Centrales Electricas I - Energia

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani CENTRALES ELÉCTRICAS I Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica LA ENERGÍA  DEFINICIÓN DE ENERGÍA.  HISTORIA Y EVOLUCIÓN.  PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA. - FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES. - FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica DEFINICIÓN DE ENERGÍA La energía es la fuerza vital de nuestra sociedad. De ella dependen la iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de viviendas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimentos y su preparación, el funcionamiento de equipos y maquinarias en las fábricas, etc. Definir científicamente lo que es la energía no es fácil. La versión más extendida es la que define energía como la magnitud física asociada con la capacidad de un sistema para realizar trabajo sobre otro sistema y que se rige bajo un principio fundamental:

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica La energía total de un sistema aislado se mantiene constante y, por lo tanto, no puede existir creación o desaparición de energía, sino transferencia de un sistema a otro, o transformación de energía de una forma a otra. Aun siendo única, la energía puede presentarse en diversas formas: mecánica, electromagnética, térmica, química, metabólica, nuclear, entre otras. Existe también la posibilidad de que estas se transformen entre sí, pero respetando siempre el principio de conservación de la energía. La unidad de medida de la energía en el Sistema Internacional (SI) es el joule que se define como:

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Joule es igual al trabajo realizado cuando una fuerza de un Newton desplaza su punto de aplicación un metro. Sin embargo, al existir diversas formas en que la energía puede presentarse, existen otras unidades de medida importantes, en la vida corriente, es frecuente usar la caloría, unidad utilizada para medir el poder energético de los alimentos 1 cal = 4,186 joule Para la energía eléctrica se usa el kilovatio-hora, que es el trabajo que realiza una máquina cuya potencia es de 1 kW durante 1 hora.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica 1 kW-h = 36 x 10 joule En el campo de los combustibles fósiles (como el carbón o el petróleo), se usan dos unidades: - tec (tonelada equivalente de carbón): es la energía liberada por la combustión de una tonelada de carbón (hulla). - tep (tonelada equivalente de petróleo): es la energía liberada por la combustión de una tonelada de crudo de petróleo. 1 tec = 29,3 x 10 joule 1 tep = 41,84 x 10 joule

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica HISTORIA Y EVOLUCIÓN La leña fue una de las primeras fuentes de energía utilizadas por la humanidad así, hace 25000 años, los hombres y mujeres de la Edad de Piedra encendían troncos de árboles o ramas secas para cocinar, calentar sus cuevas y, cobertizos y protegerse de los animales. Miles de años más tarde, los pobladores de la Polinesia aprendieron a utilizar la energía del viento para impulsar las velas de sus barcos en altamar. Los musulmanes, desde el año 800 antes de Cristo, molieron granos en molinos con ruedas accionadas con la fuerza del viento, tecnología que aprendieron los europeos y que empezaron a utilizar para fines similares después de las Cruzadas.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica La fuerza de los animales fue otra de las fuentes de energía que el hombre aprovechó en su beneficio. Desde la antigüedad hasta el siglo XVII, se utilizó la fuerza de caballos, bueyes, camellos, burros y elefantes para atender las crecientes necesidades de transporte. Sin embargo, la primera fuente de energía que se convirtió en una fuente de riqueza por si misma fue el carbón, que hasta hoy en día es un importante combustible, a pesar de que produce efectos contaminantes indeseables.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Cabe señalar la gran importancia de la hidroelectricidad durante la Revolución Industrial, que impulsó la industria textil y la del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América; sin embargo, la construcción de grandes presas de contención todavía no era posible: el bajo caudal disponible y los efectos climáticos, como heladas en épocas de invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Al espectacular desarrollo tecnológico protagonizado por la máquina de vapor, le siguieron el desarrollo del motor de explosión, el generador eléctrico y el reactor nuclear. En 1804 la primera locomotora echó a andar y en 1807 Robert Fulton inventó el barco a vapor. Al mismo tiempo el escocés Walter Murdock, descubrió como iluminar usando gas de carbón. Otros investigadores descubrieron que si se calentaba el carbón hasta su punto de ignición, se podía obtener un líquido que llamaron aceite de carbón, al que conocemos con el nombre de kerosene. En 1807 las calles de Londres eran iluminadas con lámparas que usaban aceite de carbón.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Mientras el carbón era usado por el movimiento industrial, algunos científicos empezaron a desarrollar fuentes de energía renovables como alternativa al carbón. Estas fuentes de energía incluyen a la energía solar, hidroenergía, energía eólica y energía geotérmica. En paralelo, otro gran cambio estaba por suceder en Norteamérica cuando el coronel Edwin Drake consiguió perforar y extraer petróleo en Titusville, Pennsylvania. Al poco tiempo se descubrió que a partir de la refinación del petróleo, podían obtenerse diversos productos como gasolina, kerosene y diesel.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Con la invención del motor de combustión interna por Lenoir, que usaba gasolina como combustible; la del automóvil por Dailmer y Benz, al montar el motor sobre un carruaje; y la introducción masiva de automóviles por Henry Ford, el automóvil empezó a convertirse en el medio preferido de transporte. Así, el petróleo gradualmente superó al carbón como principal fuente de energía en el ámbito mundial. En la segunda parte del siglo XX, se desarrolló nuevas formas de energía tales como la energía nuclear. Se utilizó la energía encerrada dentro del átomo, en plantas nucleares de generación eléctrica para proveer energía a ciudades.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Hoy en día, las plantas nucleares de generación eléctrica son ampliamente utilizadas por su eficiencia en la producción de energía, aunque la disposición de desechos radioactivos es perjudicial para el medio ambiente. Otra fuente de energía importante utilizada en la actualidad para la generación de electricidad es el gas natural, por sus bajos costos de capital comparado con otras fuentes alternas de energía, por su diseño modular que permite crecer con la demanda, por sus altas eficiencias de conversión y por sus bajas emisiones contaminantes.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Al carácter de energías no renovables se le añadió el calificativo de sucias a todas aquellas fuentes de energía utilizadas masivamente, al darse cuenta de la destructiva lluvia ácida y, posteriormente, al constatarse los aumentos de la concentración de CO2 atmosférico. Todo esto hace impensable que el modelo energético heredado sea sostenible a largo plazo. Si continúa como hasta ahora el incremento de emisiones de CO2 a la atmósfera, a mediados del siglo XXI se habrán doblado las emisiones. Todo esto significa que el camino energético actual no es viable y la sociedad energética futura deberá basarse en fuentes de energía renovables y limpias.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA Las fuentes de energía se pueden clasificar, dependiendo de su carácter continuo e inagotable, en fuentes renovables y en no renovables. A continuación se presenta una breve descripción de cada una de ellas. Son fuentes de energía renovables la energía hidráulica, solar, eólica, biomasa, mareomotriz y geotérmica. FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Es aquella energía obtenida principalmente de las corrientes de agua de los ríos. El agua de un río se almacena en grandes embalses artificiales que se ubican a gran altura respecto a un nivel de referencia. Esta energía potencial del agua es utilizada para la generación de electricidad en instalaciones denominadas centrales hidroeléctricas. Energía Hidraúlica Es el recurso energético más abundante del planeta. El flujo solar puede ser utilizado para suministrar calefacción, agua caliente o electricidad. Energía Solar

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Esta energía es producida por los vientos generados en la atmósfera terrestre. Se puede transformar en energía eléctrica mediante el uso de turbinas eólicas. Bajo el mismo principio se puede utilizar como mecanismo de extracción de aguas subterráneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura. Energía Eólica Constituye en muchos aspectos la opción más compleja de energía renovable, debido fundamentalmente a la variedad de materiales de alimentación, la multitud de procesos de conversión y la amplia gama de rendimientos. Energía Biomasa

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Consiste en la transformación de materia orgánica, como residuos agrícolas, forestales e industriales, aguas negras y residuos ganaderos, en energía calórica o eléctrica. Actualmente, la energía proporcionada por las mareas se aprovecha para generar electricidad, existiendo algunas instalaciones de este tipo en el norte de Europa. Constituye una energía muy limpia, pero plantea algunas cuestiones por resolver, sobre todo a la hora de construir grandes instalaciones : efecto negativo sobre la flora y la fauna , impacto visual y estructural sobre el paisaje costero. Energía Mareomotriz

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica La geotermia es una fuente de energía renovable ligada a volcanes, géiseres, aguas termales y zonas tectónicas geológicamente recientes, es decir, con actividad en los últimos diez o veinte mil años en la corteza terrestre. Las plantas geotérmicas aprovechan el calor generado por la tierra. A varios kilómetros de profundidad, en tierras volcánicas, los geólogos han encontrado cámaras magmáticas, con roca a varios cientos de grados centígrados, que atrapan agua y vapor de agua a altas temperaturas y presión, e impiden que estos salgan a la superficie. Energía Geotérmica

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Una vez que se dispone de pozos de explotación, se extrae el fluido geotérmico que consiste en una combinación de vapor, agua y otros materiales. Este se conduce hacia la planta geotérmica donde debe ser tratado para posteriormente accionar las turbinas que, con su rotación, mueve un generador que produce energía eléctrica.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Son fuentes de energía no renovables el carbón, el petróleo, el gas natural y la energía nuclear. FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES Es un combustible fósil y sólido que se encuentra en el subsuelo de la corteza terrestre y que se ha formado a partir de la materia orgánica de los bosques del periodo carbonífero, en la Era Primaria. La explotación y uso del carbón representa un múltiple y acusado impacto sobre el medio ambiente, por la producción de residuos, sustancias y gases tóxicos. Carbón

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Así por ejemplo, entre los principales gases emitidos en la combustión de carbón se encuentran: el dióxido de azufre (SO2), el dióxido de carbono (CO2) y el dióxido de nitrógeno (NO2), que contribuyen directamente a aumentar el "efecto invernadero", la "lluvia ácida", la contaminación de los nutrientes del suelo y de las aguas. Petróleo Constituye uno de los elementos líquidos más peligrosos del planeta, no por su naturaleza en sí, sino por el catastrófico uso que de el hace el hombre.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica La contaminación que provoca comienza desde su extracción, continuando durante el proceso de refinación y en las operaciones ordinarias de transporte, carga y descarga, no sólo por las emanaciones y sustancias tóxicas que se generan, sino también por los continuos derrames de material, que dañan de manera irreparable el ecosistema. Gás Natural Constituye un tipo de energía no renovable, ligado directamente a la industria del petróleo, aunque las consecuencias derivadas de su consumo son menos perjudiciales para el entorno natural.

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Centrales Eléctricas I Ing. Juan Renzo Illacutipa Mamani Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Energía Nuclear En realidad, debido a su menor impacto, se podría utilizar como una energía tránsito, capaz de sustituir con éxito al carbón y al petróleo, a corto o medio plazo, hasta alcanzar un óptimo desarrollo y aplicación de las energías limpias. Es la fuente energética de mayor poder, aunque no la más rentable. Sus dos principales problemas son:  Desechos radiactivos de larga vida  Alta potencialidad aniquiladora en caso de accidente

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