Apuntes Maquinas TEMA I Conceptos Generales

download Apuntes Maquinas TEMA I Conceptos Generales

of 22

description

Hidraulica de Maquinas y Transitorios, primera parte de los apuntes de la Dr. Ruiz Urbano, UNAM

Transcript of Apuntes Maquinas TEMA I Conceptos Generales

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 1

    CAPITULO I INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS

    Objetivo: El alumno comprender como se integra una instalacin de bombeo y una central hidroelctrica.

    I.1 ENERGA Y POTENCIA DEL AGUA DE UN SISTEMA HIDROELCTRICO. Para caracterizar un aprovechamiento energtico, es indispensable indicar su potencia y la energa que produce durante determinado tiempo. En las centrales hidroelctricas, la energa producida tiene un valor prcticamente invariable, mientras que su potencia puede estar afectada por otras caractersticas del sistema. Para saber la energa que podemos extraer de un tramo de ro en estudio, tenemos como V.C. al tramo entre 2 secciones 1 y 2 separadas por una longitud L, con gasto Q constante.

    Por continuidad:

    V1 = Q/A1 V2 = Q/A2

    Las energas en 1 y en 2 son:

    E1 = Z1 + V12/2g + Y1

    E2 = Z2 + V22/2g + Y2

    Si el flujo es unidimensional y permanente, las distancias recorridas por las partculas al pasar por la seccin 1

    en un tiempo dt ser:

    ds1 = V1 dt

    y el volumen ser:

    d1 = A1 dt V1

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 2

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    El mismo en 2 pero el volumen habr salido:

    d2 = A 2 dt V2

    Por continuidad:

    Q = A1 V1 = A2 V2

    d1 = d2 = Q dt

    y los pesos en el tiempo dt sern:

    dw1 = dw2 = d = Q dt

    Las energas sern:

    dE1 = Q dt E1 = Q dt (Z1 + Y1 + V12/2g)

    dE2 = Q dt E2 = Q dt (Z2 + Y2 + V22/2g)

    dE = dE1 dE2 = Q (Z1 + Y1 + V12/2g) - (Z2 + Y2 + V22/2g) dt

    En un ro V 1 a 3 m/s por lo que V2/2g 0 se puede despreciar.

    dE = Q (Z1 + Y1 ) - (Z2 + Y2 ) dt

    si H = (Z1+ Y1 ) - (Z2+ Y2)

    H = Z1 - Z2 + Y1 - Y2

    dE = Q H dt

    si P = dE/dt

    P = Q H

    POTENCIA TERICA Y REAL.

    P = Q H representa la potencia terica.

    La potencia que es entregada por la turbina al generador o lo que un motor transmite a la bomba para que

    esta produzca la energa necesaria, se llama potencia real.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 3

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    TURBINA

    Hf

    Hneta

    En la figura se observa que si el agua baja por gravedad para transmitir su energa a una turbina la carga de

    que dispone al entrar en contacto con la mquina no es Hb (carga bruta) sino Hb hf, por tal razn la potencia

    entregada es la turbina o potencia terica es:

    P = Q (Hb hf) = Q H

    Sin embargo dentro de la turbina hay prdidas que se involucran en un factor llamado eficiencia, la potencia

    real entregada por la turbina es menor:

    PR = Q H

    Siendo entonces:

    = Potencia real / Potencia terica

    BOMBAS

    La potencia real es la que debe proporcionarse a la bomba para que sta eleve el agua. Sin embargo, la bomba

    no debe vencer nicamente el desnivel Hb que aparece en la figura, sino tambin las prdidas en la

    conduccin hf, la bomba debe entregar una potencia terica:

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 4

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Bomba

    P = Q (Hb +hf ) = Q H

    Pero el motor que acciona a la bomba necesita proporcionarle una potencia mayor que la anterior, de manera

    que se venzan las prdidas de la misma bomba, representadas por su eficiencia por lo que la potencia real en este caso es:

    PR = Q H /

    = Q H / PR

    UNIDADES DE POTENCIA Y ENERGA

    DEL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES.

    UNIDAD DESIGNACIN EQUIVALENCIA SMBOLO

    Fuerza 1 newton 1 kg m / s2 N

    Presin 1 pascal 1 N/ m2

    1 kg / m s2

    Pa

    Trabajo 1 joule 1 N m

    1 kg m2 / s2

    J

    Potencia 1 watt 1 J / s

    1 kg m2 / s3

    W

    Hes

    Hed Hb

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 5

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    DEL SISTEMA GRAVITACIONAL

    UNIDAD EQUIVALENCIA

    Fuerza* 1 kgf = 1 kg x 9.81 m / s2 = 9.81 N

    Trabajo 1 kgf = 1 kg x 9.81 m2/ s2 = 9.81 J

    Potencia 1 kgf m / s = 1 kg x 9.81 m2 / s3 = 9.81 W

    Presin 1 kgf / m2 = 1 kg x 9.81 / m s2 = 9.81 Pa

    * 1 kg fuerza

    Al calcular la potencia con la frmula P = Q H se obtiene el resultado en kgf m/s, si se desea conocer su

    valor en watts habr que multiplicarlo el resultado por 9.81.

    P = 9.81 Q H (W) Turbina.

    P = 9.81 Q H / (W) Bomba.

    En donde se utiliza el sistema mtrico es comn utilizar como unidad de potencia el caballo de vapor (CV).

    1 CV = 75 kgf m / s

    Turbina: P = Q H / 75 = 13.33 Q H (CV)

    Bomba: P = Q H / 75 = 13.33 QH / (CV) En donde se utiliza el horse power (HP).

    1 hp = 550 lbf ft /s = 76.159 kgf m / s

    Turbina: P = Q H / 76.159 = 13.13 Q H (HP)

    Bomba: P = Q H / 76.159 = 13.13 QH / (HP)

    En los sistemas energticos, la unidad ms utilizada es el watt y sus mltiplos son:

    1 kilowatt 1 KW = 1000 W = 103 W

    1 mega watt 1 MW = 1000 KW = 106 W

    1 giga watt 1 GW = 1000 MW = 109 W

    1 tera watt 1 TW = 1000 GW = 1012 W

    Para las unidades de energa tambin llamados de generacin se utilizan:

    1 watt hora 1 WH

    1 kilowatt hora 1 KWH = 1000 WH etc.

    RELACIN ENTRE LA CAPACIDAD DE UNA PLANTA HIDROELCTRICA Y SU GENERACIN

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 6

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    FACTOR DE GENERACIN

    La verdadera capacidad de una planta hidroelctrica es la potencia en el tiempo que puede sostenerse, es

    decir, la energa que la planta sea capaz de proporcionar durante un periodo determinado.

    A esta energa se la llama GENERACIN y es una particularidad de las hidroelctricas.

    Existe una relacin entre el volumen utilizado por una planta hidroelctrica (), su carga media (Hm) y la

    energa producida durante un periodo T.

    Esta relacin es el factor de GENERACIN, es til porque proporciona una idea rpida de generacin, que

    pude obtenerse de la planta en cuestin por cada m3 que pase por sus turbinas.

    Si P = Q H

    E = G = Q H T K

    Q en m3/s, T en horas, K factor para las unidades.

    G = K (/3600 T) H T

    Si H es constante:

    G = (K H /3600)

    Donde:

    fg = K H/3600 = Factor de generacin

    G = fg

    Las unidades de fg dependen de las que se escojan para la energa y para el volumen.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 7

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Ejemplo:

    Si E se presenta en KWH y en m3:

    K = 9.81 P = 9.81 x x Q x H x W

    G = (9.81 H /3600) KW

    ,[ m3]

    fg, [KWH/ m3]

    H [m]

    Problema:

    a) = 3000 x 106 [m3/ao]

    = 0.815

    H = 60 [m] constante

    G /ao = ?

    Solucin:

    G = fg

    Fg = (9.81 x 0.815 x 60)/3600 = 0.1332 [KWH/m3]

    G = 0.1332 x 3000x106 = 399.758x106 [KWH /ao]

    b) = 0.85

    = 150x106 m3/mes

    G = 35 GWH /mes

    fg = ?

    H = ?

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 8

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Continuacin:

    P = ?

    Solucin:

    fg = G/ = 35x106 KWH / 150x106 = 0.233 [KWH/ m3]

    fg = 9.81 H/3600 H = 3600 fg / 9.81

    H = (3600 x 0.233) / (9.81 x 0.85) = 100.74 m

    P = 9.81 Q H = (9.81 x 0.85) (150x106/30 x 24 x3600) (100.74)

    P = 48612.3 [KW]

    G = P x T = 48612.3 x 30 24 x 24 = 35x106 [KWH /mes]

    c) Q = 60 m3/s (enero junio) H = 40 m

    Q = 85 m3/s (Julio diciembre) H = 60 m

    = 0.80

    P = ? De enero junio.

    fg = ? De enero junio.

    P = ? De julio diciembre.

    fg = ? De julio diciembre.

    G anual = ?

    fg = anual = ?

    Solucin:

    P = 9.81 (0.80) 60 x 40 = 18835.2 KW (De enero junio.)

    fg = (9.81 x 0.80 x 40) / 3600 = 0.0872 (KWH/m3)

    P = 9.81 (0.8) (85) 60 = 40024.8 KW (De julio diciembre.)

    fg = (9.81 x 0.8 x 60) / 3600 = 0.1308 (KWH/m3)

    fg = (0.0872 + 0.1308) / 2 = 0.109 (KWH/m3) anual

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 9

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Continuacin:

    anual = (60 + 85) x 6 x 30 x 24 x 3600 = 2.25x109 m3

    G = P x T = (18835.2 x 6 x 30 x 24) + (40024.8 x 6 x 30 x 24) =

    G = 2.54x108 (KWH/ao)

    fg = G / = 2.54x108 / 2.25x109 = 0.113 (KWH/m3) annual

    TRANSMISIN DE LA ENERGA

    El principio es el siguiente:

    1.- Q y H producen energa mecnica en el rodete de la turbina. Dicha energa es transmitida al generador

    que a su vez produce electricidad a bajo voltaje: 13.8 y 17 KV.

    2.- Una vez salida la energa del generador es necesario subir el voltaje para hacer la transmisin por los

    cables.

    La relacin potencia, intensidad, voltaje es:

    P = fp I V

    V es el voltaje.

    I es la intensidad.

    fp es el factor de potencia

    El voltaje equivale a H en trminos hidrulicos.

    La intensidad (I) al gasto (Q).

    Y fp a de las turbinas.

    El voltaje se eleva con sistemas transformadores llamados subestaciones ELEVADORAS. En Mxico el voltaje de transmisin es de 230 KV o 440 KV ya sea con corriente directa o alterna. Una vez que se lleg al centro de consumo, se baja el voltaje para repartirlo por la ciudad a 6 o 13 KV

    utilizando las SUBESTACIONES REDUCTORAS.

    Este voltaje se transmite por las calles y con transformadores colgados de los postes de luz se baja an ms a

    115 o 220 V para entregarlo al consumo domstico.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 10

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    FUENTES PRODUCTORAS DE ENERGA ELCTRICA

    1.- Hidroelctricas.

    2.-Termoelctricas.

    3.- Nucleares.

    4.- Elicas.

    5.- Mareomotrices.

    7.- Solares.

    En trminos generales en nuestro pas proviene de 3 fuentes principales: Hidrulicas, Trmicas y nucleares.

    CUADRO COMPARATIVO DE COSTOS

    Tipo Inversin inicial (a) Operacin y monto (b) Confiabilidad (c) Comp. Eco. Nal. (d)

    hidro con termo Alta Bajo Baja Alta

    Termo con hidro Baja Muy alto Alta Muy baja

    Nuclear con termo Muy alta Alto Muy baja Muy baja (casi nula)

    Confiabilidad est ligado a la probabilidad de que no haya fallas (se acepta 3 das por ao).

    ELEMENTOS PRINCIPALES DE UNA PLANTA HIDROELCTRICA

    Se pretende indicar las obras necesarias para conducir el agua desde el embalse hasta la turbina.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 11

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    CURVAS DE DEMANDA

    La representacin cronolgica de la relacin tiempo potencia demandada se llama CURVA DE DEMANDA, el

    rea bajo la curva es la energa perdida en un lapso determinado.

    Si esta grfica reproduce el funcionamiento de una central en particular se denomina CURVA DE OPERACIN.

    La figura representa una curva de demanda tpica de un centro de consumo y la pregunta a resolver es:

    Con que tipo de mquina debe proporcionarse la energa perdida?

    Mquina hidrulica o trmica?

    En general, las hidrulicas toman con facilidad las variaciones de potencia sin afectar mucho su eficiencia y lo

    contrario con las trmicas. Es por eso que cada tipo de mquina se coloque en la curva en forma semejante a

    la indicada en la figura.

    La determinacin exacta de utilizar las fuentes de energa es un problema que est ligado a otros aspectos:

    distancia al centro de consumo, capacidad de cada planta, demanda de cada centro, etc.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 12

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    La necesidad de garantizar el servicio obliga a instalar una potencia mayor que la mxima demandada llamado

    reserva.

    Puede ser: Rodante.- Mquina trabajando en vaco sin producir energa.

    3 %.

    Manto: 9 %.

    Reparacin: 10 %.

    FACTOR DE PLANTA

    La forma de la curva de operacin indica si sta trabaja mucho o poco tiempo con su potencia mxima.

    Planta de pico: trabaja a mayor capacidad durante las horas mximas de demanda.

    Planta de base: trabaja con una potencia que no tome muchas variaciones.

    Para esto se utiliza el factor de planta fp.

    imapotencia

    diapotenciamefp

    max

    Si PmediaT

    G

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 13

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    maxPt

    Gfp

    Si fp 0.40 Planta de pico.

    Si fp 0.40 Planta de base.

    Ejemplo:

    Pinst= 1200 MW

    Reserva total = 250 MW

    Volumen anual = 18000 x 106 m3 al ao

    Carga media = 95 m

    = 0.76

    a) Calcule el factor de generacin.

    1967.03600

    9576.081.9

    fg KWH/m3

    b) Generacin anual. G = 196.7 [WH/m3] x 18000x106 = 3540.6 GWH/ao

    c) Es planta de pico o de base.

    4255.0])[2501200(][24365

    ]/[3540000

    max

    MWHRS

    aoMWH

    PT

    Gfp

    fp 0.4 Planta de base

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 14

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    RECURSOS HIDROELCTRICOS EN MXICO

    La capacidad hidroelctrica de un pas es finita mientras que la capacidad de energa trmica es prcticamente

    ilimitada.

    Un pas industrializado produce energa trmica en un porcentaje mayor porque generalmente ya explot las fuentes de origen hidrulico.

    A pesar de eso la capacidad instalada termoelctrica duplica a la hidroelctrica debido a que por razones de necesidad urgente se recurri a instalaciones termoelctricas aun habiendo muchas posibilidades de explotacin hidrulica.

    SITUACIN ELECTRICA DEL PAS

    Fuente: Informe de operacin de la CFE (1987)

    Caractersticas de algunas de las principales hidroelctricas en Mxico (1987)

    Planta Ro Hmedia (m)

    Vmed. Anual

    (mill. m3)

    Pot. Med. (MW)

    Pot. Inst. (MW)

    Gen. Anual (GWH)

    La angostura Grijalva 91.50 10750 281 900 1536

    Chicoasen Grijalva 180 12645 644 1500 3526

    Malpaso Grijalva 85 18265 433 1080 2091

    Infiernillo Balsas 101 12989 373 1000 1666

    La Villita Balsas 44 11520 143 300 830

    Distribucin de la capacidad hidroelctrica instalada (1987)

    Ro % P total hidroelctrica

    Grijalva 52.3

    Balsas Santiago 20.6

    Ixtapatongo 16.3

    Papaloapan 6.4

    Yaqui - Mayo 4.4

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 15

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Potencial hidroelctrico del pas*

    Cuenca % del potencial total

    Grijalva Usumacinta 30

    Balsas 12

    Papaloapan 7

    *Sin considerar lo que actualmente se encuentra en operacin. Pueden explotarse an 15,000 MW y obtener 1400,000 GWH/ao.

    Potencia instalada en 1987

    MW % del total

    Hidro 7546 32.6

    Termo 15599 67.4

    Total 23145 100

    Obsrvese que, con aproximadamente el doble de potencia instalada trmica, se genera cuatro veces ms con las plantas trmicas que con las hidroelctricas. Esto se debe a que las primeras trabajan con factores de planta ms altos, es decir: en la base de las curvas de demanda.

    Sistemas interconectados en 1987 (trmicas e hidroelctricas)

    Sistema Potencia (MW) % del total Generacin (GWH) % del total

    Norte 6953 30.1% 34465 35.8%

    Sur 14238 61.5% 53639 55.7%

    Tijuana Mexicali 1084 4.7% 5429 5.6%

    Peninsular 588 2.5% 2140 2.2%

    Pequeos sistemas independientes 282 1.2% 637 0.7%

    Total 23145 100% 96310 100%

    Fuente: Informe de operacin de la CFE (diciembre de 2001) Generacin La generacin de energa elctrica en la Comisin Federal de Electricidad se realiza por medio de las

    tecnologas disponibles en la actualidad, centrales hidroelctricas, termoelctricas, elicas y nuclear.

    Al cierre del mes de diciembre del ao 2001 la CFE, incluyendo productores externos de energa, cuenta con una

    capacidad efectiva instalada para generar energa elctrica de 37,650.32 megawatts (MW), de los cuales 9,389.82 MW

    son de hidroelctricas, 23,455.54 MW corresponden a las termoelctricas que consumen hidrocarburos; 2,600.00 MW a

    carboelctricas; 837.90 MW a geotermoelctricas; 1,364.88 MW a la nucleoelctrica y 2.18 MW a la eoloelctrica.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 16

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Desarrollo de la capacidad instalada y de la generacin

    A lo largo de los aos, la generacin ha aumentado para cumplir el objetivo fundamental de la CFE, que es

    avanzar para atender todas las necesidades de energa elctrica de la poblacin, de la industria, la agricultura,

    el comercio y los servicios en Mxico.

    1995 1996 1997 1998 1999 2000* 2000**

    a

    Diciembre

    2001*

    a

    Diciembre

    2001**

    Capacidad

    (MW) 32,166 33,920 33,944 34,384 34,839 35,385 35,869 36,195 37,650

    Generacin

    (TWh) 140.82 149.97 159.83 168.98 179.07 189.99 191.20 190,88 194,92

    * No incluye Productores Externos de Energa.

    ** Incluye 4 Centrales de productores externos de energa con una capacidad total de 1,455.43 MW, las

    cuales se incluyen en el apartado de centrales generadoras.

    Generacin Termoelctrica.

    En el proceso termoelctrico existe una clasificacin de tipos de generacin de acuerdo a la tecnologa

    utilizada para hacer girar los generadores elctricos, denominndoseles como sigue:

    Vapor: con vapor se produce el movimiento de una turbina acoplada al generador elctrico.

    Turbogas: con los gases de combustin se produce el movimiento de una turbina acoplada al generador elctrico.

    Combustin Interna: con un motor de combustin interna se produce el movimiento del generador elctrico.

    Una segunda clasificacin corresponde al tipo de centrales que utilizan una combinacin de las tecnologas de

    turbogas y vapor para la generacin de energa elctrica, denominada:

    Ciclo combinado

    Otra clasificacin de las centrales termoelctricas corresponde al combustible primario para la produccin de

    vapor, segn:

    Vapor (combustleo, gas y disel)

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 17

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Carboelctrica (carbn)

    Dual (combustleo y carbn)

    Geotermoelctrica ( vapor extrado del subsuelo)

    Nucleoelctrica (uranio enriquecido)

    Para el cierre de diciembre de 2001, la capacidad efectiva instalada y la generacin de cada una de estos tipos de

    generacin termoelctrica, es la siguiente:

    Tipo Capacidad en MW Generacin GWh

    Vapor 14,058.50 89,773

    Dual 2,100.00 14,109

    Carboelctrica 2,600.00 18,567

    Ciclo Combinado * 5,188.35 24,825

    Geotermoelctrica 837.90 5,567

    Turbogas 2,006.68 5,066

    Combustin interna 102.01 467

    Nucleoelctrica 1,364.88 8,726

    Total 28,258.32 167,101

    * Incluye productores externos de energa

    (Centrales ciclo combinado Mrida III, Hermosillo, Saltillo y Tuxpan II)

    Descripcin del proceso de las centrales termoelctricas tipo vapor

    Una central termoelctrica de tipo vapor es una instalacin industrial en la que la energa qumica del combustible se transforma en energa calorfica para producir vapor, este se conduce a la turbina donde su energa cintica se convierte en energa mecnica, la que se transmite al generador, para producir energa elctrica.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 18

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Secuencia de transformaciones de energa

    Centrales termoelctrica tipo vapor

    Estas centrales utilizan el poder calorfico de combustibles derivados del petrleo (combustleo, disel y gas natural), para calentar agua y producir vapor con temperaturas del orden de los 520C y presiones entre 120 y 170 kg/cm, para impulsar las turbinas que giran a 3600 r.p.m.

    Esquema de una central termoelctrica tipo vapor

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 19

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Generacin Nucleoelctrica Laguna Verde

    La nica central nucleoelctrica del pas

    Laguna Verde se encuentra localizada sobre la costa del Golfo de Mxico, en el municipio de Alto Lucero,

    estado de Veracruz. Est integrada por dos unidades, cada una con una capacidad de 682.44 MWe (Mega

    Watts elctricos); los reactores son tipo Agua Hirviente (BWR-5) y la contencin tipo Mark II de ciclo directo.

    La Unidad 1 ha generado ms de 51.3 millones de MWh, con una disponibilidad de 84.3% y un factor de

    capacidad de 80%; mientras que la Unidad 2 ha generado ms de 30.5 millones de MWh, siendo su factor de

    disponibilidad de 83.5% y el de capacidad de 79.7%. Ambas unidades representan el 3.62% de la capacidad

    efectiva instalada de CFE*, con una contribucin a la generacin del 4.48%.

    * Incluyendo productores externos.

    Localizacin Laguna Verde; 70 km al NNO de la ciudad de

    Veracruz.

    Nmero de unidades Dos

    Proveedor de los sistemas

    nucleares de suministro de vapor General Electric

    Tipo de reactor BWR/5 (reactor de agua ligera en ebullicin).

    Potencia trmica por reactor 2,021 MWt

    Carga inicial de combustible por reactor 444 ensambles; 92 toneladas de combustible

    (UO2) al 1.87% U235 en promedio

    Recarga anual de combustible por reactor 96 ensambles al 2.71% de U235

    Proveedor de los turbogeneradores Mitsubishi Corporation

    Potencia elctrica bruta por unidad 682.44 MWe

    Potencia elctrica neta por unidad 655.14 MWe

    Energa anual generada por unidad 4,782 GWh, al 80% de factor de capacidad

    Ahorro anual en combustleo por unidad 1 milln 96 mil metros cbicos (6 millones 895

    mil barriles).

    Lneas de transmisin Tres de 400 KV a Tecali, Puebla y Poza Rica;

    Dos de 230 KV a la ciudad de Veracruz

    En cuanto a la seguridad en la operacin de la central, en ms de 400 unidades nucleoelctricas que

    actualmente operan en el mundo se ha demostrado que el riesgo es inferior al de cualquier planta industrial

    que utilice calor para trabajar, ya que desde el diseo, construccin y operacin de una nucleoelctrica el

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 20

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    nfasis fundamental est precisamente en garantizar la seguridad. En el caso de Mxico, Laguna Verde cumple

    con las ms estrictas normas; su operacin la vigilan los diversos organismos reguladores nacionales e

    internacionales responsables de la correcta aplicacin de la energa nuclear para el progreso.

    Generacin Hidroelctrica

    Las centrales hidroelctricas utilizan la energa potencial del agua como fuente primaria para generar

    electricidad. Estas plantas se localizan en sitios en donde existe una diferencia de altura entre la central

    elctrica y el suministro de agua. De esta forma, la energa potencial del agua se convierte en energa cintica

    que es utilizada para impulsar el rodete de la turbina y hacerla girar para producir energa mecnica. Acoplado

    a la flecha de la turbina se encuentra el generador que finalmente convierte la energa mecnica en elctrica.

    Una caracterstica importante es la imposibilidad de su estandarizacin, debido a la heterogeneidad de los

    lugares en donde se dispone de aprovechamiento hidrulico, dando lugar a una gran variedad de diseos,

    mtodos constructivos, tamaos y costos de inversin.

    Las centrales hidroelctricas se pueden clasificar de acuerdo con dos diferentes criterios fundamentales, a

    saber:

    1. Por su tipo de embalse.

    2. Por la altura de la cada del agua.

    Generacin Eoloelctrica

    Descripcin del proceso de las centrales elicas

    Este tipo de central convierte la energa del viento en energa elctrica mediante una aeroturbina que hace girar un

    generador. La energa elica est basada en aprovechar un flujo dinmico de duracin cambiante y con desplazamiento

    horizontal. La cantidad de energa obtenida es proporcional al cubo de la velocidad del viento, lo que muestra la

    importancia de este factor.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 21

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Los aerogeneradores aprovechan la velocidad de los vientos comprendidos entre 5 y 20 metros por segundo.

    Con velocidades inferiores a 5 metros por segundo el aerogenerador no funciona y por encima del lmite

    superior debe pararse para evitar daos a los equipos.

    Esquema de una central elica

    Desarrollo de la energa elica en Mxico

    Adems de la geotermia, la nica fuente de energa alterna susceptible de desarrollarse a precios competitivos

    en gran escala es la energa elica o energa del viento.

    Central elica de La Venta, Oaxaca

    La Central de La Venta se localiza en el sitio del mismo nombre, a unos 30 kilmetros al noroeste de la ciudad

    de Juchitn, Oaxaca. Fue la primera planta elica integrada a la red en Mxico y en Amrica Latina, con una

    capacidad instalada de 1.575 MW.

    Central elica de Guerrero Negro, Baja California Sur

    Se ubica en las afueras de Guerrero Negro, Baja California Sur, dentro de la Zona de Reserva de la Biosfera de

    El Vizcano.

    Tiene una capacidad de 0.600 MW, y consta de un solo aerogenerador.

  • INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS 22

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

    FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERAS CIVIL Y GEOMTICA

    DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

    Centrales generadoras

    La capacidad efectiva de generacin de energa elctrica a cargo de CFE est constituida por 159 centrales

    generadoras de energa elctrica, divididas en 64 centrales hidroelctricas, 83 termoelctricas que consumen

    hidrocarburos, 7 geotermoelctricas, 2 carboelctricas, 1 nucleolctrica y 2 eoloelctricas con una capacidad

    instalada de 37,650.32 MW en total, al cierre del 31 de diciembre del ao 2001.

    Informacin preliminar diciembre 2011