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Energía y Agua · Técnico Superior en Centrales Eléctricas
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Centrales Eléctricas
FP, Energía y Agua
Operación y mantenimiento de centrales de generación eléctrica. Fuente: Wikipedia (CC BY-SA 4.0).
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Lo que tienes que saber
Leer la teoría completa →Definición, historia y evolución de las centrales eléctricas
- Definición: Instalación industrial para generar energía eléctrica.
- Funcionamiento: Generadores transforman energía mecánica en eléctrica por inducción.
- Fuentes: Fósiles (carbón, petróleo, gas), nuclear y renovables (hidro, eólica, solar, undimotriz).
- 1870s: Zénobe Gramme crea el primer generador comercial.
- 1878: Primera central hidroeléctrica del mundo (Lord William Armstrong).
- 1882: Primera central térmica de carbón para uso público (Edison, Londres).
- 1882: Central de Pearl Street (Nueva York) utiliza corriente continua (CC).
- 1886: George Westinghouse desarrolla el sistema de corriente alterna (CA) con transformadores.
- Ventaja CA: Permite transmisión a larga distancia y mayor eficiencia económica.
- 1906: Introducción de la turbina de vapor, permitiendo unidades de enorme potencia.
- Pioneros: Westinghouse, Samuel Insull, Ferranti y Charles Hesterman Merz.
Funcionamiento, eficiencia y clasificación de las centrales térmicas
- Motor térmico: transforma energía térmica en energía de rotación.
- Centrales de vapor: generan vapor para impulsar una turbina.
- Segunda ley de la termodinámica: implica la disipación inevitable de calor.
- Cogeneración (CHP): recuperación de calor residual para múltiples usos.
- Estaciones de calderas: generan únicamente calor.
- Eficiencia termodinámica: limitada por la temperatura máxima del fluido.
- Carga base: régimen de funcionamiento más eficiente para las turbinas.
- Carga máxima: régimen intermitente para picos de demanda (menor eficiencia).
- Ciclo combinado: integra ciclo superior (turbina de gas) y ciclo inferior (turbina de vapor).
- Centrales de carbón: subproductos son cenizas, SO₂, NOx y CO₂.
- Energía nuclear: utiliza la fisión nuclear; aporta el 20% de la electricidad en EE. UU.
- Energía geotérmica: aprovecha el calor del subsuelo y desintegración radiactiva.
- Biomasa: utiliza residuos orgánicos y metano de vertederos.
- Subproductos industriales: incluye el uso de gas de alto horno.
- Solar térmica: usa espejos/colectores para calentar agua o sales fundidas.
Tecnologías de generación eléctrica y clasificación por despachabilidad
- Turbinas de vapor: producen el 90% de la electricidad no hidroeléctrica mundial
- Turbinas de gas: capacidad de arranque rápido (minutos) para picos de demanda
- Ciclo combinado: combina ciclos Brayton y Rankine con eficiencia > 60%
- Motores alternativos: usados en generación distribuida y sistemas de respaldo
- Microturbinas y motores Stirling: para combustibles de bajo poder calorífico o de oportunidad
- Carga base: operación continua (> 6.000 horas anuales) para demanda constante
- Centrales de punta: activadas solo en máximos de demanda con arranque en minutos
- Seguimiento de carga: ajuste de producción según variaciones diarias/semanales
- No programables: dependen de factores meteorológicos (eólica, solar, mareomotriz)
- Calor residual: disipación inevitable por la segunda ley de la termodinámica
- Eficiencia ciclo combinado: > 65%
- Eficiencia carbón/fuelóleo: entre 30% y 49%
- Torres de refrigeración húmedas: usan evaporación de una fracción del agua para enfriar el resto
Sistemas de refrigeración y centrales de energía renovable
- Torres de tiro natural: funcionan por convección natural sin ventiladores.
- Torres de tiro mecánico: usan ventiladores y relleno para maximizar contacto aire-agua.
- Refrigeración por aire/seca: menor eficiencia termodinámica y mayor consumo eléctrico que las torres húmedas.
- Circuito abierto: toma agua directamente del medio; causa contaminación térmica y mortalidad por impingement/entrainment.
- Central Indian Point: causa muerte de más de mil millones de huevos/larvas de peces al año.
- Hidroeléctrica: fuente más extendida (150 países); Asia-Pacífico produjo el 32% mundial en 2010.
- China: mayor productor hidroeléctrico con 721 TWh anuales.
- Solar Fotovoltaica: convierte luz en corriente continua mediante efecto fotoeléctrico.
- Solar Termosolar (CSP): usa espejos para calentar fluidos y generar vapor.
- Eólica: diseños modernos de tres palas y orientación upwind.
- Energía marina: incluye undimotriz (olas), mareomotriz (mareas), mareomotérmica (temperatura) y corrientes.
- Energía por gradiente salino: basada en el proceso de ósmosis.
Tecnologías de generación, almacenamiento y operación de centrales eléctricas
- Energía osmótica (PRO): Aprovecha la diferencia de presión entre agua dulce y salada
- Potencial de energía osmótica en Noruega: 25 TWh/año
- Biomasa: Combustión directa, gasificación y pirólisis
- Hidroeléctrica reversible: Tecnología de bombeo con pérdidas del 15-25%
- Baterías: Respuesta rápida en milisegundos
- Almacenamiento térmico: Guarda calor o frío
- Almacenamiento cinético: Utiliza volantes de inercia
- Capacidad nominal: Potencia máxima que una central puede producir de forma sostenida
- Factores de capacidad: Relación entre generación media y capacidad instalada
- Reserva operativa: Centrales en espera por alto costo marginal
- Reserva rodante: Centrales operando a mínima carga
- Seguridad y mantenimiento: Registro de temperatura, presión y vibración
- Despacho y control: Sincronización con frecuencia y tensión de la red
Vista previa de las fichas (6 de 25)
- 01
En las centrales eléctricas, ¿qué transformación de energía realizan los generadores eléctricos?
De energía mecánica a energía eléctrica.
- 02
¿Quién desarrolló en la década de 1870 un generador potente para producción a escala comercial?
Zénobe Gramme.
- 03
¿En qué año se construyó la primera central hidroeléctrica del mundo (en Cragside)?
1878.
- 04
¿Qué tecnología permitió la transmisión de CA a larga distancia de forma eficiente y económica?
Transformadores (para elevar/reducir el voltaje).
- 05
¿Qué innovación tecnológica hacia 1906 liberó a los generadores de las limitaciones de los motores alternativos?
La turbina de vapor.
- 06
En las centrales térmicas, ¿qué tipo de energía produce el motor térmico para mover los generadores?
Energía mecánica (de rotación).
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