Captulo Uno

Captulo Uno- Introduccin a las Redes Elctricas -

El objetivo de este captulo es dar una introduccin sobre los sistemas elctricos en el mundo, haciendo nfasis en el sistema Colombiano, su topologa, caractersticas, niveles de tensin y operacin.

1. Introduccin

1.1. Historia de las Redes Elctricas.---- 1.1.1. En el mundo.---- 1.1.2. En Colombia.

1.2. Sistema Elctrico colombiano.---- 1.2.1. Niveles de tensin.---- 1.2.2. Caractersticas.---- 1.2.3. Topologa.---- 1.2.4. Regulacin y operacin.Introduccin

La electricidad es una de las formas de energa ms utilizadas debido al dominio tecnolgico que se tiene de su proceso de produccin en grandes cantidades a partir de recursos hdricos y trmicos, y el conocimiento del proceso de transporte utilizando alta tensin que permite recorrer grandes distancias con bajas prdidas de energa, para llegar a los grandes centros de consumo donde se ha consolidado como un elemento indispensable en el diario vivir.

La posibilidad de utilizar energa elctrica en forma masiva se consolid durante el ltimo tercio del siglo XIX, donde los descubrimientos y aplicaciones en fsica mecnica, elctrica y materiales permitieron disear y construir generadores para satisfacer la insipiente demanda de energa elctrica. El desarrollo tecnolgico permiti la construccin de generadores de mayor potencia y con ello la necesidad de trasmitir energa elctrica hasta las ciudades cercanas al punto de generacin, lo que exiga que el proceso de transporte no consumiera la mayor parte de la energa producida. Es ante esta necesidad que el transformador encuentra la principal aplicacin. El transformador, un equipo capaz de elevar el nivel de tensin al cual se estaba generando la potencia elctrica con el fin de transportarla reduciendo las perdidas de energa en el proceso para luego otro transformador realizara la etapa de reduccin del nivel de tensin con el fin de hacer consumible la potencia elctrica.

Debido a la importancia que la energa elctrica tiene en el desarrollo social, poltico y econmico del mundo, en este captulo se tratar de una manera detallada su evolucin desde los primeros experimentos de Thomas Alva Edison en 1879, cuando lanzara su lmpara de filamento de carbono, hasta nuestros das, eso s realizando el mayor nfasis en comprender el Sistema Elctrico Colombiano. Sin ms prembulos, manos a la obra

En el Mundo

A travs de la siguiente Lnea de Tiempo exploraremos algunos de los acontecimientos ms destacados en el origen y desarrollo del las Redes Elctricas en el mundo.

Niveles de tensin

Antes que el usuario final haga uso de la energa elctrica en un lugar determinado (hogar, industria y/o comercio), esta ha tenido un proceso de transformacin en su nivel de tensin. Dicho proceso est dividido en varias etapas, desde la generacin hasta el consumo final.

Generacin.El nivel de tensin en Colombia para la etapa de generacin es de 13,8kV. Este voltaje es relativamente bajo si se compara con los utilizados en el proceso de transmisin debido a que a mayor tensin mayor debe ser el aislamiento utilizado y esto elevara los costos y dimensiones de las mquinas.

Transmisin.La transmisin de energa elctrica en Colombia se realiza en niveles de 230 y 500KV. Estos valores son elevados debido al factor distancia existente entre los puntos de generacin y consumo. Recordemos la ley de Joule, que expone el aumento de temperatura que sufre un conductor cuando una corriente elctrica circula a travs de l. La formula que describe este comportamiento es W = R * I^2 * t donde W es Energa calorfica y su unidad es Julios, R es Resistencia y su unidad es Ohmios, I es Intensidad de corriente y su unidad es Amperios, y t es Tiempo y esta dado en segundos. Debido a ello se pretende transmitir energa elctrica con tensiones muy elevadas para reducir de esta manera las prdidas en las lneas de transmisin.

Subtransmisin.En el proceso de transmisin existen puntos en los cuales pueden ser disminuidos los niveles de tensin. Estos puntos son denominados subtransmisin, los cuales permiten la alimentacin de centros de consumo que demanden cargas menores o industrias que requieran de un alto consumo de energa elctrica. Los niveles de subtransmisin en Colombia son las tensiones superiores a 57,5kV y menores a 220kV, es decir: 66kV, 110kV, 115kV y 138kV.

Distribucin.Debido a que los niveles de tensin requeridos en instalaciones residenciales, comerciales e industriales son relativamente bajos en comparacin a los utilizados en transmisin, es necesario disminuir los valores de tensin de subtransmisin a travs de transformadores de distribucin. Estos transformadores no deben ser alimentados con tensiones muy altas debido a que esto aumentara el nivel de aislamiento y por ende el costo del transformador.

Los niveles de tensin utilizados por los usuarios finales son: 0,208/0,120kV, 0,220/0,127kV 0,440/0,266kV.Caractersticas del Sistema Elctrico Colombiano

En el Sistema Elctrico Colombiano se genera la energa elctrica por medio de centrales que operan con recursos hdricos, gas natural, carbn mineral, entre otros.

La generacin correspondiente al ao 2004 fue de 48.571,51 GWh. Generando un 82,06% por recursos hdricos, 14,22% por plantas con gas natural, 3,36% por plantas que operan con carbn mineral y 0,36% por plantas elicas y cogeneradores. Para este mismo ao el pas contaba con una capacidad efectiva neta instalada de 13.354 MW. De esta capacidad 12.910 MW (96,7%) fueron suministrados a travs del Centro Nacional de Despacho y 444 MW (3,3%) fueron suministrados localmente.

Grfica 1.2.1. Capacidad efectiva neta despachada centralmente

Grfica 1.2.2. Capacidad efectiva neta no despachada centralmente

Las grficas 1.1 y 1.2 muestran la capacidad efectiva neta despachada en las distintas centrales de generacin.

La principal caracterstica del sistema elctrico colombiano, es la existencia de una sola red de interconexin elctrica, la cual esta constituida por 1.449 Km a 500KV y 10.908 Km a 220 - 230KV, el 68.5% perteneciente a ISA Interconexin elctrica S.A. la cual conecta los centros de generacin con los centros de consumo de la regin andina, litorales del Pacifico, Atlntico y parte de los Llanos Orientales, a travs de lneas, este conjunto trabaja a tensiones iguales o superiores a 220KV. En las dems zonas del pas la demanda de energa elctrica es atendida por generacin local.

El 31.5% restante de las propiedades de la red de Interconexin Elctrica pertenece en orden de importancia a: TRANSELCA (10,3%), EEPPM Empresas Pblicas de Medelln (7,9%), EEB Empresa de Energa de Bogot (7,3%), EPSA Empresa de Energa del Pacfico (3,1%), ESSA Electrificadora de Santander (1,5%), DISTASA S.A. (0,4%), CORELCA (0,3%), CHB Central Hidroelctrica de Betania (0,3%), CENS Centrales Elctricas de Norte de Santander (0,2%), y EBSA Electrificadora de Boyac (0,2%).

En el ao 2005 se registr a nivel Nacional un consumo de energa elctrica en el sector residencial en todos los municipios con un total de 16'614.417,061 (kWh). A continuacin se presentan los cinco municipios con el mayor consumo residencial.

Para ver los datos de Consumo Residencial haga clic Aqu

Grfica 1.2.3. Consumo Sector Residencial 2005

Para ver los datos de Consumo Industrial haga clic Aqu

Grfica 1.2.4. Consumo Sector Industrial 2005

Para ver los datos de Consumo Comercial haga clic Aqu

Grfica 1.2.5. Consumo Sector Comercial 2005

La distribucin y comercializacin de energa elctrica en Colombia es realizada por 28 empresas las cuales fueron fijadas a lo largo del pas. A cada una de ellas le fue asignada una zona especfica bien sea un departamento o una regin.

En la siguiente tabla se exponen las empresas encargadas de la distribucin comercializacin y su respectiva zona de influencia.

Tabla 1.2.4. Empresas Distribuidoras y Comercializadoras

Topologa

SISTEMA ENMALLADO ::.

En un sistema enmallado las cargas siempre estarn alimentadas, sin importar que en una de las lneas de interconexin ocurra alguna falla, debido a los mltiples caminos que tiene la corriente elctrica para circular, por esta razn este sistema brinda una alta confiabilidad.

Figura 1.2.1. Red Emallada

SISTEMA RADIAL ::.En el sistema radial la corriente elctrica, al contrario que en el sistema enmallado circula en una sola direccin, lo que ofrece un control sencillo del flujo ya que es realizado exclusivamente del centro de alimentacin.

Figura 1.2.2. Red Radial

Los siguientes son algunos de los proyectos de interconexin del Sistema Elctrico Colombiano:

Lnea de Interconexin Colombia - Panam Lnea de Interconexin Colombia - EcuadorRegulacin y Operacin del Sistema Elctrico Colombiano

El Sistema Elctrico Colombiano se rige a los parmetros establecidos por la CREG Comisin de Regulacin de Energa y Gas en la cual se encuentran establecidas las normas.

Conexin al Sistema de Transmisin Nacional, (Resolucin CREG-025 de 1995). Cargos y contratos que rigen en la conexin al STN, (Resoluciones CREG-025 de 1995, Anexo No. 1 de la CREG-002 de 1994 y CREG-030 de 1996). Ingresos por empleo del STN y remuneracin de los transportadores, (Resoluciones CREG-004 y CREG-26 de 1999 y CREG-103 de 2000). Liquidacin y facturacin a los usuarios del STN, (Resoluciones CREG-012 de 1995 CREG-094 de 1999 y CREG-103 de 2000). Metodologa para el clculo en los cobros por conexin al STN de los generadores y comercializadores, (Resolucin CREG-103 de 2000) Criterios de disponibilidad y calidad de la energa elctrica transportada, (Resolucin CREG-061 de 2000) Expansin del Sistema de Transmisin Nacional, (CREG-004 de 1999, CREG-103 de 2000 y CREG-022 de 2001).

UPME es la Unidad de Planeacin Minero-Energtica, vinculada al Ministerio de Minas y Energa, la cual cuenta con la Subdireccin de Planeacin Energtica, encargada de realizar las siguientes funciones:

Determinar las necesidades energticas del pas, bien sea un sector interconectado o no, teniendo en cuenta los cambios demogrficos y econmicos, con el fin de desarrollar el mercado nacional. Suplir las anteriores necesidades conforme a las condiciones econmicas, sociales, tecnolgicas y ambientales del pas. Desarrollar el Plan Energtico Nacional. Definir el plan de expansin del STN, apoyndose en un comit asesor de planeamiento constituido por representantes de las actividades de generacin, transmisin y comercializacin. Orientar al Director General en la creacin de las polticas vinculadas con la planeacin energtica. Formular programas de desarrollo del sector energtico del pas. Evaluar la utilidad econmica y social de las exportaciones e importaciones de los recursos energticos. Planear la interconexin de todas las zonas del pas. Calcular la inversin para el desarrollo de proyectos en los lugares no interconectados del pas.

Con el propsito de generar condiciones ptimas que garanticen la libre competencia en el sector elctrico colombiano, se establecen las leyes 142 (Ley de servicios pblicos) y la Ley 143 (Ley elctrica), las cuales dieron origen al Mercado Mayorista de Electricidad MEM.

En el MEM se ubican dos tipos de agentes, los productores y los consumidores.Dentro de los productores se encuentran los generadores, autogeneradores, cogeneradores e interconexiones Internacionales que cuenten con una capacidad instalada mayor o igual a 10MW.

Las empresas comercializadoras y los grandes consumidores (no regulados) adquieren la energa elctrica en el Mercado Mayorista de Energa Elctrica el cual rige su libre operacin a las condiciones de oferta y demanda.Captulo Dos- Descripcin de las Redes Elctricas -

El objetivo de este capitulo es realizar una descripcin general sobre los principales componentes de las redes elctricas: Centrales de generacin, lneas de transmisin, lneas de distribucin, subestaciones de potencia y subestaciones de distribucin.

2. Introduccin2.1. Centrales de Generacin.---- 2.1.1. Tipos de centrales.---- 2.1.2. Caractersticas y utilizacin.

2.2. Lneas de transmisin.---- 2.2.1. Transmisin en A.C. y en D.C.---- 2.2.2. Niveles de tensin.---- 2.2.3. Topologas de construccin.---- 2.2.4. Tipos de estructuras.

2.3. Redes de distribucin.---- 2.3.1. Niveles de tensin.---- 2.3.2. Topologas de construccin.---- 2.3.3. Tipos de estructuras.

2.4. Subestaciones de potencia.---- 2.4.1. Funcin.---- 2.4.2. Tipos de subestaciones.---- 2.4.3. Equipos de las subestaciones.---- 2.4.4. Topologas de subestaciones (barrajes).---- 2.4.5. Operacin de subestaciones.

2.5. Subestaciones de distribucin.---- 2.5.1. Tipos de subestaciones.---- 2.5.2. Equipos de las subestaciones.---- 2.5.3. Seleccin de subestaciones.Tipos de Centrales

El proceso de generacin de energa elctrica se basa en la transformacin de un tipo de energa (qumica, mecnica, trmica, luminosa) en energa elctrica. Para dicho proceso de transformacin de energa, se acude a las llamadas centrales elctricas de generacin; Dependiendo de la fuente principal de energa utilizada las centrales generadoras pueden ser: Hidrulicas, trmicas, nucleares, alternativas (elicas, solares, geotrmicas o de biomasa).

Centrales Hidrulicas

Centrales Trmoelctricas

Centrales Nucleares

Alternativas

Principales Plantas de Generacin de Energa Elctrica - Colombia -

Tipos de CentralesCentrales Hidrulicas

Las centrales hidroelctricas, son aquellas en las que se hace una transformacin constante de la energa potencial del agua en energa cintica, cuando esta es puesta en movimiento a travs de canales que la dirigen hacia la turbina, en la cual esta energa se transforma en mecnica debido al movimiento que se produce en las aspas, dicha turbina a su vez, se encuentra acoplada al eje de un generador en el cual la energa mecnica finalmente es convertida en energa elctrica.

Las centrales hidroelctricas presentan varias ventajas frente a los dems tipos de centrales, entre las cuales se pueden mencionar su construccin duradera, su fuente renovable, la poca contaminacin ambiental que produce, el bajo costo de generacin y mantenimiento, as como la rapidez de la puesta en marcha y paro de la turbina hidrulica.

De la misma manera tambin presenta desventajas como el largo tiempo de construccin, el alto costo de esta y la tardanza en la recaudacin de la inversin, as como la imprevisibilidad de las precipitaciones y la construccin de un sistema de transmisin debido a la ubicacin geogrfica de los embalses lo cual aumenta las prdidas de energa y causa Impacto ambiental en los ecosistemas.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELCTRICAS :.Central de pasada: Es el tipo de hidroelctrica en la que no se tiene una presa de acumulacin de agua, esta fluye por el caudal del ro hasta la turbina, y al pasar por ella sigue su camino; en ocasiones se realiza una pequea represa para que el agua no se pierda por rebosamiento.

Figura 2.1.1. Central de Pasada

Central hidroelctrica con embalse: En este tipo de central se cuenta con una o varias represas, las cuales permiten una acumulacin de agua para formar lagos artificiales, este tipo de central requiere la construccin de grandes barreras de concreto u hormign, por lo tanto, para su implementacin es necesaria la inversin de grandes cantidades de dinero en comparacin con la central de pasada, pero tiene la ventaja que se puede contar con agua para generar durante todo el ao, aunque el ro que suministra el agua a la presa se seque.

Figura 2.1.2. Central con Embalse

Centrales de bombeo: Esta cuenta con dos tipos de embalse, uno superior y uno inferior, el superior se utiliza como los dems embalses, el agua se deja caer para permitir el movimiento de la turbina, en el momento en que la demanda disminuye se utiliza una moto bomba para hacer que el agua que ha cado al embalse inferior sea llevada al superior para que nuevamente se realice el ciclo productivo.

PARTES DE UNA CENTRAL HIDROELCTRICA :.

Figura 2.1.3. Partes de una central Hidralica

La Presa:Es el lugar en el cual el agua es retenida y almacenada para su posterior utilizacin, en estas construcciones se tienen diferentes niveles, uno bsico y uno de contencin o nivel mnimo para generar energa elctrica. Las presas se pueden clasificar segn el material en que fueron construidas, presas de tierra o piedra y en presas de hormign, de estas ultimas las ms comunes son las de gravedad, bveda y contrafuertes.

Presas de tierra o piedra:Este tipo de presas son muy usadas para contener agua, estn construidas en materiales naturales con poca transformacin como arcilla, arena, grava o roca, debido a que los materiales no son muy estables es necesario que la anchura de la presa corresponda a cuatro o siete veces su altura.

Presas de hormign:Reciben este nombre debido al material en que son construidas.

Presas de Gravedad:Este tipo de presa es muy duradera y no necesita demasiado mantenimiento, la seguridad de esta presa radica en su peso el cual contrarresta el momento de vuelco producido por el almacenamiento de agua, son de forma triangular, su base es ancha y se va reduciendo hacia la parte superior, el lado que esta hacia el embalse es casi vertical y cuando la altura es superior a 20 metros se construye sobre roca por la resistencia del terreno.

Figura 2.1.4. Partes de una central Hidralica

Presas de Bveda:Este tipo de presa es utilizado en espacios pequeos, el lado que se encuentra hacia el embalse es en forma de arco con el propsito de distribuir la carga hacia los extremos de la presa, para su construccin se utiliza menor cantidad de hormign que en las de gravedad.

Figura 2.1.5. Presa de Bveda

Presas de Contrafuerte:Estas presas constan de una pared inclinada que resiste el agua y unos soportes triangulares que la sostienen, los cuales transfieren la carga del agua a la base, estas presas utilizan menor cantidad de hormign que las de gravedad, pero en su instalacin necesitan refuerzos de acero.Son utilizadas en lugares en los que el terreno es poco estable.

Figura 2.1.6. Presa de Bveda

Los Aliviaderos:Son los elementos que tienen las presas para liberar parte del agua cuando esta sobrepasa el nivel bsico, los aliviaderos se pueden encontrar en la parte superior o inferior de la pared principal de la presa, en ambos casos cuenta con compuertas de acero mviles que se accionan en el momento que el agua sobrepase el nivel permitido, una vez el agua a salido se deja caer en una cuenca para prevenir daos en el entorno.

Tomas de Agua:Es una tubera que se instala en la pared anterior de la presa, es la encargada de llevar el agua a la casa de maquinas, esta tubera dispone de una serie de compuertas que regulan el flujo de agua y unas rejillas que previenen el paso de ramas o elementos que puedan causar daos a la turbina.

Chimenea:Es un pozo vertical que se encuentra cercano a las turbinas, es la encargada de brindar una compensacin en la presin que deben soportar las tomas de agua en el momento en que la carga del generador aumenta o disminuye. En el caso en que la carga del generador disminuya el agua encuentra menor resistencia en la chimenea y subir por esta; en caso contrario el agua que se encuentra en la chimenea bajar a las tomas aumentando la presin.

Casa de Mquinas:Construccin en la cual se ubican el generador, las turbinas, y elementos de regulacin y comando. Es por este lugar donde las tomas de agua hacen contacto con las aspas para mover la turbina y por consiguiente el rotor del generador, a la entrada de esta tubera se encuentran unas compuertas que se pueden cerrar para que no fluya agua hacia la casa de maquinas, en el momento en que sea requerido la realizacin de alguna reparacin o mantenimiento.

TURBINAS HIDRULICAS :.La turbina es una maquina rotativa que convierte la energa de una cada de agua en energa mecnica, esta conformada por un rotor con aspas uniformemente distribuidas en su periferia, de manera que el agua produce una fuerza tangencial que impulsa el rotor y lo hace girar, este se encuentra acoplado por medio de un eje al generador.

Principalmente se habla de tres tipos de turbinas hidrulicas: Pelton, Francis, Kaplan

Turbina Pelton:La turbina pelton se encuentra ubicada en el interior de una tobera, posee aspas en su rotor en forma de cucharas, por medio de las cuales es impulsado el eje cuando el agua cae a presin sobre ellas, para ser desviada sin choque y as ceder toda su energa cintica.En esta turbina el flujo de agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras, por estas caractersticas es utilizada en grandes saltos comprendidos entre 500 y 2000 metros con caudales pequeos.

Lleve el cursor sobre cada uno de los nmeros, en la animacin, para ver el nombre de cada una de las partes de la Turbina Pelton.:: Animacin 2.1.1.::

Turbina Francis:La caracterstica principal de esta turbina es el cambio de direccin del agua en 90 grados de la salida con respecto a la entrada, las aspas de este tipo de turbina son curvas y su rotor se encuentra rodeado de una corona la cual posee una cmara espiral o caracol que regula la entrada de agua.La turbina Francis es utilizada para saltos entre 30 y 500 metros con caudal entre 120 y 400 revoluciones por minuto.

::: Animacin 2.1.2.::

Turbina Kaplan:Estas turbinas son utilizadas cuando el agua cae por los elementos del rotor, sus aspas son mviles para ajustarse a la carga del agua.Son muy tiles en saltos inferiores a 50 metros y caudales superiores a 300 rpm.

::: Animacin 2.1.2a.::

DIAGRAMA DE SALTOS Y VELOCIDADES DE LAS TURBINAS HIDRULICAS ::

Pulse cada una de las turbinas para ver las caractersticas de la misma.:: Animacin 2.1.3.::

Generacin Hidrulica en Colombia:En el ao 2004 el Sistema Interconectado Nacional present una generacin de energa de 48,571.52 GWh, de los cuales el 82.06% (39,856.34 GWh) corresponde a Generacin Hidrulica. De este porcentaje vale la pena destacar la participacin de las siguientes centrales hidroelctricas: Guavio 16.1%, San Carlos 16.0%, Chivor 11.1%, Paraso Guaca 8.7%, Guatap 8.1%, Guatrn 6.6%, Betania 4.9%, Porce 2 4.4% y otros 24.2%

Figura 2.1.7. Participacn de las centrales hidrulicas en Colombia para el ao 2004

Tipos de CentralesCentrales Termoelctricas

El proceso de generacin en las centrales termoelctricas, se basa en la combustin de carbn, gas o fuel-oil por medio de quemadores para producir energa calorfica, la cual permite que el agua que circula por ductos ubicados al interior de la caldera, sea convertida en vapor a alta presin.

Este vapor pasa a travs de la turbina, cuyo cuerpo se encuentra dividido en tres zonas principales relacionadas con la presin: alta, media y baja.El paso del vapor por la turbina ocasiona el movimiento de sus aspas, provocando el giro del eje en el generador, el cual transforma esta energa mecnica en energa elctrica.

Las centrales termoelctricas presentan una gran ventaja al no depender de las condiciones climticas para el abastecimiento de su combustible; adems de encontrarse en una etapa de crecimiento tecnolgico en el desarrollo de procesos que permitan obtener mayor cantidad de energa a menor costo.

Sin embargo, este tipo de centrales presenta inconvenientes a nivel ambiental, ya que se genera una gran contaminacin debido a la quema de los combustibles fsiles utilizados en las calderas, dichos combustibles son de origen natural y no renovables por lo cual se pueden presentar problemas a largo plazo; otro inconveniente que se presenta es el almacenamiento y alto costo que acarrea el transporte de su combustible.TIPOS DE CENTRALES :.Las centrales termoelctricas se pueden clasificar segn el tipo de combustible que se utiliza en las calderas:

Centrales de carbn: Estas utilizan como combustible para sus calderas el carbn, el cual debe ser previamente triturado, para luego ser adicionado a la caldera.

Centrales de fuel-oil: Estas utilizan como combustible un derivado del petrleo, este debe ser calentado para que fluidifique, y as pueda ser inyectado a los quemadores especialmente diseados para el manejo de este tipo de fluidos.

Central de gas: Estas utilizan como combustible gas natural, ellas disponen de un quemador especial para el manejo de este.

Centrales mixtas: En esta central, debido a la variedad de equipos que poseen pueden manejar cualquier tipo de combustible, fuel-oil, carbn o gas.

PARTES DE UNA CENTRAL TERMICA DE CARBON :.Cinta Transportadora:Es un mecanismo automtico que lleva el carbn desde el deposito hasta la tolva.

Tolva:La tolva es el primer recipiente que recibe el carbn para ser trasladado hacia el molino.

Molino:El molino es el lugar en el cual el carbn es triturado hasta llegar a un tamao de veinte micras para depositarlo posteriormente en la caldera.

Caldera:La caldera es el sitio en el cual el combustible es depositado para realizar su quema, para este proceso es necesario la utilizacin de quemadores especiales segn el tipo de combustible a utilizar, carbn, fuel-oil, o gas.

En la caldera se efecta un intercambio de calor a travs de cientos de tubos metlicos por los cuales circula agua, que ser convertida en vapor a alta presin cuando los quemadores eleven la temperatura al interior de la caldera, este vapor debe ser deshumificado para evitar erosin en las aspas que pueda producir el golpe a gran velocidad de gotas de agua existentes en el vapor.

Precipitador:El precipitador es el equipo ubicado en la base de la chimenea encargado de filtrar las partculas de los desechos de la combustin por medio de campos electrostticos, para evitar la propagacin hacia la atmsfera.

Chimenea:La chimenea es el conducto a travs del cual es evacuado el humo producido por la combustin del carbn.

En esta animacin se describe el proceso de Generacin Trmica. Presione en cada una de las etapas para poder ver las partes involucradas en la misma.:: Animacin 2.1.4.::

TURBINA :.Las turbinas estn conformadas por boquillas en las cuales circula el vapor a alta presin que viene de la caldera disminuyendo su temperatura; esta presin es llevada a las aspas que deben su movimiento a la velocidad adquirida por el vapor al pasar por las boquillas.

La turbina consta de tres cuerpos, de alta, media y baja presin, los cuales estn condicionados al tamao de las aspas y dimetro del tambor donde a menor presin del vapor mayor longitud y dimetro.

Las aspas se encuentran montadas sobre un tambor cuyo centro es atravesado por un eje que conecta la turbina con el generador, los componentes de la turbina se encuentran recubiertos por una carcaza encargada de mantener el vapor dentro de ella; adems de estar provista de sistemas de control y lubricacin.

Tipos de TurbinasTurbina De Accin: En esta turbina las boquillas se encuentran sujetas a la carcaza y dirigidas hacia las aspas montadas sobre un tambor conectado al eje; las cuales al recibir el vapor en expansin adquieren una parte de la energa cintica, lo que produce el movimiento de estas junto con el eje.Esta turbina permite el aprovechamiento de la expansin del vapor en su totalidad, pues extrae de l la mayor parte de su energa interna.

Turbina De Reaccin: Este tipo de turbina utiliza la aceleracin del vapor, mediante dos tipos de aspas, unas fijas y unas mviles, donde la unin de un par de estas acta como boquilla por donde pasa el vapor mientras se expande. Una gran diferencia con las turbinas de accin es el tambor, pues en este caso funciona como eje.

Condensador:En el condensador se realiza un intercambio de temperatura del vapor que viene de la turbina, el cual pasa por tubos que se encuentran sumergidos en agua fra, convirtindolo en agua que ser inyectada nuevamente a la caldera.

Calentador:Es el punto en el cual el agua que sale del condensador es precalentada para ser enviada a la caldera.

Torre de Refrigeracin:La torre de refrigeracin esta compuesta por unas rejillas que pulverizan el agua caliente que proviene del condensador; a medida que el agua choca con estas rejillas es convertida en pequeas gotas. Por la torre circula en forma ascendente una corriente continua de aire fri que produce la disminucin de temperatura en las gotas de agua. De esta manera el agua con una menor temperatura es enviada a los condensadores por medio de un ciclo cerrado reiniciando el proceso. Cuando se maneja ciclo abierto el agua que proviene de la torre de refrigeracin es depositada a un ro o al mar.

Generador:El generador es el que efecta la transformacin de energa mecnica en elctrica.

CICLOS DE UNA CENTRAL TRMICA :.Ciclo Abierto:Para el proceso de produccin de energa elctrica en este ciclo, interfieren los siguientes elementos; CALDERA la cual quema el combustible para convertir el agua que circula por los ductos en vapor a alta presin que es enviado a la TURBINA generando movimiento en ella y a la vez en el generador al que se encuentra acoplado, el vapor proveniente de la turbina es suministrado al CONDENSADOR el cual lo enfra para ser enviado al medio ambiente.

Figura 2.1.8. Ciclo Abierto en una Central Trmica

Ciclo Cerrado:En el ciclo cerrado intervienen los mismos elementos del ciclo abierto, solo que el agua resultante de la condensacin es enviada a la caldera para iniciar de nuevo el proceso.

Figura 2.1.9. Ciclo Cerrado en una Central Trmica

Ciclo Combinado:Este ciclo es llevado a cabo mediante la utilizacin de dos tipos de turbina, la primera es una turbina de gas impulsada por gas natural o fuel oil, produciendo el movimiento de un generador y as la produccin de energa elctrica, por otro lado los gases emitidos por esta turbina son utilizados en la caldera para calentar agua y convertirla en vapor que ser enviado a una turbina de vapor para hacerla girar junto con el generador acoplado a ella, una vez el vapor atraviesa la turbina es conducido a un condensador que lo transforma en agua para ser llevada a la caldera y reanudar el ciclo.

Figura 2.1.10. Ciclo Combinado en una Central Trmica

Tipos de CentralesCentrales Nucleares

Una central nuclear es una central termoelctrica en la que se remplaza la caldera por un reactor en el cual se realiza fisin o fusin nuclear para producir calor y elevar la temperatura del agua que se encuentra en su interior, el agua caliente circula por ductos hacia el generador de vapor y regresar al reactor con la ayuda de una bomba, en el generador de vapor se halla agua fra proveniente del condensador, esta se transforma en vapor por la transferencia de calor que ocurre entre dicha agua y la tubera con agua caliente que viene del reactor. El vapor producido en el proceso anterior es inyectado a la turbina, pasando por los tres cuerpos de ella: alta media y baja presin, a medida que los atraviesa mueve las aspas y el eje acoplado al generador de energa elctrica.El vapor a baja presin que sale de la turbina es llevado al condensador donde es convertido nuevamente en agua para ser retornada al generador de vapor y as reanudar el ciclo.

Como los dems tipos de centrales de generacin elctrica las centrales nucleares presentan ventajas y desventajas; un aspecto importante en este tipo de central es el alto nivel de seguridad que presenta lo que hace que el riesgo de un accidente sea mnimo. Vale la pena destacar que debido al proceso al que es sometido el combustible, en caso de accidente las consecuencias seran muy graves, ya que la radioactividad puede provocar diferentes tipos de cncer o la muerte.

El combustible utilizado en las centrales nucleares es un recurso limitado y sus residuos son muy difciles y costosos de tratar. Las centrales nucleares presentan menor grado de contaminacin atmosfrica que otras centrales trmicas, al igual que la utilizacin de menor cantidad de combustible para producir la misma cantidad de energa elctrica.

Partes de una Central Nuclear:: Animacin 2.1.7.::

PARTES DE UNA CENTRAL NUCLEAR :.Las centrales nucleares se dividen en tres circuitos, cada uno con una funcin especifica en el proceso de generacin elctrica:

CIRCUITO PRIMARIOEn este circuito se convierte el agua en vapor para ser inyectado en la turbina y est conformado por los siguientes elementos: Reactor Nuclear, Presionador Generador de Vapor, Contencin y Edificio del Anillo Del Reactor.

Reactor nuclear: Es una instalacin diseada para llevar a cabo el proceso de fisin o fusin nuclear para generar energa calorfica y elevar la temperatura de agua almacenada en el, la cual ser conducida al generador de vapor. Est constituido por varios elementos que permiten mantener altos niveles de seguridad para controlar los efectos radioactivos generados.

Los elementos que conforman un reactor nuclear son:

- Blindaje: Es la parte del reactor encargada de mantener dentro de l las radiaciones producidas por el proceso de fisin o fusin; los materiales utilizados son agua, plomo u hormign.

- Combustible: Es el material fisionable encargado de producir calor en el reactor para el proceso de generacin elctrica. El combustible ms empleado como fuente de energa nuclear es: uranio, plutonio, oxido de uranio. Estos elementos qumicos son recursos no renovables.

- Elementos de Control: En la mayora de reactores son barras encargadas de reducir la cantidad de neutrones libres para evitar sobrecalentamiento en el reactor.

- Moderador: Es el encargo de disminuir la velocidad de los neutrones producidos en la fisin, para continuar la interaccin con otros tomos y seguir la reaccin en cadena. Los elementos utilizados como moderadores son helio, agua, sodio metlico, grafito y agua pesada (molcula formada de la unin de deuterio con oxigeno).

- Reflector: Es un elemento que disminuye la fuga de neutrones, manteniendo la reaccin en cadena; estos pueden ser uranio, agua, agua pesada, grafito.

- Refrigerante: Es el encargado de disipar el calor en exceso producido por el combustible para evitar temperaturas que puedan afectar el buen funcionamiento del reactor, como refrigerante se pueden utilizar los siguientes elementos sodio metlico, agua, agua pesada, helio, anhdrido carbnico.

- Vainas: Son dispositivos que encierran el combustible para evitar la fuga de gases generados de la reaccin en cadena, estos estn construidos en aleaciones metlicas de zirconio o aluminio.

- Vasija: En ella se encuentra inmerso el reactor impidiendo la salida de material radioactivo, en caso de fisura en las vainas.

Tipos de reactor:Los reactores se clasifican segn la velocidad de los neutrones producidos por la fisin en Reactores Rpidos Y Reactores Trmicos.

- Reactores Rpidos: Este tipo de reactor no utiliza moderador, por esta razn la velocidad de los neutrones no es controlada, emplea como combustible xido de uranio o uranio y plutonio, refrigerado normalmente en sodio, su caracterstica principal es la produccin de plutonio el cual se puede utilizar como combustible en reactores rpidos o en trmicos.

- Reactores Trmicos: Los reactores de esta clase se dividen segn el tipo de combustible y refrigerante utilizados en:Reactor de agua a presin (PWR): En este tipo de reactor se utiliza como refrigerante y moderador agua ligera y como combustible el oxido de uranio; el refrigerante circula a una presin que no permite que el agua alcance el punto de ebullicin, y as ser enviada al generador de vapor.Reactor de agua en ebullicin (BWR): Este tipo de reactor utiliza elementos similares al (PWR), pero el refrigerante circula a menor presin lo que hace que el agua alcance el punto de ebullicin y parte de esta se convierta en vapor, este es procesado para minimizar la cantidad de humedad que pueda contener y finalmente enviarlo a la turbina.Reactor de agua pesada (HWR): En esta clase de reactores el combustible utilizado es el uranio, se emplea agua pesada como moderador y el refrigerante puede ser agua pesada a presin o en ebullicin. Reactor de grafito-gas. Esta clase de reactores utilizan grafito como moderador y como refrigerante dixido de carbono, estos se dividen en dos tipos los (AGR) llamados avanzados en gas que emplean el xido de uranio como combustible y los (HTGR) reactores de alta temperatura en los que el combustible es una mezcla de torio con uranio y el refrigerante utilizado es helio. Reactor de agua en ebullicin (RBMK), Llamados reactores de canales de alta potencia, su funcin principal es la elaboracin de plutonio, el combustible utilizado es el uranio, es moderado con grafito y refrigerado en agua. PresionadorEs un dispositivo ubicado entre el reactor y el generador de vapor utilizado en algunos tipos de reactores, su funcin es mantener la presin del refrigerante en un punto determinado para evitar o conseguir segn sea el caso que el agua alcance el punto de ebullicin.

Generador de Vapor:Es un recipiente que contiene agua proveniente del condensador, en ella se encuentra sumergido un ducto por el cual circula agua caliente desde el reactor, cuando entra en contacto con el agua almacenada le transfiere calor convirtiendo parte de esta en vapor para ser enviado a la turbina, el agua que circula por los ductos vuelve al reactor para elevar de nuevo su temperatura y reiniciar el proceso.

Contencin:Es una estructura esfrica en acero apoyada en una cimentacin de hormign en la cual se encuentran alojados el reactor, presionador y el generador de vapor.

Edificio Del Anillo Del Reactor:Es una estructura en hormign de forma cilndrica con un domo en la parte superior que recubre la contencin y brinda blindaje biolgico.

CIRCUITO SECUNDARIOEste circuito, esta conformado por La Turbina, El Condensador Y El Generador De Energa Elctrica, y se encarga de convertir la energa trmica en energa mecnica y esta en energa elctrica.

El vapor producido en el generador es enviado al condensador a travs de la turbina, en ella se produce el movimiento de las aspas que se encuentran ubicadas en su eje el cual se halla acoplado al generador de energa elctrica; el vapor que llega al condensador es convertido en agua que regresa al generador de vapor para reiniciar el ciclo.

Turbina:Las turbinas estn conformadas por boquillas en las cuales circula el vapor a alta presin que viene del reactor disminuyendo su temperatura y aumentando su energa cintica; esta presin es llevada a las aspas que deben su movimiento a la velocidad adquirida por el vapor al pasar por las boquillas.

La turbina consta de tres cuerpos, de alta, media y baja presin, los cuales estn condicionados al tamao de las aspas y dimetro del tambor donde a menor presin del vapor mayor longitud y dimetro.

Las aspas se encuentran montadas sobre un tambor cuyo centro es atravesado por un eje que conecta la turbina con el generador, los componentes de la turbina se encuentran recubiertos por una carcaza encargada de mantener el vapor dentro de ella; adems de estar provista de sistemas de control y lubricacin.

Condensador:En el condensador se realiza un intercambio de temperatura del vapor que viene de la turbina, el cual pasa por tubos que se encuentran sumergidos en agua fra, convirtindolo en agua que ser inyectada nuevamente al generador de vapor.

Generador de Energa Elctrica:El generador es el que efecta la transformacin de energa mecnica en elctrica.

CIRCUITO DE REFRIGERACIONLa funcin principal de este circuito es mantener la circulacin constante de agua fra por el condensador para que este pueda transformar el vapor (que sale de la turbina) en agua, que es reenviada al generador de vapor y reiniciar el ciclo.

El circuito de refrigeracin bsico esta conformado por ductos que conducen agua a elevada temperatura del condensador a las dos torres de refrigeracin en donde se reduce la temperatura del agua y se evacua el vapor generado por el choque de agua caliente con la corriente de aire que circula en forma ascendente por ellas; un ducto expulsa agua de las torres hacia un ro y el agua refrigerada es conducida a los condensadores para continuar con el ciclo. Otro ducto toma agua de una fuente externa (ro, lago, mar) para reemplazar el agua evaporada por las torres y la expulsada. Para elevar agua del ro y enviarla de las torres al condensador se emplean bombas de impulsin.

Tipos de CentralesCentrales Alternativas

Las centrales de energas alternativas comprenden las centrales SOLARES las cuales utilizan la radiacin solar, las EOLICAS que aprovechan las masas de aire, la BIOMASA en la cual se trabaja con materia orgnica procesada, la GEOTERMICA que utiliza como fuente de energa el calor que se encuentra en el interior de la tierra y la MAREOMOTRIZ que emplea mareas.

Solar Elica

Biomasa

Geotrmica

Mareomotriz

Tipos de CentralesCentrales AlternativasSolar

El efecto de la radiacin solar sobre la tierra puede ser utilizada para generar energa mediante la aplicacin de diversos principios fsicos, uno de ellos es la va trmica en la que la radiacin del sol es concentrada para generar calor. El otro es la conversin directa de la radiacin solar en energa elctrica mediante la utilizacin de celdas fotovoltaicas, esta clase de conversin es conocida como fotovoltaica.

Figura 2.1.11. Central Solar

Conversin TrmicaLa conversin trmica consiste en concentrar la radiacin solar en sus tres niveles: alta, media y baja temperatura para generar calor.

La energa solar de baja temperatura es utilizada en el hogar para el calentamiento de agua, climatizacin o invernaderos y la temperatura media y alta son empleadas para la generacin de energa elctrica.La conversin en baja temperatura se puede realizar acondicionando la arquitectura de la edificacin con grandes ventanales, claraboyas o cpulas, este tipo de conversin es la llamada arquitectura solar. Otra manera de concentrar las radiaciones solares es con elementos externos como los colectores cuya funcin es la de recibir mayor cantidad de radiaciones y enfocarlas a un fluido para elevar su temperatura. Existen varios tipos de colectores solares: planos, de concentracin, al vaco y helistatos.

Colectores Planos: Estos colectores estn constituidos por una serie de canales o tubos por los que circula agua o algn refrigerante similar, esta tubera se encuentra en contacto con una lamina plana de cobre o acero inoxidable que se encarga de absorber las radiaciones solares para convertirlas en calor, esta lamina se encuentra recubierta por un material especial que permite una mayor absorcin de radiaciones, para minimizar las perdidas de calor esta lmina cuenta con una pelcula de cristal o plstico en la cara superior que acta como invernadero y en la cara posterior un aislamiento trmico.

Figura 2.1.12. Colector Plano

Colectores de Concentracin: Esta clase de colector es empleado en temperatura media, cuenta con un receptor de rea pequea que concentra las radiaciones recibidas por el captador, el receptor debido a su tamao puede ser fabricado en un material que absorba mas radiacin que los colectores planos, aunque tambin presenta una desventaja frente a estos y es la necesidad de un sistema de seguimiento solar que le permita estar en la mejor posicin para recibir los rayos del sol ya que no logran concentrar la radiacin solar dispersa.

Esta clase de colectores por la concentracin de radiacin solar que realizan pueden alcanzar temperaturas de hasta 300C, con la cual pueden producir vapor a alta temperatura que ser inyectado a una turbina para generar energa elctrica.

Figura 2.1.13. Colector de Concentracin

Helistatos: Estos colectores estn compuestos por placas cubiertas de espejos, poseen un sistema de seguimiento solar para atraer en forma continua las radiaciones solares, estas son emitidas a un receptor comnmente situado en una torre, por lo que son llamadas centrales solares de tipo torre central.

Conversin FotovoltaicaLa conversin fotovoltaica se produce cuando las radiaciones solares inciden sobre paneles formados por placas de silicio o arseniuro de galio en estado cristalino, las cuales transforman la energa solar en elctrica mediante la excitacin de sus electrones.

La energa elctrica por conversin fotovoltaica no tiene incidencia en el medio ambiente y se puede utilizar en lugares distantes a redes de transmisin o distribucin, una desventaja que presenta es el efecto visual y el gran espacio que necesita para su instalacin, adems del alto costo de las clulas fotovoltaicas.El sistema genera tensiones de 12, 24 o 48 voltios y consta de un mecanismo de control y regulacin, un acumulador de energa y un convertidor de corriente directa en alterna.

Figura 2.1.14. Conversin Fotovoltaica

Tipos de CentralesCentrales AlternativasElica

La energa elica es aquella que utiliza el viento para producir energa mecnica o energa elctrica. A continuacin se explicar el proceso para el segundo caso.

El proceso de generacin de energa elctrica es llevado a cabo por un aerogenerador, el cual esta conformado por los siguientes elementos: Las aspas su funcin es capturar el viento y transferir la potencia al buje que se encuentra acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador el cual conecta al multiplicador que aumenta la velocidad de giro, este a su vez se encuentra unido al eje de alta velocidad el cual cuenta con dos frenos el primero es aerodinmico que entra en funcionamiento cuando la velocidad del viento supera los 100 Km/h y uno de disco que se acciona cuando el primero falla o para realizar mantenimientos. El generador cuenta con una unidad de refrigeracin que contiene un ventilador para enfriarlo y un controlador electrnico para monitorear el funcionamiento del aerogenerador y el mecanismo de orientacin compuesto por el anemmetro y la veleta, en caso de falla detiene el aerogenerador y enva un mensaje al encargado. En la Gndola se encuentran alojados el multiplicador, el eje de alta velocidad, el generador, la unidad de refrigeracin y el controlador.

El aerogenerador se encuentra sobre una torre de 40 a 60 metros de altura, pueden ser tubulares y en su interior contar con escaleras para el acceso del personal en caso de mantenimiento.

Los aerogeneradores se pueden encontrar en posicin vertical u horizontal y disponer de una a tres aspas, entra en ptimo funcionamiento para el proceso de generacin elctrica cuando el viento alcanza una velocidad superior a los 19 Km/h. y registra su mejor rendimiento con rangos de velocidad entre 40 y 48 Km/h, y su funcionamiento es intil con velocidades superiores a los 100 Km/h.

La energa elica presenta ventajas destacables debido a que no presenta niveles de contaminacin atmosfrica, utiliza como fuente energtica un recurso renovable, y los precios de energa elctrica son competitivos con respecto a otras formas de generacin. Son ideales en zonas aisladas en donde otros recursos energticos son escasos e inclusive nulos.

Los aerogeneradores se instalan bsicamente en dos casos: cuando no existe una red elctrica y se desea alimentar una carga elctrica relativamente pequea, en este caso la cantidad de aerogeneradores es mnima. El otro tipo de instalacin es ms complejo debido a que es empleado cuando la carga es alta o debe estar acoplado a una red elctrica. De esta manera se emplean varios aerogeneradores, segn la necesidad, formando as un parque elico o granja de viento.

Un aerogenerador produce potencias entre los 100 y 400 Kw. Cuando se forma un parque elico se logra alcanzar potencias de unos 1120 Mw.

Los escasos inconvenientes con la energa elica radican en la necesidad de zonas geogrficas con vientos constantes y moderados. En muchos casos se emplean acumuladores para mantener el flujo elctrico sostenido, aunque la velocidad del viento sea inferior a la requerida. Tambin existen algunos inconvenientes de ubicacin cuando se instalan parques elicos debido al radio, del eje al extremo de las aspas, con medidas de hasta 30 m. Sin embargo, la energa elica es una gran alternativa que da a da desarrolla una mayor importancia a nivel mundial.

Figura 2.1.15. Conversin Fotovoltaica

Tipos de CentralesCentrales AlternativasBiomasa

Para la obtenencin de energa elctrica se utilizan diferentes fuentes energticas como el agua en centrales hidrulicas, carbn o gas en las trmicas y uranio en las nucleares. La biomasa aprovecha los residuos agrcolas, forestales o urbanos para realizar una transformacin artificial o natural en ellos y producir combustible orgnico slido como el carbn vegetal, lquido como el alcohol y gaseoso como biogs, que pueden remplazar los utilizados en las centrales trmicas.

La biomasa ayuda con el reciclaje de residuos urbanos y la limpieza de los bosques, aunque para su aplicacin es necesario contar con grandes reas de cultivo.

Figura 2.1.16. Energa Biomasa

Existen dos mtodos para obtener combustible orgnico: Mtodo Termoqumico Y Mtodo Biolgico.

Mtodo Termoqumico:En este proceso es utilizado el calor para transformar los residuos orgnicos en combustible slido, liquido o gaseoso; en este mtodo se puede hablar de Combustin: oxidacin completa producida por el oxigeno, donde se libera agua y gas carbnico; es utilizada en calefaccin domestica. Pirolisis: es la combustin incompleta por falta de oxigeno, produciendo elevacin de temperatura a unos 500C aproximadamente, libera gas con mezcla de monxido y dixido de carbono, que se utiliza para poner en funcionamiento motores disel o generar electricidad.

Mtodo Biolgico:En este mtodo se habla de Fermentacin alcohlica: utiliza azucares, celulosa o almidn que acompaados por destilacin producen alcohol para ser utilizado en motores de explosin. Fermentacin metnica: es realizada por bacterias en residuos hmedos sin la utilizacin de oxigeno, para producir gas.Tipos de CentralesCentrales AlternativasGeotrmica

La energa geotrmica es la obtenida del calor producido entre la corteza y el manto superior de la tierra, provocado en mayor medida por desintegracin de elementos radioactivos, dicho calor se transfiere a la superficie terrestre de manera natural en manantiales calientes, giseres o fumarolas y de forma violenta en vulcanismo o terremotos. En ocasiones este calor es extrado artificialmente para ser utilizado en procesos de generacin de energa elctrica, calefaccin o secado industrial.

La energa geotrmica se utiliz para generacin de electricidad en Toscana (Italia) en el ao 1904, este proceso se puede realizar de dos maneras una consiste en la excavacin del subsuelo hasta perforar rocas secas y calientes y all inyectar agua fra por una tubera que al contacto con ellas se convierte en vapor el cual fluye por otro ducto a la superficie. Otra manera es la perforacin de aproximadamente 3000 m bajo el nivel del mar para encontrar reservas de vapor, el cual es purificado en la boca del pozo para ser transportado por tubos hasta las turbinas.

Figura 2.1.17. Energa Geotrmica

La energa geotrmica se puede clasificar en alta, media, baja y muy baja temperatura.

Energa Geotrmica en Alta Temperatura:Esta energa se presenta en zonas volcnicas, lmites de placas litosfricas, dorsales ocenicas, donde es posible encontrar un campo geotrmico el cual esta compuesto por depsitos de agua con temperaturas de 150 y 400C, rocas quebrantadas por las que se pueda realizar la circulacin de un fluido y un techo de rocas impermeables.Para generar vapor se realizan dos perforaciones una por donde se inyecta agua fra y otra por la que se extrae vapor que es inyectado a las turbinas.

Energa Geotrmica en Media Temperatura:La nica diferencia que presenta con la energa geotrmica en alta temperatura radica en los depsitos ya que en estos el agua se encuentra entre 70 y 150C por lo que es necesario la utilizacin de fluidos que logren su evaporacin a estos niveles de temperatura.

Energa Geotrmica de Baja Temperatura: Esta energa se presenta en cuencas sedimentarias, en las cuales el agua se encuentra a temperaturas de 60 a 80C, este tipo de energa es utilizada para calefaccin de viviendas.

Energa Geotrmica de muy Baja Temperatura:El agua se encuentra en temperaturas de 20 y 60C, este tipo de energa es empleada en el calentamiento de invernaderos, con esta caracterstica ya no es posible la utilizacin para generacin de electricidad con un rendimiento aceptable.Tipos de CentralesCentrales AlternativasMareomotriz

La energa mareomotriz es la que utiliza como fuente energtica las mareas, las olas, la corriente y el gradiente de temperatura del mar para generar electricidad. Este tipo de centrales tiene una vida til prcticamente ilimitada con un bajo costo de mantenimiento, ocasiona poca contaminacin ambiental y su funcionamiento no depende de las condiciones climticas, aunque tambin presentan desventajas como la gran inversin inicial para su construccin, el impacto visual que causan sus instalaciones, as como el efecto negativo que ocasiona en algunos casos a la flora y fauna, su ubicacin geogrfica esta ligada a la amplitud de las mareas que debe superar los cuatro metros de altura para que sea efectiva.

La generacin de energa elctrica por aprovechamiento de las mareas originadas por el movimiento de la luna alrededor de la tierra, se realiza con la utilizacin de un dique el cual

Las mareas son el movimiento regular del agua del mar debido al aumento en su nivel, a causa de la fuerza gravitacional que ejerce la luna y sol sobre la tierra. Para la utilizacin de las mareas en el proceso de generacin de energa elctrica, es necesario la construccin de un dique o barrera para formar un embalse, en el dique se encuentran alojadas las turbinas, los generadores y las compuertas, las cuales se abren cuando la marea sube para permitir el paso de agua del mar hacia el embalse pasando por la turbina hasta igualar el nivel del mar, produciendo movimiento en la turbina y en el generador acoplado a ella; luego cuando la marea baja las compuertas suben de nuevo para que el agua almacenada regrese al mar atravesando la turbina en sentido contrario al inicial, produciendo con su paso movimiento en la turbina y en el generador.

Figura 2.1.18. Energa de las Mareas

Las olas son ondulaciones de la superficie del agua del mar producidas por rfagas de viento, una de sus aplicaciones en la generacin de electricidad consiste en mover una turbina ubicada en el extremo de un tubo hueco de hormign que contiene aire que se comprime y expande cuando las olas del mar entran por la parte inferior del tubo.

Caractersticas y Utilizacin

CENTRAL HIDROELCTRICA SAN CARLOS ::.

La central hidroelctrica de San Carlos es una de las mas importantes de Colombia, ya que realiza un gran aporte en generacin de energa elctrica, en el ao 2004 gener el 12,5% del total del sistema, que corresponde a 6.071,4GWh aproximadamente. La central hidroelctrica de San Carlos se encuentra ubicada a 150Km. de Medelln en el municipio de San Carlos del Departamento de Antioquia, consta de dos etapas la primera entr en operacin en el ao de 1985 y la segunda en 1987.

La presa de la central de San Carlos tiene como nombre Punchin y se encuentra ubicada sobre el ro Guatap, tiene una altura de 70m y una longitud de 800m, con una capacidad de 6Mm ; como aliviadero, la presa cuenta con un canal en concreto de doble cuerpo de 414m de longitud y de seccin rectangular de 35m , uno de los cuerpos cuenta con dos compuertas para ser accionado y el otro con un tapn de concreto.El agua del embalse se toma mediante dos torres de captacin de 54m de altura cada una, estas, son las encargadas de conducirla a las tomas de agua, cada etapa de la central posee una toma independiente con pendientes de 1,5% y 0,5% con respecto a la horizontal y con longitudes de 4.474m y 4.501m respectivamente.Las tomas de agua desembocan en chimeneas revestidas en concreto con una inclinacin de 46 con respecto a la horizontal y con una longitud de 346m.

La casa de maquinas de la central de San Carlos se encuentra ubicada a 400m de profundidad, esta dividida en dos zonas, en la principal se encuentran alojadas las turbinas y sus respectivos generadores y en la zona secundaria se encuentran los transformadores. La casa de maquinas alberga ocho turbinas pelton de eje vertical de 175MW cada una, estas operan a una velocidad de 300rpm y a una cada de 554m, al eje de cada turbina se encuentra acoplado un generador de 173MVA con un factor de potencia de 0,9.

El agua que ha pasado por las turbinas es conducida al ro Saman por medio de dos tneles de 1.587m de longitud con una inclinacin de 0,18% y 0,17% con respecto a la horizontal.

En la zona secundaria de la casa de maquinas se encuentran trece transformadores monofsicos con una potencia de 109 MVA y una relacin de transformacin de 16,5kV a 230kV.

La central de San Carlos cuenta con una subestacin de 230kV, la cual se encuentra conectada con las subestaciones: Esmeralda en Caldas, Ronderos y Balsillas en Cundinamarca, Ancn Sur y Guatap en Antioquia y Comuneros en Santander; a la vez esta subestacin est conectada con la subestacin de 500kV para interconectarse con la subestacin de Cerromatoso en Antioquia y hacer parte de la red de interconexin elctrica del pas.

PARQUE ELICO JEPIRACHI ::.La central hidroelctrica de San Carlos es una de las mas importantes de Colombia, ya que realiza un gran aporte en generacin de energa elctrica, en el ao 2004 gener el 12,5% del total del sistema, que corresponde a 6.071,4GWh aproximadamente.

En Colombia el aprovechamiento de la energa elica para la generacin de energa elctrica, se lleva a cabo por una nica planta llamada JEPIRACHI, cuyo parque elico se encuentra ubicado entre el Cabo de la Vela y Puerto Bolvar, en el municipio de Uribia, lugar en el cual el viento maneja una velocidad promedio de 9,15m/s a una altura de 50m.En el ao 2004 Jepirachi despach 19MW, correspondientes al 4,4% de la capacidad efectiva neta despachada no centralmente.La potencia instalada en Jepirachi es de 24,7MW, proporcionada por diecinueve aerogeneradores cada uno con una potencia de 1.300KW, estos, estn ubicados en torres de 50m de altura y constan de tres aspas de 60m de dimetro, dichos aerogeneradores manejan una velocidad nominal de 15m/s y para generar es necesario que la velocidad del viento sea mnimo de 4m/s.La vida til del aerogenerador se encuentra entre veinticinco y treinta aos.

La conexin al Sistema interconectado Nacional se realiza en la subestacin Puerto Bolvar la cual manejar una tensin de 110kV a travs de una lnea de 8Km de longitud.

TERMOZIPA ::. La central termoelctrica Termozipa se encuentra ubicada en el municipio de Tocancipa en el Departamento de Cundinamarca, es una central trmica a carbn, consta de cinco unidades de las cuales estn en funcionamiento cuatro (Termozipa2 Termozipa3 Termozipa4 Termozipa5), ya que Termozipa1 sali de funcionamiento en mayo de 1992.La unidad nmero dos emplea una caldera Foster welleer cuya capacidad mxima de produccin de vapor es de 155,6 toneladas hora de vapor a 482C y 63,3Kg/cm de presin, cuenta con un conjunto turbina-generador General electric de 37,5MW con una tensin de salida de 13,8kV, los cuales son elevados por un banco de transformadores monofsicos a una tensin de 115kV.Las unidades nmero tres, cuatro y cinco emplean caldera Distral cuya capacidad mxima de produccin de vapor es de 276 toneladas hora de vapor a 513C y 87.9 Kg/cm de presin, cuenta con un conjunto turbina-generador Hitachi de 37,5MW con una tensin de salida de 13,8kV, los cuales son elevados por un banco de transformadores monofsicos a una tensin de 115kV.Los arranques de la caldera operan con ACPM y FUEL-OIL consumiendo generalmente 6.000 galones en un arranque normal y como combustible principal emplea carbn para elevar la temperatura del agua hasta el punto de ebullicin y producir el vapor de agua necesario para accionar el conjunto turbina-generador.

En Termozipa se emplean molinos que pulverizan el carbn a un tamao inferior a 200mesh, el consumo de carbn en operacin plena es aproximadamente de 30 toneladas por hora, para filtrar las partculas de los desechos de la combustin se emplea un precipitador electrosttico, el vapor generado en la caldera se acumula en la parte superior del tambor principal, el cual esta fabricado por lminas con un espesor de 4 con 50 toneladas de peso y a 40m de altura. Para tener un control en el proceso de generacin de energa elctrica, Termozipa emplea un sistema neumtico que maneja las cuatro vlvulas reguladoras que admiten mayor o menor cantidad de vapor de acuerdo a la demanda requerida de generacin; este sistema puedes operado de manera manual o automtica desde la casa de control. Cuando el vapor llega con un peso de 20 toneladas a la turbina, genera un movimiento en el rotor de 3.600rpm, sobre este rotor se encuentran trece tambores de aspas; el eje de la turbina se encuentra acoplado al eje del generador y as entregar 13,8kV que son elevados por bancos de transformadores a 115kV los cuales son transportados a travs de las lneas Sol1, Sol2, Tibabyes, Sesquil y Agafado-Leona.El vapor al salir de la turbina, va a un condensador tubular con aproximadamente 5.184 tubos fabricados en material altamente conductor de calor, all la refrigeracin es realizada con agua del ro Bogot cuya temperatura promedio es de 16C y alcanza una temperatura de 28C al condensar el vapor, esta agua disminuye su temperatura por medio de torres de refrigeracin para poder ser enviada nuevamente al ro; el agua condensada se emplea para alimentar la caldera.Transmisin en C.A. y en C.D.

LNEAS DE TRANSMISIN ::.

Las lneas de transmisin estn conformadas por conductores, aisladores, torres y un cable de proteccin contra rayos, este conjunto permite el transporte de energa elctrica desde las plantas de generacin hasta una subestacin, conexin entre subestaciones o entre generadoras, se caracterizan por su longitud y gran capacidad de transporte de potencia y energa, en Colombia las lneas de trasmisin manejan niveles de tensin de 220-230 y 500 kV a frecuencias de 60 Hz.

TRANSMISIN DE ENERGA ELCTRICA ::.La transmisin de energa elctrica se realiza en corriente directa o en corriente alterna.

TRANSMISIN HVDC (High Voltage Direct Current):La transmisin de alto voltaje en corriente directa necesita como mnimo dos estaciones conversoras una de corriente alterna a directa en extremo de la central generadora y otra de directa a alterna en los centros de consumo, este tipo de transmisin es utilizado en la interconexin de sistemas con frecuencias diferentes, transmisiones a longitudes superiores a 500km, interconexiones submarinas extensas o en lugares en los que no hay espacio suficiente para el montaje de grandes estructuras.

Las ventajas que presenta la transmisin en corriente directa (C.D.) con respecto a la corriente alterna (C.A.), consiste en la disminucin de costos en estructura debido al menor tamao de las torres utilizadas en C.D. y los conductores ya que se puede utilizar solo uno o dos y no tres o mas como en C.A., as como la disminucin en perdidas de transmisin por calentamiento y efecto corona.

Ejemplo:

Transmisin HVDC Itaipu BrasilEsta es la transmisin en HVDC ms grande del mundo con dos acoplamientos importantes en HVDC de ABB que abastecen a Sao Pablo.El proyecto de la transmisin en HVDC de Itaipu en el Brasil, propiedad de Furnas Centrais Eltricas en Ro de Janeiro (compaa de Eltrobras), es sin duda alguna la transmisin ms impresionante en HVDC a nivel mundial. Tiene una energa total de 6300 MW y una tensin de 600kV.

La transmisin en HVDC de Itaipu esta constituida por dos lneas bipolares que trasportan la energa generada a 50 Hz en las 12 plantas de la hidroelctrica Itaipu de 600 MW, propiedad de Itaipu Binacional, a la red de 60 hertzios en So Paulo, en el centro industrial del Brasil.

La transmisin HVDC fue elegida bsicamente por dos razones: en parte para poder proveer de energa elctrica, producida por los generadores a 50 Hz, al sistema de 60 Hz de sao pablo, y en parte porque un acoplamiento en HVDC era preferible desde el punto de vista econmico por la gran distancia involucrada.

Las estaciones conertidoras Foz do Iguau e Ibiuna representan un avance considerable en tecnologa en HVDC. Las dos estaciones son nicas en su combinacin de tecnologa avanzada.

La transmisin en corriente directa utiliza dos tipos de conexin:

Monopolar: Utiliza un solo conductor para llevar la energa de una central conversora a otra y la tierra o el mar actan como retorno de ella, reduciendo el costo de interconexin y las perdidas ya que el recorrido de retorno tiene una amplia seccin transversal, lo que hace su resistencia es mnima.

Bipolar:Consiste en la combinacin de dos sistemas monopolares uno con polaridad positiva y otro con polaridad negativa con respecto a tierra, cada sistema puede funcionar como monopolar con retorno por tierra, si se presenta falla en alguno de los dos sistemas este se puede utilizar como retorno.

Los sistemas HVDC se pueden configurar de diferentes maneras:

- Back to Back:Es empleada en la conexin de dos sistemas que se encuentran en la misma subestacin y trabajan a frecuencias diferentes, los sistemas pueden ser monopolares o bipolares.

- Punto a Punto:Es utilizada en la conexin de dos subestaciones cuando el sistema HVAC resulta muy costoso o cuando el sistema HVDC es el nico viable, en este caso una de las subestaciones funciona como rectificador y la otra como inversor; adems la configuracin punto a punto es empleada en conexiones submarinas, permite la transmisin a cargas aisladas.

- Multiterminal:Cuando es necesaria la conexin de tres o ms subestaciones se emplea la configuracin multiterminal, esta conexin se puede realizar en serie, la condicin es que ninguna subestacin puede consumir mas del 10% de la potencia total de la estacin conversora, para no afectar el nivel de tensin que cae en las dems; la conexin en paralelo se realiza cuando todas las subestaciones consumen mas del 10% de la potencia total de la estacin conversora y la conexin mixta emplea una combinacin de las dos conexiones anteriores.

- Unitario:En este tipo de configuracin, la estacin conversora es conectada directamente al generador, por lo cual la generacin se puede considerar en corriente directa, de esta forma se puede aprovechar la velocidad de las turbinas para generar energa en cualquier momento independientemente de la frecuencia.

En los sistemas HVDC existen diferentes tecnologas segn el convertidor empleado:

Tecnologa clsica o LCC (Line Commutated Converter):Utiliza tiristores o SCR como convertidor, permite controlar el encendido de los dispositivos del convertidor, pero no el corte de estos, con esta tecnologa se puede regular la potencia activa ms no la reactiva.

Tecnologa VSC (Voltage Source Converter):Utiliza como convertidor IGBT, con el uso de esta tecnologa se puede controlar el encendido y apagado de los dispositivos del convertidor, permite regular independientemente la potencia activa y reactiva del sistema.

En 1882 se realizo el primer tendido para transmitir energa elctrica en alto voltaje, consista en una lnea de 2kV de corriente continua, de 50km de longitud entre Miesbach y Munich (Alemania) a una potencia de 1.5kW.

En la actualidad la capacidad de transmisin en HVDC es de 70.000 MW de los cuales aproximadamente un 12% (8.000 MW) corresponden a cables subterrneos / submarinos y el restante a lneas areas (62.000 MW).

La potencia de transmisin depende de la tecnologa utilizada, en este momento, la tecnologa LCC transmite tensiones de 500kV a una potencia de 1500 MW entre Three Gorges y China; la tecnologa VSC es empleada en Cross Sound (Estados Unidos) con una potencia de 330 MW con tensiones aproximadas de 150kV.

En Colombia hasta el momento no se emplea la transmisin en corriente directa, pero en el proyecto de conexin con Panam, dos de las alternativas contempla la utilizacin del sistema HVDC de la siguiente manera:

La alternativa dos consiste en una lnea a 250kV en HVDC, entre Cerromatoso y Panam II, con una longitud aproximada de 514km, el trayecto ser submarino y areo, el primero con una longitud aproximada de 51km y el segundo con una longitud total de 463km.

En la alternativa tres se utilizarn una lnea area de 571Km de longitud a 250KV en HVDC desde Cerromatoso hasta Panam II.

TRANSMISIN EN CORRIENTE ALTERNA ::.La transmisin de alta tensin en corriente alterna es la ms utilizada, ya que la energa a la salida de las centrales de generacin y la suministrada a los centros de consumo es en corriente alterna, lo que hace que la transmisin se realice de manera directa sin necesidad de convertidores como en el caso de la transmisin en HVDC, pero, si se hace necesario la utilizacin de transformadores para elevar el nivel de tensin de la etapa de generacin, en Colombia 13,8kV y as disminuir la corriente requerida para transportar una potencia determinada, y con esto lograr disminuir las perdidas de potencia por efecto de calentamiento del conductor (efecto Joule) y reducir el calibre del conductor requerido para el transporte de potencia.

Al llegar la potencia a los centros de consumo se realiza nuevamente una etapa de transformacin de tensin, esta vez de reduccin, con el fin de suministrar energa a los consumidores, la utilizacin de este tipo de transmisin es rentable para longitudes inferiores a 500km en lneas areas y 130km en lneas submarinas.

Las frecuencias de operacin en transmisin en corriente alterna son 50 Hz en Europa y en algunos pases suramericanos como Chile y Argentina y 60 Hz en pases como Colombia, Venezuela, Per, Brasil.

Los niveles de tensin empleados en transmisin varan segn cada pas, por ejemplo en Venezuela se trabajan con tensiones de 230, 400 y 765kV con longitudes totales de aproximadamente 370, 2.743 y 2.066km respectivamente y en Colombia 230 y 500kV con longitudes de 10.999 y 1449km aproximadamente.Niveles de Tensin

En Colombia, en el proceso de transmisin de energa elctrica se manejan niveles de tensin altos 220-230 kV y 500 kV, comparados con la tensin de generacin de 13,8 kV. La longitud de las lneas de 230 kV construidas en el Pas alcanza 10.999km y la longitud de la totalidad de la red de 500 kV es 1449 km. A continuacin se presenta un ejemplo tomando como referencia la lnea San Carlos - Sabanalarga.

Lnea San Carlos SabanalargaEsta es una lnea de transmisin a 500 kV localizada en Antioquia, Crdoba y Atlntico Colombia -, de circuito sencillo, con cuatro subconductores por fase, en estructuras metlicas autosoportadas. La lnea tiene una longitud total: 543 km. Conformada por dos cables de guarda, 593 torres. Las estructuras son autosoportables de acero galvanizado y configuracin horizontal. Los conductores empleados son FLINT AAAC. 740,8 y los cables de guarda son Alumoweld, 7 No. 9 AWG y Minorca ACSR HB 110,8 MCM. El tipo de topologa en el cual esta construida la lnea es montaosa, ondulada y plana.

Como se mencion antes el conductor empleado en la lnea San Carlos Sabanalarga es un FLINT AAAC (All Aluminum Alloy Conductor) 704,8. Est conformado por 37 hilos donde el dimetro de cada hilo es de 3.594mm, para establecer un dimetro de conductor de 25.16mm, alcanzando as un peso de 1030kg, y permitiendo un transporte de corriente mxima de 691 Amperios, a temperatura ambiente de 40C, temperatura del conductor de 80C, velocidad del viento de 610 mm/seg, a nivel del mar y a 60 Hz. Este tipo de conductor registra una buena relacin carga de rotura a peso y posee una buena resistencia a la corrosin.

Topologas de construccin

Como se present en la seccin de caractersticas, el Sistema de Elctrico Colombiano dispone de una red interconectada a nivel nacional haciendo de este un sistema robusto y confiable, el cual est conformado por lneas de transmisin a 500 KV y 230 KV distribuidas de la siguiente manera:

Para la red de 500 KV se dispone de 1450 Km, distribuidos en ocho lneas todas propiedades de ISA -Ver mapa-:

Tabla 2.2.1. Red de 500 kV

En el Plan de Expansin de referencia Generacin-Transmisin 2005-2019 se contempla la interconexin de las siguientes lneas:

Tabla 2.2.2. Interconexin

En la tabla 1.7 se presenta la distribucin de las lneas de transmisin a 230 KV, 220 KV:

Tabla 2.2.3. Lneas de Transmisin.

Lnea de Transmisin a 500kV - Colombia Tipos de estructuras

Las estructuras son los elementos de soporte de conductores y aisladores de las lneas de alta tensin, se pueden clasificar segn su funcin en: Torres de suspensin, Torres de retensin.

Torres de suspensin:En este tipo de torre los conductores se encuentran suspendidos de las mensulas mediante cadenas de aisladores, estn diseadas para soportar el peso de los conductores y la accin del viento sobre ellos y sobre la misma torre.

Figura 2.2.1. Torre de suspensin

Torres de retencin:Las torres de retencin se clasifica en tres clases:

Terminal:Esta clase de torre se encuentra en el inicio o final de una lnea, estn diseadas para soportar la tensin ejercida por los conductores ubicados de manera perpendicular a las mensulas, razn por la cual es el tipo de torre ms robusta.

Angular:Las torres tipo angular son utilizadas cuando hay cambio de direccin en la lnea, soporta la tensin de los conductores producida por el cambio de direccin.

Figura 2.2.2. Torre de Retencin

Rompetramos:Este tipo de estructura es utilizada en las lneas de transmisin para evitar la cada en cascada (domino) de las torres de suspensin y para facilitar el tendido de lneas rectas extensas, se clasifican segn la manera de soportar la tensin producida por los conductores en:

Figura 2.2.3. Torre Rompetramos

Autoportantes: Son vigas incrustadas en el suelo, las cuales transmiten la tensin de los conductores a las cimentaciones; estas estructuras pueden ser rgidas o flexibles, las primeras no sufren deformaciones en presencia de esfuerzos irregulares son fabricadas en acero o en hormign y las flexibles son postes metlicos que sufren deformacin en caso de estos esfuerzos.

Figura 2.2.4. Torre Autoportantes

Arriendadas: Son estructuras flexibles que transmiten la tensin de los conductores a las cimentaciones.

Figura 2.2.5. Torre Arriendadas

Niveles de Tensin

Para la etapa de distribucin de energa elctrica se deben cumplir normas establecidas por las empresas prestadoras de este servicio; actualmente en Colombia, en zonas con alturas superiores a 1.000msnm las subestaciones manejan las siguientes relaciones de transformacin: 230/34,5kV 115/34,5kV 115/11,4kV 115/34,5kV 34,5/11,4kV 34,5/13,2kV y en zonas con alturas inferiores a 1.000msnm se manejan relaciones de transformacin: 230-34,5kV 115-34,5kV 115-11,4 kV 115-34,5-11,4,kV 34,5-13,2 kV 34,5-11,4 kV.

Topologas de construccin

Las redes de distribucin de energa elctrica en Colombia emplean los dos tipos principales de topologas en redes de distribucin del mundo: El modelo americano y El modelo europeo.

Modelo americano:Consiste en un sistema de cuatro hilos multiaterrizado, tres fases y neutro el cual es comn encontrar conectado a los bajantes de los pararrayos, al tanque de los transformadores, a las puestas a tierra de los cables de guarda e interconectado al neutro del secundario del transformador.

En este modelo el neutro se encuentra aterrizado en intervalos frecuentes.

Figura 2.3.1. Modelo Americano

Este modelo permite la instalacin de transformadores monofsicos, necesarios para cargas residenciales y de esta manera evitar la conexin fraudulenta de usuarios industriales registrados como residenciales con cargas importantes, as como la conexin de los DST directamente al transformador.

Modelo europeo:Consiste en sistema de tres hilos, las tres fases uniaterrizado, es decir el neutro se encuentra aterrizado directamente en el transformador de la subestacin y no en el recorrido de toda la lnea como en el sistema americano.En el modelo europeo se presentan ms sobretensiones temporales que en el modelo americano, razn por la cual la tensin nominal de los DST es mayor cuando se emplea el modelo europeo; los DST son instalados entre fase y tierra.

Figura 2.3.2. Modelo Europeo

TOPOLOGA DE LOS CIRCUITOS PRIMARIOS DE LAS REDES DE DISTRIBUCIN ::.

Los circuitos primarios son los que recorren los sectores urbanos y rurales del pas para suministrar potencia a los transformadores de distribucin a tensiones como 13,2 y 11,4 kV entre otros, estos circuidos se pueden encontrar en un sistema radial o en un sistema enmallado.

Sistema Radial:En el sistema radial la corriente elctrica circula en una sola direccin, razn por la cual presenta una baja confiabilidad, en la actualidad es el ms empleado.

A continuacin se presenta un sistema radial tpico:

Figura 2.3.3. Sistema Radial

Sistema Enmallado:El sistema enmallado consiste en el recorrido del circuito primario desde el barraje de baja tensin de la subestacin, pasando por toda el rea de servicio y retornando al barraje, esta conformado por un seccionador de cierre, aunque la red funciona con el seccionador normalmente cerrado o normalmente abierto, con el fin de crear dos vas paralelas o un anillo abierto entre la subestacin y la carga, lo cual ofrece mayor confiabilidad al sistema.

A continuacin se presenta un sistema enmallado tpico:

Figura 2.3.4. Sistema Enmallado

Este sistema brinda la posibilidad de tener alimentadores interconectados energizados desde varias subestaciones.

Figura 2.3.5. Sistema Enmallado - Energizado desde varias subestaciones

Tipos de estructuras

ESTRUCTURAS DE DISTRIBUCION EN ZONAS URBANAS ::.Red Abierta:Son las redes utilizadas en los circuitos de media y baja tensin, existen diversos tipos de estructuras empleadas por operadores de red, a continuacin se presentan algunas de estas.

Estructura circuito tipo Bandera

Haga clic en la figura para ver en tamao completo Figura 2.3.6. Estructura tipo Bandera

Estructura circuito tipo Bandera en ngulo

Haga clic en la figura para ver en tamao completo Figura 2.3.7. Estructura tipo Bandera en ngulo

Estructura de Final de circuito

Haga clic en la figura para ver en tamao completo Figura 2.3.8. Estructura de Final de circuito

Estructura Tangencial

Haga clic en la figura para ver en tamao completo Figura 2.3.9. Estructura Tangencial

Estructura Tangencial en ngulo

Haga clic en la figura para ver en tamao completoFigura 2.3.10. Estructura Tangencial en ngulo

Red Trenzada:Este tipo de red es el empleado en las redes de baja y media tensin, sus conductores estn diseados para impedir el fraude ya que tienen la fase en el exterior y el neutro es concntrico.

Figura 2.3.11. Red Trenzada - Cambio de SentidoFigura 2.3.12. Red Trenzada - Final de Circuito

Funcin

Una subestacin de potencia es un conjunto de equipos de transformacin con sus respectivas protecciones, que permiten cambiar parmetros elctricos como tensin, corriente y frecuencia, con el fin de permitir el flujo de energa elctrica en un determinado sistema de potencia. Reciben el nombre de subestaciones de potencia debido a las potencias que manejan, que pueden ser del orden de decenas de MVA. Su diseo y configuracin esta orientado por criterios como flexibilidad, confiabilidad y seguridad.

A continuacin se describirn los criterios de diseo:

Flexibilidad: Este criterio hace nfasis en la propiedad que permite a la subestacin adecuarse a la variabilidad de un sistema de potencia por mantenimientos o condiciones operativas.

Confiabilidad: Bajo este criterio se busca medir la capacidad de una subestacin para mantenerse en servicio en el momento de presentarse alguna falla o mantenimiento en sus equipos, o tras realizar una accin interna, tal como una conmutacin de los seccionadores o mientras se repara una falla.

Seguridad: Este criterio mide la propiedad de la subestacin para ofrecer servicio continuo a pesar de la presencia de fallas en alguno de los equipos.

Tipos de subestaciones

Las subestaciones de potencia se pueden clasificar en tres grandes grupos, subestaciones de generacin, subestaciones de transformacin y subestaciones de maniobra.

Subestacin de Generacin: Es aquella que funciona como patio de conexiones para una central generadora, es decir, es un conjunto de equipos con igual nivel de tensin, localizados en la misma zona, a partir de los cuales la subestacin de generacin realiza la elevacin del nivel de tensin de generacin a un nivel de tensin apto para transporte de energa elctrica en considerables distancias.La prioridad principal en una subestacin de generacin es la confiabilidad, mientras que la flexibilidad y seguridad van de acuerdo a la importancia y ubicacin de la subestacin en el sistema de potencia.

Subestacin de Transformacin: Es una subestacin en la cual se realiza cambio en el nivel de tensin de entrada, puede ser elevadora o reductora segn la funcin que cumpla.

Subestacin de Maniobra: Es la subestacin en la que se interconectan varios sistemas y de la cual se distribuye energa elctrica a otras subestaciones o a otros sistemas, por esto lo mas importante es la flexibilidad de la subestacin, la seguridad y la confiabilidad depende de la importancia que ejerza la subestacin en el sistema de potencia

Equipos de las subestaciones

Una subestacin de potencia est conformada por tres grandes partes:

Casa de control: Es el lugar en el que se encuentran alojados los tableros de control y medida, el tablero de protecciones, el de servicios auxiliares, el tablero de comunicaciones, el tablero de los medidores de energa, los cargadores, las bateras e inversores.El patio de transformadores: El patio de transformadores es la zona de la subestacin en la que se encuentran los transformadores de potencia con sus accesorios.Patio de conexiones: En el patio de conexiones se encuentran agrupados los interruptores, seccionadores, transformadores de corriente y de potencial, los descargadores de sobretensin y las trampas de onda, entre otros.

TRANSFORMADOR DE POTENCIA ::. El transformador de potencia es la parte primordial de una subestacin de potencia, es el equipo encargado de transferir energa elctrica de un circuito a otro, en la mayora de los casos con niveles de tensin diferentes, su potencia nominal es superior a 500 kVA, el transformador cuenta con accesorios necesarios para su operacin y mantenimiento, entre estos se encuentran:

- Tanque conservador: Es un tanque ubicado sobre el principal el cual recibe el aceite cuando hay cambio de temperatura por aumentos de carga.

- Boquillas: Son los aisladores que se encuentran en la tapa del transformador, son los que comunican los terminales de baja y alta tensin del transformador con el exterior.

- Vlvulas: Son las unidades por las cuales se inyecta o extrae el aceite del transformador para su mantenimiento.

- Tablero: Es el compartimiento en el que se ubican los controles y protecciones de los ventiladores, de los motores de las bombas de aceite, entre otros.

- Conectores a tierra: Son los elementos que unen el tanque del transformador con la malla de puesta a tierra.

- Placa caracterstica: En ella se encuentran consignados los datos ms importantes del transformador como tensin nominal primaria y secundaria, su potencia nominal, diagrama de conexiones, frecuencia, nmero de serie y datos de fabricacin, entre otros.

Figura 2.4.1. Transformador de Potencia

INTERRUPTOR DE POTENCIA ::.El interruptor de potencia es el equipo encargado de proteger las lneas, equipos y/o circuitos en los cuales se realicen maniobras o mantenimiento, de corrientes de falla, la conexin o desconexin realizada por el interruptor es realizada en un tiempo corto para evitar para no afectar el sincronismo del sistema.

Figura 2.4.2. Interruptor

El interruptor de potencia se clasifica segn el medio de extincin del arco elctrico (corriente que surge entre los contactos del interruptor en el momento que se separan) en: interruptores de aire, interruptores de aceite e interruptores de gas (SF6), cuentan con un deposito (cmara de extincin) en el cual se encuentra el elemento empleado para la extincin, el interruptor puede ser de cmara simple o cmara doble. El tiempo de desconexin del interruptor despus de detectada la falla segn resolucin CREG 025 de 1995 no puede exceder los 80ms en 500kV, 100ms para 220 kV y 120ms para tensiones menores a 220 kV.

- Interruptor de Aire:El interruptor de aire como su nombre lo indica emplea una fuerte corriente de aire para apagar el arco elctrico producido en el momento de la separacin de sus contactos, dicho aire se encuentra comprimido en una cmara de extincin, lo que representa una desventaja para este tipo de interruptores debido a la inversin y necesidad de mantenimiento de esta cmara ya que es necesario contar con aire limpio y adecuado para la extincin.Los interruptores de aire son utilizados en circuitos que manejan tensiones entre 150 y 400kV.

- Interruptor de Aceite:En el interruptor de aceite la cmara de extincin esta ocupada por aceite, existen interruptores de gran volumen de aceite que se emplean en tensiones menores a 115 kV e interruptores de pequeo volumen de aceite los cuales son utilizados en tensiones inferiores a 1000kV.

- Interruptor de Gas SF6:El interruptor de gas emplea el hexafluoruro de azufre en estado gaseoso para la extincin del arco elctrico, en la actualidad es el ms utilizado en circuitos que manejan tensiones entre 230 y 1100kV, por su tamao, peso liviano, extincin rpida del arco elctrico, requieren de poco mantenimiento, adems de no producir corrosin en las partes que se encuentran en contacto con l, aunque entre los diferentes tipos de interruptores este es el ms costoso.

El interruptor de potencia presenta bsicamente tres mecanismos de operacin:

Neumtico: Emplea el aire a presin para separar sus contactos en caso de falla, una de las desventajas de este tipo de mecanismo es la necesidad de un mantenimiento frecuente.

Resorte: Como su nombre lo indica los resortes son utilizados en el interruptor para separar los contactos.

Hidrulico: En este mecanismo se aprovecha la presin del aceite para accionar el interruptor.

Figura 2.4.3. Cortacircuitos de 15kV 100A

SECCIONADOR ::.Un seccionador es un elemento mecnico de apertura de mltiples funciones entre las cuales se destacan:

Poner fuera de servicio equipos como interruptores, transformadores, generadores o lneas para su respectivo mantenimiento. En caso de falla en un equipo o lnea, el seccionador es utilizado para realizar un by-pass que permita la prestacin continua del servicio. Aterrizar lneas de transmisin, barrajes, bancos de transformadores o bancos de condensadores en el momento de su mantenimiento. Abrir o se cerrar circuitos bajo carga, generadores, reactores o capacitores. Aterrizar los equipos energizados de una subestacin en caso de fallas que no son fcilmente maniobrables.

Los seccionadores se pueden clasificar de acuerdo al medio de activacin y de acuerdo a su operacin.El seccionador puede ser activado de manera manual, por medio de una prtiga o por medio motorizado (grupo motor-compresor y transmisin neumtica, grupo motor-bomba y transmisin hidrulica, motor elctrico por reduccin).Adems para la seleccin de un seccionador es importante conocer si su operacin va a realizarse sin carga o bajo carga; en este caso, este debe contar una cmara apaga chispas.

Figura 2.4.4. Seccionador de Apertura Central

Figura 2.4.5. Seccionador de Apertura Lateral

Figura 2.4.6. Seccionador de Apertura Vertical

Figura 2.4.7. Seccionador de Apertura Vertical Invertido

Figura 2.4.8. Seccionador de Doble Apertura

Figura 2.4.9. Seccionador Pantografo

Figura 2.4.10. Seccionador Semipantografo Horizontal

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (TC) ::.

Un transformador de corriente es un instrumento que reduce la corriente elctrica de una red a valores manejables no peligrosos para la utilizacin de equipos de medida, puede ser instalado a la intemperie o en interiores. Su funcin principal es alimentar equipos de medida, proteccin y control como contadores, voltmetros y ampermetros.El devanado primario del transformador de corriente se conecta en serie con el circuito al que se desea hacer la medicin y el devanado secundario a los equipos de medida.Los transformadores de corriente se pueden clasificar de acuerdo a su construccin y a su conexin elctrica.

Figura 2.4.11. Transformador de Corriente

Segn su construccin existen diferentes tipos de transformadores de corriente, los principales son: Tipo Devanado: es aquel que tiene su ncleo recubierto por el devanado primario. Tipo Barra: es aquel en el que el devanado primario es un conductor tipo barra y atraviesa la ventana del ncleo. Tipo Ventana: es aquel que carece de devanado primario y el devanado secundario esta recubriendo el ncleo, el cual posee una abertura atravesada por un conductor que forma el circuito primario.

Segn su conexin elctrica, existen diferentes tip