- Introduccción y
clasificación - Planta de generación de
exergía - Clasificación de las
plantas de generación de
exergía - Configuración general de
una planta de generación de
exergía - Eficiencia
global
1 INTRODUCCCION Y
CLASIFICACION
1.1 INTRODUCCION
El consumo de
energía ha estado
asociado siempre con el hombre. El
hombre
primitivo, al igual que los animales, ha
dependido de su propia energía -energía animal –
para su subsistencia. El uso artificial del fuego empezó a
diferenciar al hombre de los animales. Ha sido, y es, tan
importante el uso de energía para el hombre, que un
índice para medir el nivel de desarrollo de
una nación
es su consumo por habitante.
La humanidad desde las más remotas épocas,
en los albores de la civilización, ha usado alguna forma
artificial de energía en todas sus actividades. El tiro
del arado con animales, el caballo para el acarreo y el transporte
aprovechaban la energía animal, los troncos con los que
primitivamente se transportaba aprovechaban la energía
hidráulica de los ríos. Con el tiempo el hombre
fue aprendiendo gradualmente a aprovechar otras fuentes de
energía que le brindaba la naturaleza y en
la época moderna aparecieron diferentes formas más
sofisticadas de aprovecharla en montajes mas complejos
denominados Plantas de
generación.
La primera forma útil de la energía para
el hombre fue la energía calórica y casi
inmediatamente la energía mecánica.
Posteriormente, al descubrirse la energía
eléctrica y sus bondades para su transporte y
utilización ésta pasó a ser una de las
presentaciones más importantes de la energía para
el hombre.
El hombre primitivo, sin comprenderlo exactamente,
estaba usando una propiedad que
tiene la energía de transformarse de una forma a otra. Lo
que el hombre primitivo hacía inconscientemente, y el
hombre moderno ha venido haciendo conscientemente, es transformar
un tipo de energía que le brinda la naturaleza, en un tipo
de Energía útil o energía que le
permite hacer algún trabajo. Modernamente se
reconoce como Energía útil, cualquier tipo
de ella que sea posible de convertir completamente en
trabajo.
Los depósitos de energía en la naturaleza
son las llamadas Fuentes de Energía, las Plantas
de transformación la convierte en
energía útil para que pueda ser utilizada
por Los consumidores.
1 2 PLANTA DE
GENERACIÓN DE EXERGÍA
Una planta de generación de exergía es un
complejo creado por el hombre destinado a transformar la
proveniente de alguna fuente de la naturaleza en una forma de
energía útil para el hombre.
ENERGÍA ÚTIL es energía que
se encuentre en alguna de las formas: cinética, potencial,
trabajo -o energía mecánicas – o energía
eléctrica. Modernamente a la energía
útil se ha dado en llamarla Exergía y
aquella forma de energía completamente incapaz de
transformarse en trabajo, Anergía.
La planta de generación de energía viene a
ser un complejo destinado a obtener exergía de alguna
fuente de energía de la naturaleza.
Ejemplos de plantas de
generación de exergía son: Las centrales
termoeléctricas, las instalaciones fotovoltaicas, las
centrales hidroeléctricas, los automotores etc. todas
dedicadas a transformar energía de una fuente en alguna
forma de energía útil ya sea trabajo,
energía cinética, electricidad
etc.
1.3 CLASIFICACION
DE LAS PLANTAS DE GENERACION DE EXERGIA
La primera clasificación de estas plantas se
puede hacer tomando como base el tipo de fuente de energía
que utilice. De esta manera se tendrán:
- solares
- de combustión
- atómicas
- Plantas térmicas.
- Plantas hidráulicas.
- Plantas eólicas.
- Plantas Solares.
- Plantas geotermales.
- Plantas de fuentes novedosas o no
tradicionales.
Las anteriores tienen como fuente de energía
primaria respectivamente: El calor,
el agua, el
viento, el sol, y el
calor de la tierra o
una fuente novedosa que mediante un procedimiento
diferente al tradicional permite trasformar
energía.
Dentro de cada una de las anteriores divisiones
están contenidas otras categorías
así:
Plantas térmicas:
En este grupo caven
todas las que utilizan como fuente primaria el calor proveniente
de los combustibles o el calor del mar o del sol. De esta forma
pueden ser de combustión o de no combustión. Las
Solares térmicas (las que usan el calor del sol)
también están aquí. Las de combustión
pueden ser de combustión directa o de combustión
indirecta.
Plantas hidráulicas:
Aquí quedan todas las que obtienen su
energía primaria del agua, ya sea
dulce (en los ríos o lagos) o del mar. Por lo tanto las
mareomotrices (que transforman energía de las mareas) y
las oleomotrices (que transforman energía de las olas)
quedarán aquí, los mismo que las centrales
hidroeléctricas y las instalaciones micro y mini
hidráulicas.
Plantas eólicas:
Son todas las que utilizan la energía contenida
en el viento, que no es más que capas en movimiento
gracias a presentar entre ellas diferente temperatura y
densidad.
Plantas Solares:
El sol es la fuente de
energía más importante para la tierra.
Gracias a ella existen todos los organismo y se ponen en
acción, en última instancia, los procesos
terrestres.
La energía
solar viene en forma de ondas
electromagnéticas o fotones. Las plantas vegetales
mediante el mecanismo de la fotosíntesis, desde los comienzos de la
existencia de la vida misma sobre la faz de la tierra, la han
venido capturando en sus hojas y transformándola en
energía química como
"pegamento " de la estructura
molecular en sus tejidos. Los
combustibles mismos, no son sino energía del sol acumulada
en los tejidos de la estructura molecular y atómica de los
seres sobre la tierra, animales y vegetales, actuales o ya desde
hace tiempo sepultados (petróleo,
carbón, gas natural) como
combustibles fósiles.
El hombre ha venido intentando imitar los procesos de
captura de energía solar que se hacen en la naturaleza y
ha logrado montar plantas térmicas de generación de
energía, ya sea aprovechando la componente térmica
de la radiación
solar o la energía electromagnética de los fotones
en las plantas fotovoltaicas después de descubrir y
utilizar el efecto fotoeléctrico con las celda
Solares.
Plantas
geotermales:
El interior de la tierra es un inmenso horno donde
continuamente se está generando calor. Este calor mediante
mecanismos de convección, conducción y trasferencia
de masa, principalmente, puede alcanzar la superficie terrestre.
Los volcanes y los géisers son muestra de ese
calor interior de la tierra. Existen actualmente en diferentes
sitios plantas que utilizan el calor de la tierra para generar
exergía.
Plantas de fuentes novedosas o no
tradicionales
Continuamente se investiga tratando de encontrar nuevas
formas de obtener exergía. Algunas soluciones se
han clasificado como innovadoras y novedosas. Las pilas de
combustible por ejemplo, o las pilas de hidrogeno
pueden caer en este grupo.
1 4
CONFIGURACIÓN GENERAL DE UNA PLANTA DE GENERACIÓN
DE EXERGÍA
Una planta de éstas tiene como finalidad producir
un tipo de energía útil para un
consumidor a partir de una fuente que contiene alguna
clase de energía aprovechable. Esto significa que
en el comienzo de la cadena conducente a surtir de energía
a un consumidor,
está la fuente de energía aprovechable y al
final estará el consumidor o usuario
final.
En forma general cualquier Planta de
generación de exergía debe ser comprendida
conceptualmente y en términos generales, como conformada
por las siguientes partes:
- Acumulador de energía.
- Convertidor o Transformador de
Energía. - Acumulador de Exergía.
- Distribuidor de Exergía.
- Descargador de Energía desechada.
Al comienzo de la cual estará la fuente de
energía aprovechable, que le puede proporcionar la
energía, y al fina el consumidor, el cual impone una
demanda, que para la planta será su
carga.
Acumulador de energía:
La energía proveniente de una fuente y
contenida en un material físicamente identificado, sobre
todo cuando se trate de fuentes de energías
tradicionales, (carbón, gas natural y
petróleo) después de haber sido procesada es
enviada por algún medio a los sitios donde se va a
consumir. En este caso una Planta de generación de
Exergía.
Ya en la planta como en el caso de estos materiales
combustibles, deben ser almacenados para ser usados en el momento
conveniente. Las represas de las plantas hidráulicas
cumplen esa finalidad.
En el caso de fuentes de energía diferentes, es
claro que esta parte de acumulación no necesariamente
está perfectamente diferenciada. en el caso del viento,
por ejemplo, para las plantas eólicas, la energía
disponible está en toda la atmósfera y no es
claro el oficio ni la presencia del acumulador de energía.
Si lo será, y muy importante, en el caso de la
energía hidráulica, en las cuales las presas (o
represas) son los verdaderos acumuladores de energía. Es
claro pues que esta parte es donde será acumulada la
energía como materia prima
para ser transformada en la siguiente etapa.
Convertidor o Transformador de
Energía:
Es el que dentro de la planta se encarga de obtener la
energía necesaria para el consumidor.
Es una parte muy compleja de las plantas de
exergía. Está constituida por varios sistemas cada uno
encargado de una labor sobre un cuerpo diferente.
De esta manera y para el caso de las plantas de
combustión, se contará con los siguientes
sistemas:
- Sistema de conversión de
energía. - Sistema combustible –
combustión. - Sistema aire –
humos o sistema de
gases. - Sistema de enfriamiento o de refrigeración.
- Sistema de extracción de cenizas.
- Sistema eléctrico y de servicios.
- Sistema de regulación y control.
- Sistema de tratamiento de agua de
reposición. - Sistema de tuberías y ductos.
- Sistema de protección ambiental.
El sistema de extracción de cenizas estará
presente solo en el caso de los combustibles sólidos. Cada
uno de estos sistemas es objeto de estudio en este
trabajo.
Para el caso de los otros tipos de plantas de
generación los sistemas pueden ser diferentes de acuerdo
con la finalidad que deban cumplir.
.Acumulador de Exergía.
La energía útil obtenida en el convertidor
algunas veces es importante guardarla. Puede ser el caso, por
ejemplo, cuando está en forma de energía mecánica como energía
cinética y no es producida en forma regular. Un volante en
que la acumule como masa inercial sería aconsejable en
este especifico caso. Un banco de
baterías seria para el caso en que la exergía
esté en forma de energía
eléctrica.
Distribuidor de Exergía.
En el proceso de
suministrar la exergía hacia el punto de consumo es donde
toma parte el distribuidor de exergía. En el caso
eléctrico, subestación redes de distribución etc. Son parte de
él.
Descargador de Energía
desechada
Toda planta de generación en funcionamiento
óptimo puede asemejarse a un filtro en que a la
energía suministrada (exergía mas Anergía)
se le depura para que la exergía siga hacia el consumidor
y la Anergía se retorne al universo. En esta
labor entra el descargador de Anergía. Si la planta no es
totalmente eficiente saldrá también por ahí
parte de exergía.
1.5 EFICIENCIA
GLOBAL
Es un índice de que tan bien se desempeña
energéticamente una planta. Indica cuanta energía
está transformando por cada unidad de energía
suministrada. Otro índice aprovecharía el contenido
de Exergía de la energía suministrada. Una planta
óptimamente eficiente obtendría a la salida la
cantidad de exergía contenida en el suministro y
desecharía solo el contenido Anergético.
Tarea: configurar para cada tipo de
planta
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Gerardo Cabrera