INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE MISANTLA

Fundamentos de investigación

unidad iv:

energías renovables para la producción

de electricidad

integrantes:

Ismael Hernández Zamora

Rubén Eliud Landero delgado

Francisco Iván

DOCENTE:

Iván montes Nogueira

Electromecánicos

Grupo ¨A¨

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Índice

Capitulo I: Introducción………………1

1.1 Planteamiento del problema………………………..2

1.2 Justificación……………………….…………………2

1.3 Objetivos…………....………………………………………...2

Capitulo II: Marco teórico…………………………….3

1.1.2.1.2 Electromagnético……………………………….............4

1.1.2.1.3 Electrodinámico………………………………….…..…4

1.1.2.2 Utilización…………………………………......................4

1.1.3 Galvanómetro ………………………………………….…..6

1.1.3.1 Componentes del galvanómetro …………………….…...7

1.1.3.2 Tipos de galvanómetros……………………….………….8

1.1.3.2.1 Imán móvil………………………………………....…..8

1.1.3.2.2 Cuadro móvil……………………………………..…….8

Capitulo III: Metodología……………………………………….8

1.1.5 Voltímetro………………………………………………….9

1.1.5.1 Clasificación……………………………………………….10

Capitulo IV: Bibliografías…………………………….27

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Capitulo I; introducción

1.1 Planteamiento del problema

Esta investigación se va a basar en la sustitución de las plantas de energía nuclear para la producción de energía eléctrica, por las plantas de energías renovables o energías naturales que se encuentran en el medio ambiente, ya que el tipo de plantas nucleoeléctricas aunque a pesar de la seguridad que estas tengan son un peligro latente para nuestra sociedad (son como una bomba de tiempo) en este caso para el estado de Veracruz que es donde se encuentra la planta nucleoeléctrica de laguna verde. El motivo principal es que se podría producir un problema como es el que en estas ocurra una explosión y cause la muerte de cientos e incluso miles de personas, además, de grandes efectos ecológicos, ya que al trabajar con materiales radiactivos, al hacer explosión contaminan gran parte del alrededor de donde se encontraban dejando la zona inhabitable y que también esta radiación deja afectaciones a las generaciones presentes y futuras.

1.2 Justificación

Esta investigación de la sustitución de plantas nucleoeléctricas por plantas de energías renovables (plantas eólicas, plantas solares, plantas mareomotrices, etc.), se hace principalmente porque se ha visto que en el paso de los años, en este tipo de plantas (nucleoeléctricas), aunque son buenas

productoras de energía eléctrica, son muy peligrosas. Estos peligros, podrían llegar a tener una gran repercusión en el medio ambiente y en los seres vivos si son liberados a la atmósfera, o vertidos sobre el medio ambiente, llegando incluso a producir la muerte, y condenar a las generaciones venideras con mutaciones.

En las plantas nucleoeléctricas ya han ocurrido desastres fatales como por ejemplo lo que ocurrió en el año de 1986 Chernóbil que fue el mayor desastre de la historia catalogado en este tipo de plantas, la cual tubo un problema y que trajo consigo que esta explotara causando por consecuente la muerte de cientos de personas civiles (hombres y mujeres de distintas edades y sexos), y que no solo con esto, también provoco en el área que quedara contaminada con desechos nucleares y que esto también afecto a las personas de ese entonces y marco a las generaciones futuras.

Otro desastre grande que ocurrió fue el la planta nucleoeléctrica Fukushima (Japón) en el 2011, cuando ocurrió un gran terremoto y tras de este

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un tsunami el cual afecto la planta en la cual hubo una serie de explosiones en sus reactores el cual afecto a personas y creo una gran contaminación por radiación.

Nosotros no estamos exentos de que esto nos ocurra en nuestro estado por ello se plantea esta sugerencia para quitar este tipo de plantas (nucleoeléctricas) ya que estas emiten una radiación constante la cual afecta nuestra salud (principalmente a los que nos encontramos cerca de este tipo de planta), y que al poner plantas de energías renovables estaremos reduciendo la contaminación al medio ambiente y quitándonos un peligro latente (que es el de la emisión de radiación o incluso una explosión) a la cual estamos expuestos de que pueda suceder por alguna causa, además, de que se tienen los recursos naturales en nuestro municipio para crear este tipo de plantas para generar energía eléctrica a través de dichos recursos.

1.3 Objetivos

El objetivo principal es construir plantas de energías renovables para la producción de energía eléctrica para así evitar la radiación que emiten las nucleoeléctricas, además, de quitar el peligro de que ocurra una explosión aunque esto sea, por mucho, algo improbable de que ocurra.

También otro objetivo seria tener una mejor calidad de vida en nuestro estado y vivir de una manera mas tranquila, ya que en ocasiones se tiene el temor de que se pueda ocurrir una tragedia como podría ser la explosión de esta planta nucleoeléctrica.

Y otro objetivo seria aprovechar nuestros recursos renovables y sacarle provecho, pero, que a la vez evitemos contaminar el medio ambiente y preservarlo más para las generaciones futuras.

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Capitulo II: marco teórico

2.1 Energía renovable

Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes

naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que

contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales.

Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica,

hidroeléctrica, mareomotriz, solar, undimotriz y los biocombustibles.

2.1.1 Evolución histórica de la energía renovable

Las energías renovables han constituido una parte importante de la energía utilizada por los humanos desde tiempos remotos, especialmente la solar, la eólica y la hidráulica. La navegación a vela, los molinos de viento o de agua y las disposiciones constructivas de los edificios para aprovechar la del sol, son buenos ejemplos de ello.

Con el invento de la máquina de vapor por James Watt, se van abandonando estas formas de aprovechamiento, por considerarse inestables en el tiempo y caprichosas y se utilizan cada vez más los motores térmicos y eléctricos, en una época en que el todavía relativamente escaso consumo, no hacía prever un agotamiento de las fuentes, ni otros problemas ambientales que más tarde se presentaron.

Hacia la década de años 1970 las energías renovables se consideraron una alternativa a las energías tradicionales, tanto por su disponibilidad presente y futura garantizada (a diferencia de los combustibles fósiles que precisan miles de años para su formación) como por su menor impacto ambiental en el caso de las energías limpias, y por esta razón fueron llamadas energías alternativas. Actualmente muchas de estas energías son una realidad, no una alternativa, por lo que el nombre de alternativas ya no debe emplearse.

Según la Comisión Nacional de Energía española, la venta anual de energía del Régimen Especial se ha multiplicado por más de 10 en España, a la vez que sus precios se han rebajado un 11%.

2.1.2 Ventajas de la energía renovable

Las fuentes de energía renovables son distintas a las de combustibles fósiles o centrales nucleares debido a su diversidad y abundancia. Se considera que el Sol abastecerá estas fuentes de energía (radiación solar, viento, lluvia, etc.) durante los próximos cuatro mil millones de años. La primera ventaja de una cierta cantidad de fuentes de energía renovables es que no producen gases de efecto invernadero ni otras emisiones, contrariamente a lo que ocurre con los combustibles, sean fósiles o renovables. Algunas fuentes renovables no emiten

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dióxido de carbono adicional, salvo los necesarios para su construcción y funcionamiento, y no presentan ningún riesgo suplementario, tales como el riesgo nuclear.

2.1.3 Las fuentes de energía renovables en la actualidad

Representan un 20% del consumo mundial de electricidad, siendo el 90% de origen hidráulico. El resto es muy marginal: biomasa 5,5%, geotérmica 1,5%, eólica 0,5% y solar 0,05%.

Alrededor de un 80% de las necesidades de energía en las sociedades industriales occidentales se centran en torno a la industria, la calefacción, la climatización de los edificios y el transporte (coches, trenes, aviones). Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones a gran escala de la energía renovable se concentra en la producción de electricidad.

En España, las renovables fueron responsables del 19,8 % de la producción eléctrica. La generación de electricidad con energías renovables superó en el año 2007 a la de origen nuclear.

En Estados Unidos, en 2011 la producción de energía renovable superó por vez primera a la nuclear, generando un 11.73% del total de la energía del país. Un 48% de la producción de energías renovables provenía de los biocombustibles, y un 35% a las centrales hidroeléctricas, siendo el otro 16% eólico, geotérmico y solar.

2.2 Energía renovable utilizada para la producción de electricidad 2.2.1 Energía solar

La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la

radiación electromagnética procedente del Sol.

La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser

humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido

evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y

la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células

fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en

energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o

energías limpias, que puede hacer considerables contribuciones a resolver

algunos de los más urgentes problemas que afronta la Humanidad.

Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas en

función de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las

tecnologías activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores

térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran

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diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de

los edificios al Sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o

que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios

mediante ventilación natural.La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía

solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.

Actualmente, y gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red.

2.2.2 Energía solar para la producción de electricidad (Energía solar fotovoltaica)

La energía solar fotovoltaica consiste en la obtención de electricidad directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada célula solar de película fina.

Este tipo de energía se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad a gran escala para redes de distribución. Debido a la creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años.

Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica de silicio policristalino oscilan entre el 14%-20%. Para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15%-21%. Los más altos se consiguen con los colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar un 70% de rendimiento en la transferencia de energía solar a térmica).

Los paneles solares fotovoltaicos no producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay líneas de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente. Sin embargo, son muy apropiados para proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica, instalaciones sencillas en azoteas y de autoconsumo fotovoltaico.

El autoconsumo fotovoltaico consiste en la producción individual a pequeña escala de electricidad para el propio consumo, a través de los paneles solares. Ello se puede complementar con el balance neto. Este esquema de producción, que permite compensar el consumo eléctrico mediante lo generado por una instalación fotovoltaica en momentos de menor consumo, ya ha sido implantado

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con éxito en muchos países. Fue propuesto en España por la asociación fotovoltaica ASIF para promover la electricidad renovable sin necesidad de apoyo económico adicional. El balance neto estuvo en fase de proyecto por el IDAE. Actualmente está recogido en el Plan de Energías Renovables 2011-2020.

Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la paridad de red igualar el precio de obtención de la energía al de otras fuentes más económicas en la actualidad, existen primas a la producción, que garantizan un precio fijo de compra por parte de la red eléctrica. Es el caso de Alemania, Italia o España. Este esquema de incentivos ya ha dado sus frutos, logrando que los costes de la energía fotovoltaica se sitúen por debajo del precio de venta de la electricidad tradicional en un número creciente de regiones.

Según un estudio publicado en 2007 por el World Energy Council, para el año 2100 el 70% de la energía consumida será de origen solar. Según informes de Greenpeace, la fotovoltaica podrá suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.

2.2.3 Tecnología y usos de la energía solar

Clasificación por tecnologías y su correspondiente uso más general:

Energía solar activa: para uso de baja temperatura (entre 35 °C y 60 °C), se utiliza en casas; de media temperatura, alcanza los 300 °C; y de alta temperatura, llega a alcanzar los 2000 °C. Esta última, se consigue al incidir los rayos solares en espejos, que van dirigidos a un reflector que lleva a los rayos a un punto concreto. También puede ser por centrales de torre y por espejos parabólicos.

Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.

Energía solar térmica: Es usada para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.

Energía solar fotovoltaica: Es usada para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.

Energía solar termoeléctrica: Es usada para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico).

Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra energía. Según la energía con la que se combine es una hibridación:

Renovable: biomasa, energía eólica.

No renovable: Combustible fósil. Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por

una chimenea donde están los generadores.

Otros usos de la energía solar y ejemplos más prácticos de sus aplicaciones:

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Huerta solar. Central térmica solar, como:

la que está en funcionamiento desde el año 2007 en Sanlúcar la

Mayor (Sevilla), de 11 MW de potencia que entregará un total de 24 GWhal

año.

y la de Llanos de Calahorra, cerca de Guadix, de 50 MW de potencia. En

proyecto Andasol I y II. Potabilización de agua. Cocina solar. Destilación. Evaporación. Fotosíntesis. Secado. Arquitectura sostenible. Cubierta Solar. Acondicionamiento y ahorro de energía en edificaciones.

Calentamiento de agua.

Calefacción doméstica.

Iluminación.

Refrigeración.

Aire acondicionado.

Energía para pequeños electrodomésticos.

2.3 Plantas de energías renovables propuesta para la producción de electricidad en vega de Alatorre.

2.3.1 Centrales solares

Las centrales solares son instalaciones destinadas a aprovechar la radicación del Sol para generar energía eléctrica. De manera general, puede decirse que las principales aplicaciones de los sistemas de aprovechamiento solar de baja y media temperatura se dan en el ámbito doméstico o industrial; son los

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sistemas basados en alta temperatura los que1 de manera específica, se utilizan para la producción de electricidad.

2.3.2 Funcionamiento

Una planta de energía solar cuenta con un funcionamiento sencillo, la misma, en sus instalaciones posee un mecanismo que busca calentar agua con energía solar y luego pasar el vapor de agua por una turbina de manera que produzca energía eléctrica. La mayoría de estas plantas solares han adoptado un sistema muy particular, el de la creación de un campo de espejos, los cuales mediante motores siempre reflejan el sol hacia una abertura en una torre; cuentan con una superficie de 55 hectáreas en donde 624 helioestatos de 120 metros cuadrados reflejan el sol. La altura de dicha torre puede variar pero habitualmente ésta es de 115 metros y posee una ventana en la parte superior de unos 100 metros cuadrados; la radiación solar pasa primero por la ventana para luego ser reflejada por el campo de helióstatos. El interior de una planta solar está revestido de refractarios sobre el que encontraremos el circuito de agua que se calienta debido a la radiación; esta agua recalentada se convertirá luego en vapor para atravesar un sistema de turbinas y generar electricidad.

3.2.3 Partes principales de la central y su funcionamiento de cada una de ellas.

3.2.3.1 Helióstatos:

Son varios espejos orientables, en los que se refleja la luz del Sol, haciendo que converjan en la caldera.

3.2.3.2 Caldera:

Es la parte de la central solar en la que convergen los rayos solares reflejados por los helióstatos, alcanzando una gran temperatura. Al alcanzar esa gran temperatura, calienta el agua que pasa por ella y la transforma en vapor.

3.2.3.3 Turbina:

El vapor generado en la caldera mueve la turbina, la cual está unida al generador para que éste reciba su movimiento.

3.2.3.4 Generador o alternador:

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Es el encargado de generar energía eléctrica; gracias al movimiento rotatorio de la turbina, el generador transforma ese movimiento en energía eléctrica mediante inducción.

3.2.3.5 Acumulador:

Almacena la energía calorífica que no ha sido utilizada, ejemplo de los clásicos termos de agua caliente, para su posterior empleo en ausencia de radiación solar.

3.2.3.6 Transformador:

Se encarga de transformar la energía eléctrica generada en el alternador para hacerla llegar a la red eléctrica.

3.2.3.7 Condensador:

Es donde se convierte el vapor (proveniente de la turbina) en agua líquida. Ello es debido a que en el interior del condensador existe un circuito de enfriamiento encargado de enfriar el vapor, transformándose en agua líquida.

3.2.3.8 Bomba:

Es la encargada de impulsar el agua de nuevo hasta la caldera.

3.2.3.9 Centro de control:

Es donde se controla todo el proceso de transformación de la energía solar en energía eléctrica.

3.2.4 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA CENTRAL:

3.2.4.1 Ventajas

Una vez realizada la instalación y hecha la inversión inicial, no se originan gastos posteriores (a excepción del mantenimiento); el consumo de energía eléctrica es totalmente gratuito.

No usa combustibles, eliminando la incomodidad de tener que aprovisionarse y el peligro de su almacenamiento.

Impacto ambiental nulo: la energía solar no produce desechos, ni residuos, basuras, humos, polvos, vapores, ruidos, olores, etc.

3.2.4.2 Inconvenientes

Necesidad de instalar la central en zonas donde se perciba la radiación solar durante más horas diarias y más días al año.

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Menor rendimiento que otros sistemas. Mayor complejidad mecánica que otros sistemas de aprovechamiento de

energías renovables. Peligro por las altas temperaturas que se alcanzan. Necesidad del empleo de acumuladores de calor para cuando no exista la

suficiente radiación solar.

3.2.5 Comparación de los diferentes sistemas de aprovechamiento de la energía solar

3.2.5.1 Energía Fotovoltaica

Ventajas:

En su versión más sencilla, no posee partes móviles o propensas a romperse, haciéndola ideal para los lugares poco accesibles o en los que no existe personal constantemente.

Los sistemas basados en paneles fotovoltaicos pueden crecer de forma modular con modificaciones muy sencillas a la estación existente previamente. De este modo pueden pasar de un solo panel a varios cientos para instalaciones a gran escala.

Inconvenientes:

Aunque el silicio es barato (material utilizado para su construcción), el proceso de creación de las obleas finales es muy complejo y caro.

Por otra parte, el rendimiento obtenido de la luz solar no es muy elevado si se le compara con el terreno que ocupa, aproximadamente un 13% de la energía solar recibida se transforma en solar.

3.2.5.2 Energía por colector solar plano convencional

Ventajas:

Es útil para calentar el agua de la calefacción y la que se usa dentro de la casa. Su construcción es sencilla y de bajo costo. Además la ausencia de piezas móviles les proporciona una gran durabilidad.

Inconvenientes:

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Debido a las pérdidas originadas por convección, la temperatura alcanzada no es demasiado elevada. A 80º el rendimiento del sistema es prácticamente nulo.

Necesidad de acumuladores de calor por medio de agua, similares en concepto a los termos para líquidos.

3.2.5.3 Energía por colector solar de vacío

Ventajas:

Se alcanza una mayor temperatura que en el anterior, pudiéndose emplear más eficazmente el vapor obtenido, en calefacción y otros usos en los que las temperaturas alcanzadas por el colector convencional son insuficientes.

Inconvenientes:

Los materiales empleados y la necesidad de una construcción delicada para generar el vacío hacen que suba el costo de fabricación.

Aunque no posee piezas móviles, tiene una mayor fragilidad.

Las temperaturas alcanzadas, aunque elevadas, no son suficientes para generar energía mecánica.

3.2.5.4 Energía por concentración lineal

Ventajas:

Las temperaturas que alcanzan permiten el uso del líquido calentado para calefacciones y también para turbinas de pequeño tamaño. Aunque más propenso a fallos que los sistemas totalmente estáticos, no tiene mucha complejidad mecánica y su fiabilidad se puede calificar de alta.

Inconvenientes:

El sistema no es apto para generar grandes fuerzas mecánicas. La larga distancia que tiene que recorrer el líquido calentado hace que su temperatura disminuya algo, por lo que el rendimiento es inferior al máximo posible.

Otro inconveniente es que, al tener que estar perfectamente orientado al Sol, y éste tener un movimiento bastante complejo, es necesario el uso de un sistema de

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dos ejes en los que controlen constantemente el error Norte-Sur y el Este-Oeste que produce el movimiento del Sol.

La complejidad mecánica añadida al sistema no suele compensar la ganancia de rendimiento, por lo que estos sistemas no se hallan muy extendidos.

3.2.5.5 Energía por hornos solares de torre central

Ventajas:

Es el sistema de calentamiento que mayor rendimiento obtiene en la conversión a energía eléctrica.

Al diseñarse a escalas grandes, el elevado coste del sistema de control se reparte entre mayor número de kilovatios obtenidos, proporcionando una mayor rentabilidad.

Inconvenientes:

Menor rendimiento que otros sistemas, por ejemplo el fotovoltaico. La precisión necesaria en la orientación de los helióstatos hace que su construcción y mantenimiento sean delicados, debido a su gran número, haciendo disminuir la fiabilidad del sistema.

Capitulo III: Metodología

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Capitulo IV: Bibliografías

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovable http://es.wikipedia.org/wiki/Energ

%C3%ADa_solar#Energ.C3.ADa_solar_fotovoltaica http://html.rincondelvago.com/centrales-solares_1.html Guía escolar VOX: Nuevas Tecnologías, Informática. CD-ROM: Soluciones Energéticas, S.A. (SOLENER). “Energías

alternativas”.