“UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES” FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CRITERIOS DE DISEÑO DE ELABORACION DE ENERGIA ALUMNO: - RUMAJA SIHUA PEDRO LUIS 201613546D - CAHUA ARAGON SAMIER 201613481D - BARAZORDA CARRILLO IRWIN 201613478J - MAQQUE SARCCA YOEL 201723567J Docente: ING. GORKI F. ASCUES SALAS CUSCO – PERU 2022 1 INDICE 1. MARCO TEORICO.................................................................................................. 5 DEFINICIONES FUNDAMENTALES ......................................................................... 5 TIPOS DE DESARROLLO DE GENERACION DE ENERGIA ................................. 7 PLANTA DE FILO DE AGUA .................................................................................. 7 PLANTA CON UN CANAL DE DERIVACIÓN...................................................... 8 PLANTA CON ALMACENAMIENTO .................................................................... 9 PLANTA DE .............................................................................................................. 9 ALMACENAMIENTO POR BOMBEO ................................................................... 9 2. CRITERIOS DE DISEÑO ...................................................................................... 10 CAUDALES ................................................................................................................. 10 INFORMACIÓN REQUERIDA DE CAUDALES.................................................. 10 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN DE CAUDALES .......................................... 10 ....................................................................................................................................... 12 TURBINAS HIDRÁULICAS ...................................................................................... 12 FACTOR DE VELOCIDAD, ................................................................................... 13 VELOCIDAD ESPECÍFICA, N S ................................................................................ 14 DESEMPEÑO DE TURBINAS ................................................................................... 14 VELOCIDAD DE EMBALAMIENTO ....................................................................... 15 CAVITACIÓN EN TURBINAS Y LOCALIZACIÓN DE LA TURBINA, YS .......... 16 2 COEFICIENTE DE CAVITACIÓN DE LA PLANTA ........................................... 17 CARCASA EN ESPIRAL DE LA TURBINA ............................................................. 18 TUBOS DE ASPIRACIÓN .......................................................................................... 19 DISEÑO DE TUBOS DE ASPIRACIÓN .................................................................... 20 OTROS COMPONENTES DE PLANTAS HIDROELÉCTRICAS ............................ 21 CANAL DE CARGA ................................................................................................... 22 TUBERÍAS DE CARGA .............................................................................................. 23 Criterios de diseño .................................................................................................... 23 REGULADORES DE TURBINA ................................................................................ 24 GENERADORES ......................................................................................................... 25 TRANSFORMADORES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ........................................ 26 CENTRAL DE MÁQUINAS ....................................................................................... 27 CENTRAL DE MÁQUINAS ....................................................................................... 28 CANAL DE FUGA....................................................................................................... 28 OSCILACIONES EN ALMENARAS ..................................................................... 30 TIPOS DE ALMENARAS ....................................................................................... 31 FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLE ................................................................... 32 POTENCIA DE MAREAS ....................................................................................... 32 POSICIÓN DE LA LÍNEA CENTRAL DE UN ROTOR (O LÍNEA CENTRAL DE UN DISTRIBUIDOR) PARA TURBINAS DE EJE VERTICAL ....................................... 33 3 ENERGIA EOLICA ……………………………………………………………………..34 ENERGIA SOLAR ……………………………………………………………………...35 CONCLUSIONES ………………………………………………………………………39 4 Introducción La energía es una herramienta esencial para la humanidad y el desarrollo de la civilización actual. Desde muchos siglos atrás, el hombre se ha valido de distintas opciones para generar energía y usarla para su provecho: del viento, el sol, los cultivos o los desechos. Finalmente, es esencial para la existencia de la vida; animales, plantas y humanos la necesitan, en sus niveles más elementales, para su supervivencia. Ahora, la producción de energía para usos industriales no ha sido constante durante toda la historia de la humanidad. De usos más artesanales siglos atrás ha pasado a los niveles actuales; el descubrimiento de nuevas fuentes de energía y los avances tecnológicos de la era industrial transformaron radicalmente nuestras sociedades y el uso y generación de energía en ellas, proveniente de fuentes antes inexploradas: los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo. Después de la revolución industrial, las principales fuentes de energía han sido el carbón, el petróleo y el gas natural, que surgen a partir de la descomposición de materia vegetal o animal. Podemos decir que la sociedad moderna no se habría desarrollado sin estos combustibles con alta densidad de energía; sin embargo, también es necesario reconocer que su uso ha causado graves alteraciones al medio ambiente durante los últimos dos o tres siglos. El calentamiento global es ahora una de las consecuencias que enfrentamos por el exceso de gases contaminantes emitidos por la combustión de este tipo de recursos fósiles: dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, emisiones de mercurio, entre muchos otros contaminantes que afectan negativamente al bioma terrestre. Se hace necesario, entonces, replantear las fuentes de energía actuales y cómo están afectando al planeta. Es un consenso mundial, entre expertos ambientales, dirigentes políticos y líderes mundiales, que debemos disminuir la emisión de gases contaminantes (o gases de efecto invernadero) para detener el aumento de la temperatura global, que tendría consecuencias catastróficas para todos. 5 1. MARCO TEORICO DEFINICIONES FUNDAMENTALES El salto bruto, H 0 , es la diferencia entre los niveles del agua en el embalse detrás de la presa y en el cauce aguas abajo. Estos niveles varían debido a las oscilaciones en el afluente y a las condiciones de operación de las plantas. El salto efectivo o neto, H , es el disponible para la producción de energía después de la deducción de perdidas en el sistema de transporte de la planta La eficiencia hidráulica de la planta, La eficiencia de la turbina, H H0 , es la relación salto neto a salto bruto , es la relación de conversión de potencia de la máquina La eficiencia global es la eficiencia hidráulica multiplicada por la eficiencia de la turbina y el generador. La potencia hidráulica: P = gQH = QH Capacidad instalada es la potencia máxima a caudal total en nivel normal del embalse. Unidad de potencia eléctrica: kW Unidad de energía eléctrica: kWh Potencia primaria o firme es la potencia que siempre está disponible y que corresponde al mínimo caudal afluente sin considerar almacenamiento. Potencia secundaria o excedente es el remanente y no está disponible todo el tiempo. Es útil si sólo puede absorberse para auxiliar otra estación, efectuando ahorros de combustibles o de agua.na municipalidad es la corporación estatal que tiene como función administrar una ciudad o una población. 6 Plantas térmicas: o Utilizan turbinas a vapor y combustibles fósiles o nucleares o Las de gas y diésel se utilizan como plantas de reserva o Más eficientes de operar con carga total o Apropiadas para generación continua a la capacidad máxima o Se demoran más en arrancar 7 Termonucleares: o Poco apropiados para operación variable de carga o Fácil transporte del combustible o Los problemas de seguridad inhiben su desarrollo extensivo o Ambientalmente admisibles Hidroeléctricas: o Se accionan por medio de turbinas hidráulicas o Costos de combustible nulos o Costos de construcción altos o Rápido inicio de su funcionamiento ante cargas pico o Apropiadas para satisfacer las variaciones de carga con un desperdicio mínimo de potencia TIPOS DE DESARROLLO DE GENERACION DE ENERGIA PLANTA DE FILO DE AGUA Cuando un vertedero o presa de construye a través de un río, el pequeño salto que se crea se utiliza para generar potencia, siendo la central de máquinas parte integral de la estructura de la presa. • Su capacidad de almacenamiento es muy limitada porque su suministro de agua no es uniforme a lo largo del año • Puede servir como una planta de carga base 8 PLANTA CON UN CANAL DE DERIVACIÓN Algunas veces las condiciones topográficas, geológicas e hidroeléctricas, consideraciones ambientales y económicas pueden favoreces esquemas de desarrollo de la potencia del tipo de derivación. El agua embalsada en el río aguas arriba de una presa se desvía a un canal de generación que se vuelve a unir con el río más adelante aguas abajo, la central de máquinas se localiza cerca de la bocatoma, dentro del canal o en la salida 9 PLANTA CON ALMACENAMIENTO La estructura de la presa está separada de la central de máquinas a una distancia considerable por la que se transporta el agua, mediante un túnel o una tubería, para alcanzar en la planta saltos medios o altos. PLANTA DE ALMACENAMIENTO POR BOMBEO Es una adición económica a un sistema que incrementa el factor de carga de otros sistemas y también suministra capacidad adicional para satisfacer las demandas pico. 10 2. CRITERIOS DE DISEÑO CAUDALES INFORMACIÓN REQUERIDA DE CAUDALES Caudales diarios, semanales o mensuales durante un período de varios años, para determinar la capacidad de la planta y estimar la producción que dependerá del caudal promedio y su distribución durante el año. Flujos mínimos, para evaluar la potencia primaria, firme o confiable. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN DE CAUDALES El hidrograma usual de caudales Incluye un periodo seco, se puede calcular la frecuencia de ocurrencia de un cierto caudal durante el periodo Curva de duración de flujo Muestra las pérdidas debidas a la evaporación y a la infiltración en el ensamble propuesto y los caudales relacionados con la gestión de aguas mínimas aguas abajo del embalse y con cualquier otra demanda de agua 11 CURVA DE DURACIÓN DE POTENCIA Si el salto disponible y la eficiencia de la central de máquinas son conocidas, la curva de duración del flujo puede convertirse en una curva de duración de potencia. CURVA DE MASAS Es una gráfica de flujo acumulado contra el tiempo durante el período de registro o pronóstico. Se usa para estimar los requerimientos de almacenamiento y el flujo utilizable para producción de potencia eléctrica. 12 La pendiente en cualquier punto indica el caudal de ese instante particular. TURBINAS HIDRÁULICAS Pueden considerarse como motores hidráulicos que convierten la energía del agua (potencia hidráulica) en energía mecánica (potencia en el eje). Ésta última se utiliza para accionar generadores eléctricos acoplados directamente al eje de la turbina produciendo la potencia eléctrica. Turbina hidráulica: máquina rotatoria que actúa por el impulso o reacción de la corriente de agua que se lanza sobre el rotor (rodete) que tiene paletas o álabes curvos. Clasificación de acuerdo con la dirección principal del flujo del agua en el rotor: a) Turbinas de flujo tangencial (rueda Pelton) b) Turbina de flujo radial (Francis, Thompson, Girard) c) Turbinas de flujo mixto (Francis moderna) 13 d) Turbina de tipo de flujo axial o de aspas fijas (propulsión) o de tipo de aspa móvil (Kaplan o de bulbo) FACTOR DE VELOCIDAD, Es la relación entre la velocidad periférica de los álabes, que rotan con velocidad angular N, en el diámetro nominal D , con respecto a la velocidad teórica del agua bajo un salto efectivo H que actúa sobre la turbina: 14 VELOCIDAD ESPECÍFICA, N S La velocidad específica de una turbina es su característica más importante. Es la velocidad a la cual un rotor geométricamente similar giraría si estuviera proporcionado de tal manera que desarrollaría 1 kW cuando operara bajo un salto de 1 m P = Potencia desarrollada H = Salto efectivo DESEMPEÑO DE TURBINAS Se diseñan para saltos máximos, mínimos, normales y de diseño. El rotor se diseña para una velocidad óptima y una eficiencia máxima para el salto de diseño que se selecciona como el salto por encima y por debajo del cual la generación anual promedio de potencia es aproximadamente igual 15 VELOCIDAD DE EMBALAMIENTO Si la carga externa de una máquina de repente cae a cero debido al rechazo repentino y el mecanismo que la gobierna falla, la turbina tenderá a moverse con la máxima velocidad posible y debe controlarse para garantizar la operación segura. 16 CAVITACIÓN EN TURBINAS Y LOCALIZACIÓN DE LA TURBINA, YS La cavitación origina: o Picaduras o Vibraciones o Reducción de la eficiencia o Debe evitarse Los rotores que más se afectan son lo de reacción, la cavitación se evita realizando un diseño adecuado, instalando y operando la turbina de manera que las presiones dentro de la unidad estén por encima de la presión de vapor del agua. La localización de la turbina (o altura de aspiración) YS es el factor más crítico. 17 COEFICIENTE DE CAVITACIÓN DE LA PLANTA La característica de cavitación de una máquina se define como el coeficiente de cavitación o sigma de la planta . = H a − H v − YS H 0 Ys H a − H v − c H H a − H V = H b : cabeza de presión barométrica H : salto efectivo sobre el rotor C : valor mínimo (crítico) de en el que ocurre cavitación De manera similar se tienen recomendaciones para: o Altura de aspiración en diversos tipos de turbinas o Diámetro de los rodetes en Francis y Kaplan: D = a(Q/N)1/3 o Pelton: D=38H1/2/N o Número de unidades instaladas o Tipos de carcasa espiral o Tipos de tubos de aspiración o Canal de carga Número de paletas = 0,5(D/dj) + 15 18 o Tanque de carga o Tuberías de carga CARCASA EN ESPIRAL DE LA TURBINA Es el conducto que dirige el agua desde la toma o tubería de carga al rotor en instalaciones de turbinas de tipo reacción. Esta forma de espiral asegura una distribución uniforme del agua alrededor de la periferia del rotor con la formación mínima posible de vórtices. Carcasa en espiral total Que encierra toda la turbina con un ángulo de nariz de 3600 garantiza las condiciones de flujo más perfectas. Este tipo se utiliza en instalaciones con saltos medios a altos donde los requerimientos de caudales son menores. Carcasas en espirales parciales En las plantas de saltos bajos, el área de entrada debe ser grande para permitir caudales grandes, escogiendo ángulos de nariz menores a 3200. El espaciamiento de las unidades es gobernado por grandes anchos de entrada de las carcasas de caracol en espiral parcial. Las investigaciones deberán basarse en los siguientes supuestos: 19 a) Una carcasa en espiral con una altura constante b) Un flujo distribuido uniformemente hacia la turbina c) No hay pérdidas por fricción TUBOS DE ASPIRACIÓN Es un conducto que descarga el agua desde el rotor al canal de fuga y tiene un doble propósito: a) Recuperar energía de velocidad del agua que sale del rotor, incrementando la altura de aspiración dinámica b) Utilizar la distancia vertical entre la salida de la turbina y el nivel del cauce aguas abajo, denominada altura de aspiración estática. El tubo de aspiración tipo codo se divide en 3 partes: 20 1) Una parte vertical (entrada) con sección transversal circular, que de expande gradualmente. 2) Una parte en codo (para minimizar las pérdidas por el cambio de la dirección del flujo) en una transición desde la sección circular hasta la sección rectangular. 3) Una parte casi horizontal de sección rectangular, que se expande gradualmente para dirigir el flujo hacia el canal de fuga con pérdidas mínimas. DISEÑO DE TUBOS DE ASPIRACIÓN YS + Energía entre 1 y 3 p1 = p1 + 12 2g = pa 2 p 2 − YS − 1 − K s 2 − H L = a − YS − H d 2g 2g pa Hd: la cabeza recuperada 12 22 H d = d − Ks 2g 2 g + Ks 22 2g + HL 21 d : eficiencia del tubo de aspiración OTROS COMPONENTES DE PLANTAS HIDROELÉCTRICAS Accesorios utilizados en la construcción y operación de plantas hidroeléctricas: • Presas (almacenamiento u obras de control de tipo derivación) • Compuertas • Válvulas • Bocatomas • Conductos de agua (canales abiertos o túneles de carga de presiones bajas) • Tuberías de presiones altas (tuberías de carga) • Paso de peces • Válvulas de alivio de presión • Almenaras • Reguladores de turbinas • Generadores 22 • Superestructura de la central de maquinas • Grúas • Patio de maniobras para transformadores e interruptores • Líneas de transmisión CANAL DE CARGA Conducto para el agua desde la fuente (embalse o río) a la central: o conducto abierto o túnel (conducto cerrado de presión baja) o tubería de carga (conducto cerrado de presión alta) El canal abierto termina en un rebalse, funciona como un pequeño embalse de equilibrio (con dispositivos para rebosamiento) que acomoda las pérdidas repentinas y los incrementos de demanda de cargas aguas arriba de la central de máquinas. 23 TUBERÍAS DE CARGA Son conductos de gran diámetro, de acero o de concreto, para llevar el agua desde una fuente (embalse o cámara de carga) a la central de máquinas. Son tuberías de presiones altas, soportan los esfuerzos desarrollados por las presiones estáticas y por el golpe de ariete. Criterios de diseño Esfuerzos de anillo pt pt = pD 2e D : diámetro interno e : espesor de la pared de la tubería de carga p : presión interna incluyendo todos los efectos del golpe de ariete j = La eficiencia de la unión Para evitar las pérdidas se debe seleccionar el diámetro adecuado. Para calcular el diámetro más económico: e= pD 2 p t j 24 D = 0.52H −0.17 ( P H ) 0.43 P : capacidad nominal de planta (kW) H : salto nominal (m) D : diámetro (m) REGULADORES DE TURBINA Es un mecanismo que controla la velocidad de rotación de una unidad turbo-generadora, se debe mantener una velocidad constante para conseguir el suministro con una frecuencia constante. 25 GENERADORES 26 o Máquina eléctrica acoplada con el eje de la turbina o Montaje horizontal o vertical o Muy común generador sincrónico de corriente alterna o Elementos básicos: ➢ un campo magnético ➢ un estator o El desplazamiento relativo entre el rotor y el estator induce una fuerza electromotriz alternante. o Se han desarrollado bombas-turbinas reversibles del tipo Francis TRANSFORMADORES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN 27 Los transformadores que conectan la fuente de poder (generadores) y el circuito receptor (líneas de transmisión) elevan el voltaje para transmisión, reduciendo la pérdida de potencia y permitiendo el uso de conductores más delgados (cables) en la línea de transmisión. Los transformadores están localizados en un patio de maniobras exterior adyacente a la central de máquinas, como una precaución necesaria para evitar los altos voltajes y otros peligros. CENTRAL DE MÁQUINAS El Guavio, Gachalá, Cundinamarca Central Hidroeléctrica de Machu Picchu Secciones de la central de máquinas: o Una subestructura que soporta el equipo hidráulico o Una superestructura que aloja el equipo eléctrico de generación y control 28 CENTRAL DE MÁQUINAS CANAL DE FUGA Es la vía por la que se descarga el agua de las unidades de turbina (a través de los tubos de aspiración se utilizan unidades de tipo reacción). El canal de fuga en la salida del tubo de aspiración debe revestirse apropiadamente porque podría degradarse e inducir a una disminución en la elevación del cauce aguas abajo debido a la socavación del lecho del canal. ALMENARAS (Chimeneas de equilibrio o pozo de oscilación) 29 Estas pueden constar de una antecámara cercana a la máquina. Su propósito es proteger el túnel de las presiones de golpe de ariete causado por el rechazo o aceptación de una carga repentina en plantas de saltos medios y altos. La cámara de la almenara divide el túnel de presión en: • Un corto tubo de carga de alta presión aguas abajo • Un túnel largo de baja presión aguas arriba 30 OSCILACIONES EN ALMENARAS Los cambios repentinos en las condiciones de carga de la turbina producen oscilaciones de masa en las almenaras que serán amortiguadas por las pérdidas de fricción hidráulica en el conducto. La amplitud de las oscilaciones es inversamente proporcional al área de la almenara. Asc = FS Área crítica de la superficie de la almenara: 45D 10 / 3 Ho Deben calcularse las oscilaciones extremas y los tiempos de oscilación. 31 TIPOS DE ALMENARAS 32 FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLE POTENCIA DE MAREAS • POTENCIA DE OLAS • POTENCIA DEL VIENTO • POTENCIA SOLAR • POTENCIA SOLAR EN DEPRESIONES • POTENCIA GEOTÉRMICA 33 POSICIÓN DE LA LÍNEA CENTRAL DE UN ROTOR (O LÍNEA CENTRAL DE UN DISTRIBUIDOR) PARA TURBINAS DE EJE VERTICAL Yt = Elevación del distribuidor por encima del nivel del cauce. Yt = YS + 0.025 DN S0.34 Yt = YS + 0.41D para rotores Francis Para rotores de propulsión D = Diámetro nominal del rotor DIÁMETRO DEL ROTOR, D D = a (Q N ) 13 a = 4.4 Para rotores de tipo Francis y de propulsión a = 4.57 Para turbinas de tipo Kaplan D = 7.1Q1 2 ( N S + 100 ) H 1 4 13 34 ENERGIA EOLICA La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de energía para las actividades humanas. En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir electricidad mediante aerogeneradores, conectados a las grandes redes de distribución de energía eléctrica. Los parques eólicos construidos en tierra suponen una fuente de energía cada vez más barata, competitiva o incluso más barata en muchas regiones que otras fuentes de energía convencionales.1 2 Pequeñas instalaciones eólicas pueden, por ejemplo, proporcionar electricidad en regiones remotas y aisladas que no tienen acceso a la red eléctrica, al igual que hace la energía solar fotovoltaica. Las compañías eléctricas distribuidoras adquieren cada vez en mayor medida el exceso de electricidad producido por pequeñas instalaciones eólicas domésticas.3 El auge de la energía eólica ha provocado también la planificación y construcción de parques eólicos marinos, situados cerca de las costas. La energía del viento es más estable y fuerte en el mar que en tierra, y los parques eólicos marinos tienen un impacto visual menor, pero los costes de construcción y mantenimiento de estos parques son considerablemente mayores. 35 Historia de la energía eólica La energía eólica se ha utilizado históricamente para tareas mecánicas que requerían de mucho esfuerzo físico, como era moler grano o elevar agua de pozos. En estos casos la energía final que se usaba era la energía mecánica, sin embargo, con el paso de los años el objetivo que se buscaba era el de producir energía eléctrica a partir del viento. La generación de energía eléctrica a partir de energía eólica tuvo lugar en Dinamarca hacia 1890, cuando se realizaron los primeros experimentos con aerogeneradores, llegando a producir hasta 200 kw (profesor La Cour). Desde el año 1995 hasta nuestros días hemos visto crecer exponencialmente la energía eólica en todo el mundo, destacando los países como España, Dinamarca, Holanda y Alemania. Tipos de aerogeneradores 36 La máquina que hace posible que hoy en día se hable de energía eólica como una fuente de energía, es el aerogenerador. Éstos han ido evolucionando para adaptarse a distintas necesidades a lo largo de los años. Los distintos aerogeneradores que existen son: ➢ Aerogenerador de eje vertical: es el concepto original de aerogenerador dentro de la energía eólica, ya que permite colocar el tren de potencia (multiplicadora, generador eléctrico, etc) en la base del aerogenerador, facilitando así la instalación de estos aerogeneradores. Las palas de este aerogenerador están girando en un plano paralelo al suelo. ➢ Aerogenerador de eje horizontal: es el concepto para producir energía eólica que se ha implantado a lo largo de los años. Consiste en colocar el tren de potencia en la parte superior junto al eje de giro de la turbina eólica. Las palas de este aerogenerador están girando en un plano perpendicular al suelo. También, los aerogeneradores se pueden clasificar por la potencia, existiendo la energía mega eólica (con aerogeneradores de más de 5 Mw), mini eólica (con aerogeneradores de menos de 200 kw) y energía eólica normal. ¿Cuánta electricidad produce un aerogenerador? Esto depende de varios factores como por ejemplo la cantidad de viento que sopla y la potencia del aerogenerador. Un aerogenerador de 1,8 MW situado a un buen emplazamiento produce más de 4,7 millones de unidades de electricidad cada año. Esto es suficiente para satisfacer las necesidades de más de 1.500 hogares catalanes, o para hacer funcionar un ordenador durante 1.620 años. COMO SE FORMA LA ENERGÍA EÓLICA 37 La radiación solar, absorbida irregularmente por la atmósfera, da lugar a masas de aire con diferentes temperaturas y, por tanto, diferentes densidades y presiones. El aire, al desplazarse desde las altas hacia las bajas presiones, da lugar al viento. La energía del viento que es posible captar con una máquina eólica es directamente proporcional a la densidad del aire, a la superficie de barrido y al cubo de la velocidad del viento. Existen perturbaciones como resultado de otras fuerzas y, además, a escala local, la orografía ejerce un efecto muy importante sobre las características del viento. Se estima que la energía contenida en el viento es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la Tierra, lo que supone casi dos billones de toneladas equivalentes de petróleo (TEP) al año (200 veces mayor que la que consumen todos los países del planeta), si bien, en la práctica, sólo podría ser utilizada una parte muy pequeña de esa cifra, por su aleatoriedad y dispersión (del orden del 5%). La cantidad de energía que ello representa hace de la energía eólica una de las fuentes de energía renovables con mayor potencial. 38 ENERGIA SOLAR Este proyecto se lleva cabo debido a que existe una opción de generar energía limpia a través de paneles solares, los mismos que contribuyen a reducir el calentamiento global ya que la energía solar es una energía renovable. La importancia de este proyecto se basa en que nos ayuda a entender las ventajas de la energía solar y sus implicaciones con respecto a lo social y económico. Todo esto tiene la intención de demostrar que no se necesita deteriorar la naturaleza para obtener energía, sino por el contrario, debemos tener proyectos que aprovechen los recursos renovables de la naturaleza. El presente trabajo se centra en la generación de la electricidad a partir de paneles solares, para ello resulta fundamenta definir los términos que se presentan a continuación: a) Energía renovable: Las energías renovables son aquellas que se producen de forma natural, cuyo aprovechamiento no agota la fuente de la que se obtiene, es decir, son inagotables y por eso su uso no reduce los recursos existentes de las mismas. Las energías renovables más importantes son: energía fotovoltaica, energía eólica, energía hidráulica y la biomasa. b) Panel solar: Un panel solar es un dispositivo que aprovecha la energía de la radiación solar para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica. Está formado por un conjunto de placas de Silicio, el segundo material más abundante de la Tierra después del Oxígeno. c) Energía Solar Fotovoltaica: Es una fuente de energía que produce electricidad de origen renovable, obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposición de detales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina. 39 d) Acumulador: Es un dispositivo encargado principalmente de la batería, permite la entrada de corriente eléctrica necesaria, según la energía que van produciendo en las placas solares y la que se va consumiendo. e) Baterías: La función prioritaria de las baterías en un sistema de generación fotovoltaico es la de acumular la energía que se produce durante las horas de luminosidad para poder ser utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo. Otra importante función de las baterías es la de proveer una intensidad de corriente superior a la que el dispositivo fotovoltaico puede entregar. Tal es el caso de un motor, que en el momento del arranque puede demandar una corriente de 4 a 6 veces su corriente nominal durante unos pocos segundos. f) Inversor: Un inversor fotovoltaico es un convertidor que transforma la energía de corriente continua procedente del generador fotovoltaico en corriente alterna. Tecnologías Solares de Concentración. Los dispositivos de concentración solar están formados por lentes o elementos reflectantes de gran área para colimar la radiación solar sobre un receptor. Esto permite obtener rendimientos térmicos elevados en una región del espacio y poder transformar esta energía en trabajo. Desde la época antigua diferentes culturas conocían la forma de concentrarla luz del sol sobre superficies reflectantes curvas de metal pulimentado para quemar objetos. Durante los siglos XVII y XVIII se intentaron diseñar espejos de mayor área para conseguir temperaturas más altas en el foco de la superficie curva. A principios del siglo XX el ingeniero estadounidense Frank Shuman desarrolló el primer motor solar práctico. Entre 1920 y 1970 se sustituyen los combustibles fósiles basados en el carbón por los derivados del petróleo y el gas natural. En esta época se avanza de forma esporádica en las mejoras de los elementos existentes. 40 Aparecen estudios y se construyen proyectos prototipos que analizan sistemas de seguimiento con grupos de helióstatos inclinados, con receptor o caldera central. A esta época corresponden los proyectos desarrollados entre 1965 y 1969 en Genoa (Italia). En la actualidad existen 4 tecnologías viables de concentración que comparten el mismo nicho de mercado que la fotovoltaica y las plantas degeneración de electricidad de gas y carbón. a) Plantas de Torre o Receptor Central: Compuestas por un campo de helióstatos de forma circular con movimiento continuo. El campo concentra la radiación solar en un receptor situado en lo alto de una torre, que actúa como caldera. La recirculación de un fluido caloportador que absorbe la radiación, permite generar vapor que es inyectado a una turbina para generar electricidad. b) Plantas de Colectores Cilindro Parabólicos (CCP): Compuestas por varios metros de espejos con forma parabólica que consiguen concentrar la radiación solar en su foco. En este lugar se suele situar un tubo por el que circula un fluido térmicamente eficiente que absorbe la radiación colimada. Típicamente suele ser aceite sintético en que alcanza temperaturas cercanas a los 400º C. Bombeando el fluido a tanques intercambiadores se consigue energía suficiente para mover una turbina. c) Plantas de Reflectores Lineales de Fresnel (LFR): El diseño considera un sistema de foco en línea similar a los concentradores CCP, donde la radiación solar se concentra en un captador lineal invertido, elevado mediante una serie de reflectores casi planos. Con las ventajas de bajos costes estructurales de apoyo, juntas de fluido fijas, receptor separado del sistema reflector, y largas longitudes de foco que permiten el uso de cristal convencional, los colectores LFR han atraído una creciente atención. Sin embargo, este rendimiento inferior se compensa por los bajos costes de inversión y de operación y mantenimiento. 41 d) Plantas de Discos Stirling: Formados por pequeñas unidades que componen una superficie en forma de disco que se mueve en dos ejes respecto al sol. El disco concentra la luz sobre un receptor situado en su foco en donde se alcanzan temperaturas cercanas a 750 º C. Recirculando un fluido se realiza una transferencia térmica que se utiliza para generar electricidad en microturbinas o motores Stirling colocados en el receptor. Para preservar nuestro medio ambiente se debe tratar de usar energía limpia, como lo es la energía solar que como hemos visto es muy fácil y sustentable su aprovechamiento, así no solo favorecen al cuidado del medio ambiente, sino también al ahorro económico en los hogares. 42 CONCLUSIONES. ➢ Los paneles solares son una manera de producir energía netamente limpia, asimismo son uno de los métodos más favorables para el medio ambiente por el hecho de que no necesitan procesos químicos, ni de combustión; no emiten ningún tipo de contaminantes a la atmósfera. ➢ Una de las ventajas que tiene esta tecnología es, que se puede fabricar de diversos tamaños y tipos de generadores de energía ya sea para una casa o para grandes plantas industriales. De esta manera, podemos suministrar electricidad a casas de campo, refugios de montaña, bombeos de agua, instalaciones ganaderas, sistemas de iluminación y sistemas de comunicaciones. ➢ El Perú es un país con grandes recursos energéticos y el fomento de las energías renovables es trascendente, porque implica la diversificación de la matriz energética existente y con ello un avance hacia una política de seguridad energética y de protección del medio ambiente; por otro lado, uno de los principales factores que ha permitido que se desarrollen proyectos de energía renovable en el país. ➢ En el caso de las tecnologías solar, eólica e hidroeléctrica las ofertas han superado mayormente a la cantidad requerida y consecuentemente las coberturas fueron superiores al 90 %; mientras que en el caso de la biomasa y biogás las coberturas fueron muy bajas al no existir ofertas para la energía requerida. De lo anterior se puede concluir que en la medida que la energía ofertada supere a la energía requerida las subastas permitirán obtener precios competitivos y se lograrán altos niveles de cobertura, para ello es indispensable que las cuotas de energía requerida por cada tecnología sean definidas basados en un estudio previo de los proyectos que se encuentran en etapa de estudios 43 BIBLIOGRAFIA. - “Energías limpias”. E. renovable. http://erenovable.com/energias-limpias/ - Generación de energía eléctrica. http://www.mexicosolar.com/efotovoltaica.html - Generación Eléctrica con Recursos Energéticos Renovables No Convencionales en el Perú. https://www.osinergmin.gob.pe/newweb/pages/Publico/cop20/uploads/Oct_2014_Generacion_El ectrica_RER_No_Convencionales_Peru.pdf - Fases en el desarrollo de un proyecto energético. http://energia.renovetec.com/operacion-decentrales-electricas/297-fases-en-el-desarrollo-de-un-proyecto-energ%C3%A9tico -El proceso de construcción de estaciones productoras de energía eléctrica. http://www.ub.edu/geocrit/Simposio/cBecerril_Elproceso.pdf -CONSTRUCCIÓN DE ESPACIOS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA. https://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/handle/10654/37840/GutierrezGrajalesMauricio.PD F.pdf?sequence=1&isAllowed=y -EFICIENCIA ENERGÉTICA. https://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/19808
