APUNTE: ELECTRICIDAD-1 GENERALIDADES DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

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1 APUNTE: ELECTRICIDAD-1 GENERALIDADES DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA Área de EET Página 1 de 13

2 Derechos Reservados Titular del Derecho: INACAP N de inscripción en el Registro de Propiedad Intelectual #. de fecha - -. INACAP Página 2 de 13

3 INDICE La Electricidad... Pág. 04 Generación Hidroeléctrica Pág. 04 Generación Termoeléctrica. Pág. 05 Generación Fotoeléctrica. Pág. 05 Generación Cólica. Pág. 06 Generación Electroquímica.. Pág. 07 Generación Electrógena.. Pág. 07 Generación Termonuclear... Pág. 08 Generación Geotérmica.. Pág. 08 Sistema Eléctrico en Chile... Pág. 09 Sistema Eléctrico de Potencia. Pág. 11 Generación. Pág. 11 Transmisión... Pág. 12 Distribución... Pág. 12 Etapas d un Sistema Eléctrico de Potencia.. Pág. 12 Página 3 de 13

4 electricidad tiene diversas aplicaciones. Con ella podemos producir calor, luz, movimiento, reacciones químicas, etc. La electricidad es una forma de energía capaz de producir los fenómenos ya mencionados. La energía eléctrica se obtiene a partir de otras fuentes de energía, llamadas fuentes primarias de energía. Esto significa que la energía eléctrica se obtiene por transformación sucesiva de estas fuentes primarias de energía en otras formas de energía ( potencial, cinética, mecánica) hasta obtener la energía eléctrica. Las diferentes formas de generarla son: Generación Hidroeléctrica Se obtiene a partir de la fuerza de la caída del agua. Es una de las principales formas de generación de grandes cantidades de energía eléctrica. Es una forma más económica que otras que dependen de combustibles fósiles como el petróleo. Para obtenerla, se debe almacenar grandes cantidades de agua en una represa, para darle paso posteriormente a través de una turbina cuyo eje está conectado a un generador. Un generador es una máquina que a partir del movimiento rotatorio en su eje, produce energía eléctrica en sus terminales. El principio de funcionamiento del generador se basa en la inducción electromagnética, tema que será estudiado en otra unidad. Fotografía de una Central Hidroeléctrica Página 4 de 13

5 Esquema de la generación hidroeléctrica Generación Termoelectrica Se obtiene a partir del calor producido principalmente por la combustión del petróleo, gas ó carbón. El calor producido se utiliza para calentar agua cuyo vapor a presión mueve una turbina que tiene su eje acoplado a un generador. La termoeléctrica es también una de las principales formas de generación de grandes cantidades de energía. Generación Fotoelectrica Aquí la energía de la luz se convierte en electricidad mediante paneles de celdas fotovoltaicas. Evidentemente, la fuente de luz es el sol. Página 5 de 13

6 Parque de generación fotoeléctrica La cantidad de energía eléctrica generada por los paneles es muy pequeña comparándola con otras y depende de las condiciones climáticas, por lo que hasta hoy no es utilizable en cualquier aplicación. Se le puede encontrar donde hay pequeños consumos como pueblos pequeños, faros, receptores satelitales, calculadoras, relojes, sistemas repetidores de radio frecuencia, antenas de telefonía celular, etc. Generación Eolica Ésta se está popularizando cada vez más en sitios donde el transporte de energía es difícil y costoso. La generación eólica utiliza la fuerza del viento para mover una hélice que, a través de un sistema de engranajes, mueve un generador. Su utilización está restringida a lugares donde hay viento fuerte y constante. Parque de generación eólica Página 6 de 13

7 Generación Electroquimica El ejemplo más cotidiano de la energía electroquímica es el caso de las pilas. Estas son convertidores de energía el los que se genera una tensión eléctrica por procedimientos químicos. Las pilas se clasifican en pilas primarias y pilas secundarias ( acumuladores o baterías). Las pilas primarias son por ejemplo pilas de zinc y dióxido de manganeso y los procesos electroquímicos que se desarrollan en ellas son irreversibles. Las pilas secundarias son por ejemplo las baterías de plomo o de níquel, y en ellas es posible invertir el sentido de los procesos electroquímicos. Esto se consigue suministrando energía eléctrica. Por lo tanto las baterías pueden almacenar energía química y transformarla en energía eléctrica al momento de suministrarla. La tecnología de los acumuladores va evolucionado constantemente, con el fin de reducir su tamaño y peso al tiempo de aumentar su capacidad. Ya existen en el mercado automóviles eléctricos que usan como fuente de energía a las baterías, pero sin duda, serán más comerciales los automóviles híbridos que usan un motor convencional a gasolina y uno eléctrico alimentado por baterías, pues su autonomía es muy superior. Generación Electrógena Ésta se produce a partir del movimiento producido por un motor a combustión interna de petróleo, gasolina ó gas. La generación electrógena la podemos encontrar comúnmente como energía de respaldo en hospitales, centrales telefónicas y bancos. También, la energía electrógena es muy útil en zonas donde es difícil el transporte y se puede generar en forma portátil. Página 7 de 13

8 Generación Termonuclear Ésta es similar a la termoeléctrica, con la diferencia que el calor se obtiene de la fisión nuclear. De esta manera se puede generar grandes cantidades de energía eléctrica de una forma muy eficiente, pero tiene el costo de producir desperdicios radiactivos muy difíciles de manipular y de degradar. Central termonuclear Generación Geotermica Se obtiene del calor de las placas subterráneas de la tierra. Aquí también el calor produce vapor a presión que posteriormente mueve una turbina que a su vez mueve un generador. Central geotérmica Actualmente se están realizando estudios de otras fuentes de energía alternativas como la de las mareas, entre otras. Página 8 de 13

9 Sistema Eléctrico en Chile En nuestro país dada la condición geográfica presente, el sector eléctrico se ha desarrollado a través de cuatro sistemas eléctricos independientes (ordenados de norte a sur), los que tienen la denominación y la cobertura indicada a continuación: Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) I y II Región Sistema Interconectado Central (SIC) III a X Región Sistema Eléctrico de Aysen XI Región Sistema Eléctrico de Magallanes XII Región Sistema Interconectado Norte Grande ( SING) Cubre el 24% del territorio Chileno y da servicio al 6% de la población nacional. Su aporte de potencia al global nacional es del orden de un 18,3%. Sistema Interconectado central (SIC) Interconecta aproximadamente el 80,9% de la potencia total existente en el País. Cubre el 43% del territorio (desde Taltal a Chiloé), y da servicio a cerca del 93% de la población nacional. Sistema Eléctrico de Aysen (SEA) Consta de cinco subsistemas aislados, los que producen el 0,2% de la potencia eléctrica total instalada en el País. Sistema Eléctrico de Magallanes (SEM) Consta de tres subsistemas que no están conectados entre sí. Su potencia total instalada alcanza al 0,6% de la potencia eléctrica total en el País. Página 9 de 13

10 El orden anterior de los sistemas eléctricos (de norte a sur), se consolidó a comienzos de la década de los 80, junto con el proceso de privatización de las compañías eléctricas. Ésta distribución está pensada, básicamente, para responder a los requerimientos de nuestra estructura económica. El sistema del norte (SING), por ejemplo, se gestó para satisfacer la demanda energética de las empresas mineras, mientras que el SIC, para abastecer a la Región Metropolitana, V y VIII Región, básicamente. El SING, que entró en operaciones en 1987, se extiende entre la ciudad de Arica por el norte, y la localidad de Coloso por el sur. Por razones obvias, más del 98% de la energía que allí se produce es generada por centrales térmicas. El resto corresponde a pequeñas centrales hidroeléctricas. El SIC, cubre el área comprendida entre Taltal por el norte, y la localidad de Quellón en Chiloé por el sur. La XI Región es abastecida por minicentrales hidroeléctricas y termoeléctricas. En la XII Región, en tanto, se concentra una potencia instalada en centrales termoeléctricas, casi todas provistas de turbinas y motores a gas natural. Presta servicio a las ciudades de Punta Arenas, Puerto Natales y Puerto Porvenir. Las principales empresas generadoras de los sistemas eléctricos de nuestro país son: Sistema interconectado del norte grande (SING) EDELNOR 431 MW TOCOPILLA 629 MW CELTA 141 MW NORGENER 274 MW ENDESA 24 MW OTROS 35 MW Total capacidad instalada en el SING MW Sistema interconectado central (SIC) GENER 764 MW EMPRESA ELECTRICA SANTIAGO 379 MW COLBÚN MW ENDESA 2.,416 MW GUACOLDA 304 MW PANGUE 450 MW PEHUENCHE 623 MW SAN ISIDRO 370 MW ARAUCO GENERACION 121 MW Otras Generadores en SIC 317 MW Total capacidad instalada en el SIC MW EDELAYSÉN Sistema de Aysén 17 MW Página 10 de 13

11 Total capacidad instalada Sistema Aysén Sistema de Magallanes EDELMAG Total capacidad instalada Sistema de Magallanes 17 MW 52 MW 52 MW Sistema Eléctrico De Potencia Se denomina sistema eléctrico de potencia al conjunto de etapas que permiten la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica hasta los centros de consumo. Generación Para generar la energía eléctrica, tal como hemos visto, existen diferentes tecnologías aplicables a éste proceso. Una de éstas es la generación hidroeléctrica, para la cual existen dos tipos de centrales: las de pasada y las de embalse. Las centrales de pasada, aprovechan el caudal natural de los ríos para mover sus turbinas y no tienen ninguna posibilidad de almacenar agua. Todo lo que pasa por ellas se convierte en energía eléctrica. Las centrales de embalse, por el contrario, acumulan el agua de un río, y aprovechan la energía potencial de esta, que cae de gran altura, para mover las turbinas. De ahí que tengan la alternativa de regular el flujo que les va llegando. Otra tecnología de generación son las centrales termoeléctricas, las que se dividen en tres grupos, dependiendo del combustible que utilizan: carbón, petróleo o gas natural. Entre este tipo de centrales las más nuevas son las de ciclo combinado. Se denominan así a las centrales térmicas que funcionan sobre la base de una tecnología llamada de ciclo combinado de vapor y gas. Las centrales de ciclo combinado tienen dos turbinas: una de vapor, que en vez de quemar carbón quema gas. De este proceso inicial sale un gas muy caliente que, en vez de ser enviado a la atmósfera, se vuelve a ocupar y se transforma en energía eléctrica mediante una segunda turbina. Si bien la energía que reciben los consumidores posee siempre iguales características (independientemente que sea generada en forma térmica o hidráulica), desde el punto de vista de la generación es importante de que tipo de central es generada. Se procura que el sistema opere de la forma más económica posible y así por ejemplo, en años lluviosos se prioriza la generación a través de las centrales hidroeléctricas reservando la energía de las centrales térmicas para años secos. Una vez generada la electricidad pasa a un patio en donde se encuentran transformadores elevadores de tensión los cuales suben el voltaje desde un nivel típico de generación de 13,8kV a 110 KV, 220 KV ó 500 kv para ser transmitida. Página 11 de 13

12 Transmisión La transmisión de la energía eléctrica se realiza en alta tensión ( 110 KV, 220 KV o 500 KV) a través de líneas de transmisión soportadas por las torres de alta tensión que se pueden ver repartidas a lo largo del país. Este conjunto constituye la segunda etapa del sistema eléctrico, que implica el transporte de la energía. En la transmisión es inevitable que se pierda energía a raíz de la resistencia de los conductores. Las pérdidas pueden llegar hasta 7%, dependiendo de la intensidad del uso de la línea. El objetivo principal de realizar una gran elevación de tensión, es reducir las perdidas en las líneas de transmisión debido al efecto Joule. Distribución La energía eléctrica conducida por las líneas de transmisión, llega a las subestaciones de poder, en donde se disminuye el nivel de tensión, por ejemplo, de 110kV a 23kV ó 12kV. Con este nivel de tensión, la energía eléctrica es llevada por alimentadores de distribución, hacia los centros de consumos, al interior de la ciudad ó zona de concesión de la empresa distribuidora. Dependiendo del tipo de consumidor (principalmente industrial), la energía en 12kV u otros niveles, es entregada directamente a transformadores particulares. En cambio, para consumidores del tipo residencial y parte del sector comercial, los alimentadores de la distribuidora se conectan a los transformadores de distribución, los cuales disminuyen el voltaje de niveles de distribución de media tensión (12kV ó 23kV por ejemplo) a niveles de voltaje de baja tensión (380V 220V). Como la energía eléctrica no puede ser almacenada, por el sistema se transmite la cantidad exacta de energía que está siendo demandada en cada instante. En todo momento tiene que haber un justo equilibrio entre lo que se está generando y lo que se está consumiendo mas lo que se ha perdido en el proceso. Etapas De Un Sistema Eléctrico De Potencia ( SEP) GENERACION TRANSMISION DISTRIBUCION CONSUMO Página 12 de 13

13 esquema Simplificado De La Generación, Transmisión y Distribución De La Energía Eléctrica PLANTA DE GENERACIÓN GENERADORES 13,2kV PATIO DE TRANSFORMADORES LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE ALTA TENSIÓN 500kV 220kV 154kV 110kV 13,2kV SUBESTACIÓN DE DISTRIBUCIÓN CONSUMO TRANSPORTE INDUSTRIAL URBANO CONSUMO RESIDENCIAL TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN 380 / 220V (BAJA TENSIÓN) Página 13 de 13