Hidroenergia UNC

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA-SECCIÒN JAEN

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Curso: Hidroenergía Ing. Juan A. Olano Guzmán

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FUNDAMENTOS TECNICOS DEL SECTOR ELECTRICOS Para tener un panorama completo del sector eléctrico eléctrico resulta imprescindible contar contar con un conocimiento de los aspectos técnicos y económicos propio de dicho sector; abordaremos primero los fundamentos técnicos, los cuales serán presentados tomando en cuenta tres actividades principales del mercado eléctrico: la generación, la transmisión y la distribución. 1.1.LA 1.1. LA GENERACION ELÉCTRICA La generación es la primera actividad de la cadena productiva de energía eléctrica, lo cual consiste en transformar alguna clase de energía (térmica, mecánica, luminosa, entre otras) en energía eléctrica. 1.1.1

Energía y potencia eléctrica

La energía eléctrica se produce ante la presencia del movimiento de electrones, lo cual es causado por una tensión eléctrica. La cantidad de energía eléctrica que se produzca dependerá entonces de cuantos electrones se trasladen por unidad de tiempo, el tiempo que perdure dicho movimiento y la magnitud de tensión que las ocasione. Para poder entender de manera clara lo señalado, se debe tener en cuenta que en condiciones de equilibrio, los átomos tienen la misma cantidad de protones y electrones, es decir, se encuentran estabilizados o neutralizados electrónicamente. Sin embargo, existen ocasiones en las cuales los átomos pueden descompensarse o electrizarse, electrizarse, es decir una mayor cantidad de electrones o protones y, por lo tanto, una carga eléctrica (positiva o negativa), a estos átomos con carga eléctrica se les denomina iones. La presencia de los referidos átomos descompensados causa una tensión o voltaje (similar a la presión en el flujo de fluidos, como el agua o el aire), lo que provoca un flujo de electrones, es decir corriente eléctrica, que continúa hasta que se compensen las cargas eléctricas en los átomos. La corriente eléctrica que se traslada por unidad de tiempo se denomina intensidad de corriente. En función de todos esos elementos, se puede definir la energía eléctrica como el producto del voltaje (V), la intensidad de la corriente eléctrica (I) y el tiempo tiempo transcurrido (t).

E=V x I x t……………………. (1)

Donde: E: Energía eléctrica eléctrica (medido en Watts Watts por hora – Wh) Wh) V: Voltaje (medio en voltios – V) V) I: Intensidad de corriente (medido en amperios – A) A) t : Tiempo transcurrido (medido en horas – h) h)






















período determinado, la potencia eléctrica equivale a la energía eléctrica que se produce en cada unidad de tiempo, y por lo tanto: P = E/t……………………. E/t……………………. (2) Remplazando (1) en (2): P = VxI…………………… (3)

1.1.2

Potencia, máxima demanda y factor de carga

En el sector eléctrico, se dice que la demanda eléctrica es variable en el tiempo porque el consumo de electricidad puede variar de acuerdo a la hora del día. En efecto, en ciertas horas se consume más electricidad, por ejemplo en las noches (entre 6:00 pm. Y 11:00 pm., a las que llamamos horas de punta), mientras que en otras se consume menos electricidad, así por la mañana y tarde (horas fuera de punta). Dentro de esa línea el concepto de de mayor consumo en un máxima demanda hace referencia al registro de demanda de período determinado. Dicho de otra forma, si dividiéramos un período en intervalos de tiempo idénticos, de una hora cada uno, la mayor potencia registrada en un determinado período sería la máxima demanda. A modo de ejemplo el gráfico N°01 se propone la demanda eléctrica ficticia de un día (24 horas), donde se puede apreciar que, en la primera hora se presenta una demanda de energía de 4 MWh, en la octava se demandan 2MWh y en la vigésimo primera 9 MWh. Para este caso, la demanda total de energía es de 120MWH en un día, este resultado es producto de la suma de lo demandado en cada una de las horas del día, tal como se presenta a continuación: Hora1+hora2+hora3+…+hora Hora1+hora2+hora3+…+hora 23+hora24=Demanda 23+hora24=Demanda de energía del día

4+2+1+3+2+3+4+2+5+4+5+4+3+5+4+6+8+10+9+8+9+8+6+5=120 Adviértase que la máxima demanda del período se produce en la decimoctava hora (6:00 p.m.) y es igual i gual a 10 MWh de potencia. En el ejemplo propuesto, si se quisiera instalar un generador con una potencia suficiente como para atender dicha máxima demanda se necesitaría instalar por lo menos uno de 10 MW de potencia. Del ejemplo propuesto se puede notar que existe una relación estrecha entre potencia y máxima demanda, y es, justamente, atendiendo a esta relación que a la máxima también se le denomina “demanda de potencia”.

Gráfico N° 1: Energía y Potencia






















Un segundo tema a tratar es eficiencia en la provisión de energía en función de las características de la demanda. Para ello en el Gráfico N°2, se propone un caso en el cual se muestra una demanda de energía constante (5 MWh) en cada una de las horas del día. Para este caso, la demanda de energía en un día nos da un total de 120 MWh (5MWh X 24) y la demanda de potencia sería igual a 5MW, debido a que es la máxima potencia requerida en un día, pero presentada de manera uniforme durante todo el período. GRAFICO N°02: Factor de carga y eficiencia

De los dos ejemplos propuestos, propuestos, se observa observa que la demanda de energía es la misma (120 MWh); sin embargo, en el primer caso se necesita mayor capacidad o potencia para servir a la demanda (10 MW en lugar 5MW), ello se traduce en la necesidad de una mayor inversión para poder cubrir la demanda máxima. Asimismo, significa que durante muchas horas del día se tiene capacidad de producción (potencia) sin usar, es decir, capacidad instalada ociosa. Mientras que el segundo caso, se tiene capacidad instalada (potencia) de 5 MW y una demanda igual y constante en todo el período analizado, por lo que se utiliza el 100% de la capacidad en todo momento. Un concepto relacionado al hecho anterior y que permite medir la eficiencia en la utilización de la capacidad de producción o potencia es el factor de carga, en el cual se define como el ratio entre la carga o demanda promedio y la carga o demanda máxima durante el período analizado. Factor de carga (Fc) = (carga total del período/período)/carga máx. del período = Carga prom. del período/Carga max. del período……………… (4) Utilizando (4) se puede calcular el factor de carga de los casos propuestos anteriormente:






















Se puede apreciar que para el primer caso, el factor de carga es igual a 0.5 o 50%, lo que indica que se utiliza en promedio la mitad de la capacidad de producción (potencia instalada); mientras que en el segundo caso, se presenta un factor de carga 1 o 100%, lo que indica que se presenta una situación de máxima eficiencia, debido a que la capacidad usada en sus totalidad en todo momento. Por último, se debe indicar que, utilizando el factor de carga, se puede calcular un índice de capacidad ociosa de la siguiente forma: Factor de capacidad ociosa = 1-Fc

1.1.3 Corriente continua y corriente alterna Existen dos formas en la que se presenta la energía eléctrica, una es a través de la corriente continua y otra es a través de la corriente alterna. La segunda es la de mayor utilización, debido a razones técnico económicas, entre las que podemos mencionar la facilidad para transportarla a mayores voltajes disminuyendo con ellas las pérdidas de energía en el transporte a largas distancias. La corriente continua es aquélla que no cambia de polaridad en el tiempo, por ejemplo ejemplo las pilas y las baterías proveen este tipo de corriente. Grafico N° 3: Corriente continua

+

Voltio 0 Tiem o

Grafico N° 4: Corriente alterna






















1.1.4 Como se genera la electricidad

Generación eléctrica es el proceso de producción de electricidad o energía eléctrica, en las que se utiliza una maquina llamada alternador o generador eléctrico, lo cual aprovecha la energía mecánica que se le aplica, donde un generador eléctrico o la agrupación de varios generadores forman una central eléctrica.

Grafico N° 05 : Generación de electricidad: el alternador
























que gira alrededor de su eje, el cual genera una corriente eléctrica inducida cuando se pone en contacto con los polos del imán. En la parte inferior B del mismo grafico se muestra un corte longitudinal del alternador. Se puede apreciar que el rotor se encuentra conectado a una vara metálica que hace girar. Dicha vara se encuentra conectada, a su vez, a una turbina, la cual al moverse hace girar el rotor del alternador produciendo corriente eléctrica alterna. 1.1.5 Tipos de generación eléctrica A. Generación hidráulica

Grafico N° 06: esquema de generación hidráulica de embalse



















Curso: Hidroenergía



Ing. Juan A. Olano Guzmán

B. Generación Térmica

Grafico N° 07: Esquema de la generación térmica a diésel y/o derivados

Grafico N° 08: Esquema de la generación térmica a carbón















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