central. Este aire es filtrado para retener todo tipo de partículas en suspensión contenidas en el ambiente. El aire introducido es comprimido (máxima presión del ciclo), generando su calentamiento y llevado a una cámara de combustión.
- En
la cámara de combustión el aire comprimido es mezclado con un caudal másico de
combustible. Esta mezcla es quemada a presión constante, aportando una energía
calorífica Q a la turbina. Se debe tener en cuenta que el exceso de aire es de
6 a 7 veces, para limitar la temperatura en la cámara de combustión y por lo
tanto evitar el deterioro del material de la turbina.
- Al
salir de la cámara de combustión, los gases resultantes de la combustión son
llevados a la turbina a una temperatura cercana de los 1200°C donde se expanden
y generan el movimiento del eje que acciona el compresor de la turbina y un
alternador.
- Los gases de escape a baja presión y alta temperatura (después de la expansión) son expulsados de la turbina.Para poder aprovechar la energía térmica contenida en los gases de combustión se acopla una caldera de recuperación de calor, donde se intercambia el calor residual de los gases con agua para generar vapor.
Ese vapor es introducido a una
turbina de vapor cuyo funcionamiento se basa en el ciclo de Rankin, donde se
expande y genera un trabajo mecánico. En la salida de la turbina, el vapor
saliente es enviado a un condensador para proceder a la licuefacción. El agua
condensada resultante, es llevada nuevamente a la caldera de recuperación.
Ese condensador suele estar
conectado a agua de rio, agua de mar o torres de enfriamiento.La energía eléctrica producida
tanto a nivel de la turbina de gas como de vapor se eleva a tensiones elevadas
para limitar las pérdidas y poder introducirla a la red nacional de transporte.
Central eólica
La energía eólica se basa en transformar
la energía cinética contenida en el aire en electricidad. Para ello, se
utilizan aerogeneradores eléctricos compuesto de palas que conforman la hélice.
Esta hélice se encuentra acoplada
a un generador eléctrico que transforma esa energía en electricidad.
Estos aerogeneradores suelen
estar instalados de forma grupal en una misma zona, formando los parques
eólicos.
En la mayoría de los parques
eólicos existen aerogeneradores de eje horizontal, debido básicamente a su
eficiencia.
Este tipo de aerogenerador, se
compone de una torre en la que se sitúa la góndola, donde se encuentra el
generador acoplado a la hélice a través de una multiplicadora.
En el momento del giro de la
hélice, el eje y multiplicador accionan el generador que produce energía
eléctrica alterna. Esta electricidad es conducida a través de cables a un
centro de control, donde se eleva su tensión a través de transformadores para
posteriormente inyectarla a la red eléctrica nacional.
Considerando que se trata de
elementos que se ubican en altura y zonas de altos vientos, suelen estar
conectados a una red de tierra para hacer frente a la electricidad estática
debido al rozamiento del aire.
El control de la velocidad del
generador, es asegurado por diversas tecnologías que mantienen las revoluciones
de la hélice de forma independiente de la velocidad del viento.
Central geotérmica
La central geotérmica se basa en
el aprovechamiento de los recursos terrestres (calor) para generar electricidad
a través de una turbina de vapor.
Se trata de aprovechar el calor
de un acuífero confinado en el subsuelo donde se mantiene a unas condiciones
elevadas de temperatura y presión. Las extensiones de tierra donde se
encuentran estas fuentes geotérmicas se denominan campo geotérmico o área con
calentamiento anómalo.
Esta agua almacenada de forma
natural, suele estar en contacto con una cámara magmática usualmente
relacionada con actividad volcánica. En
estos campos es donde se ubican las centrales geotérmicas, donde se accede a
los yacimientos a través de pozos geotérmicos. Estos pozos se encargan de
extraer vapor a través de una red de tuberías denominada sistema acarreo, y
conducirlo hacia la central ubicada en superficie.
El proceso consiste en extraer
una mezcla de agua y vapor geotérmico de los yacimientos a través de los pozos.
Una vez el agua y vapor trasladado a la superficie, se procede a separar ambos
compuestos mediante un equipo denominado separador ciclónico. El agua se
reinyecta al yacimiento y el vapor se vehicula a la central donde se encuentran
las turbinas.
El vapor se introduce en las
turbinas que hace girar los alabes. Cada turbina se encuentra acoplada a través
de su eje a un generador eléctrico que por la energía mecánica rotatoria
obtenida por el vapor, produce electricidad alterna y de media tensión.
Para limitar las pérdidas ligadas
al transporte eléctrico, esta electricidad se inyecta a un transformador
eléctrico que eleva su tensión y disminuye la intensidad.
El vapor tras pasar por la
turbina es licuado en un condensador para ser devuelto en forma de agua al subsuelo
para iniciar nuevamente el proceso.
Central nuclear:
En el reactor, la fisión de los
átomos de uranio produce calor que transforma agua en vapor que a través de una
turbina conectada a un generador produce electricidad.
En el interior del reactor, la
fisión de los átomos de uranio produce una enorme cantidad de calor. Ese calor
resultante de la fisión calienta agua (en torno a 320ºC) que circula alrededor
del reactor. Para evitar que el agua entre en ebullición, su presión es
mantenida en un circuito denominado circuito primario.
El circuito primario a través de
una caldera de vapor está en contacto con un segundo ramal denominado circuito
secundario. En el interior de la caldera, el agua del circuito primario
caliente el agua del circuito secundario que se transforma en vapor. La presión
del vapor generado hace girar los alabes de una turbina de vapor que transforma
esa energía en mecánica rotatoria. El eje de la turbina estando acoplado a un
generador, produce electricidad de corriente alterna.
Para limitar las pérdidas de
transporte, esta electricidad es conducida a un transformador que eleva la
tensión y disminuye la intensidad.
El vapor tras pasar por la
turbina es conducido a condensador donde es licuado para iniciar el ciclo de
vapor. El agua del circuito secundario del condensador puede provenir de un
rio, mar o torre de refrigeración.
Las características constructivas
de las centrales nucleares aseguran la contención de la radiación. Por ello,
disponen de un edificio de contención generalmente cilíndrico con una cúpula.
Se trata de un recinto hermético y blindado, En su interior se albergan el
reactor, los generadores de vapor, el presionador, las bombas del circuito
primario y el circuito primario.
Por otro lado, otro edificio
singular de las centrales nucleares corresponde al edificio de combustible,
donde se encuentra y almacena el combustible listo para ser empleado y el
utilizado en el proceso de fisión. Este último es contenido hasta la pérdida de
su actividad. Este combustible posteriormente, es trasladado a través de
contenedores especiales, y limpiados en un foso de descontaminación, a un
almacenamiento permanente fuera del recinto de la central.
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