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GENERACION DE ENERGIA NO CONVENCIONAL

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  1. GENERACION DE ENERGIA NO CONVENCIONAL ING. ROBERT GUEVARA CHINCHAYAN INGENIERO EN ENERGIA CIP 72486

  2. INSTALACIONES MAGNETO HIDRODINAMICAS • FUSION NUCLEAR • CENTRALES GEOTERMICAS. • ENERGIA MAREOMOTRIZ • CICLO DE GRAZ

  3. INSTALACIONES MAGNETO HIDRODINAMICAS

  4. FUNDAMENTOS • LEY DE LENZ: que las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas serán de un sentido tal, que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía. La polaridad de una FEM inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. • LEY DE FARADAY : Demostró que cuando un material conductor de electricidad se pone en movimiento en presencia de un campo magnético , se genera un potencial eléctrico en sus extremos , el cual a su vez es capaz de generar energia eléctrica. Establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa. La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos

  5. FUNDAMENTOS • Ley de fuerza de LORENTZ : Toda vez que una carga se desplaza dentro de un campo magnético, recibe una fuerza que es directamente proporcional al valor de la carga, a su velocidad,  al campo magnético y al seno del ángulo formado por el vector velocidad y el vector campo magnético. • ECUACIONES DE NAVIER STOKES :Se trata de un conjunto de ecyaciones en deivadas parciales no lineales que describen el movimiento de un fluido. Estas ecuaciones gobiernan la atmosfera terrestre, las corrientes oceánicas y el flujo alrededor de vehículos o proyectiles y, en general, cualquier fenómeno en el que se involucren fluidos newtonianos.

  6. CONSIDERACIONES PARA EL PLASMA • Se denomina plasma a un gas constituido por partículas cargadas iones libres y cuya dinamica presenta efectos colectivos dominados por las interacciones electromagnéticas de largo alcance entre las mismas • El plasma se trata como un fluido homogéneo. • El plasma es un conductor perfecto, por lo que posee una conductividad eléctrica infinita. • La superconductividad se manifiesta solo sobre una cierta temperatura crítica y a un campo magnético crítico, el cual puede variar de acuerdo al material usado. • El plasma tiene una viscosidad nula. • El plasma está formado por igual número de cargas positivas y negativas, lo que anula la carga total del sistema. • A mayor temperatura, mayor será la dispersión de velocidades . • Los plasmas forman el estado de agregacion más abundante de la naturaleza

  7. EJEMPLOS DE PLASMA • Plasmas Terrestres : Los rayos de una tormenta , la aurora boreal , la ionosfera ( 85-750 Km). • Plasmas espaciales : Las estrellas ,los vientos solares, las nebulosas, ambiplasma (Universo era una mezcla equitativa de materia y antimateria en la forma llamada ambiplasma que se habría separado de manera natural cuando ocurrieron las reacciones de aniquilación acompañadas por una tremenda liberación de energía) • Plasmas Artificiales : Monitores de pantalla, interior de los tubos fluorescentes, soldadura de arco, materia expulsada de los sistemas de propulsión de los cohetes,etc.

  8. El campo de la magneto hidrodinámica fue iniciado por Hannes Alfven por el cual recibió el Premio Nobel de Física de 1970. Gases de combustión con aditivos ( con metales alcalinos ) a Altas temperaturas (+2000 ºC) se ionizan pasando al estado plasmático , entran a velocidades subsónicas en sistema divergente-convergente . En dicho ducto y en dirección perpendicular al flujo se tiene un campo magnético intenso ( 4-5 Teslas) , por lo que se crea un campo eléctrico. Esta f.e.m puede retirarse a través de electrodos ubicados a los extremos.

  9. APLICACIONES EN LA PROPULSION NAVAL • El motor MHD funciona bajo el mismo principio que un generador MHD, la diferencia está que en el primero se ingresa un gas ionizado para producir corriente eléctrica, ahora se usa corriente eléctrica y el mismo campo magnético para mover a las partículas de un fluido ionizado. • En lugar de una hélice ó paletas propulsoras, de usa un chorro de agua producido por un sistema de propulsión magnetohidrodinámico (MHD). La tecnología MHD está basada en una ley fundamental del electromagnetismo: cuando un campo magnético y una corriente eléctrica se intersecan en un fluido, la interacción repulsiva entre ambos, empuja al fluido en dirección perpendicular a ambos, al campo magnético y a la corriente eléctrica. (Regla de la mano izquierda).

  10. APLICACIONES EN LA PROPULSION NAVAL • El líquido es el agua de mar, la cual conduce la electricidad debido a la sal que contiene. Dentro de cada propulsor el agua fluye por tubos, arreglados de tal forma como si fueran las toberas de un cohete. Los tubos se encuentran envueltos en su contorno por bobinas superconductoras hechas de una aleación especial (Niobio y Titanio) sobre un núcleo de cobre. Helio líquido puede ser usado como refrigerante para las bobinas a una temperatura de -452.13 °F, solo unos pocos grados sobre el cero absoluto, manteniéndolas en un estado de superconductividad donde no casi no existe resistencia al flujo de la electricidad. • La electricidad fluyendo a través de las bobinas genera un poderoso campo magnético dentro de los tubos propulsores. Cuando la corriente eléctrica circula por un par de electrodos dentro de cada tubo, el agua de mar es impulsada con fuerza desde los tubos, haciendo que el buque vaya hacia adelante.

  11. VENTAJAS Y DESVENTAJAS • Velocidades sobre los 100 nudos. • No hay ruido de una hélice no hay ruido por cavitación. • No tienen partes móviles, no son ruidosos, no vibran y por consiguiente requieren un bajo nivel de mantenimiento • El problema de la construcción de magnetos mucho más eficientes y livianos. • El magnetismo de la tierra tiene influencia en el propulsor MHD, por lo que se requiere de un gran flujo magnético generado a fin de contrarrestar el mismo. • El agua salada tiene un alto nivel de corrosión en los electrodos

  12. ENERGIA GEOTERMICA

  13. DEFINICION • Se llama energía geotérmica a la que se encuentra en el interior de la tierra en forma de calor, como resultado de: • La desintegración de elementos radiactivos: descomposicón de isótopos naturales tales como el uranio, el torio y el potasio. • El calor permanente que se originó en los primeros momentos de formación del planeta. Esta energía se manifiesta por medio de procesos geológicos o tectonicos como volcanes en sus fases póstumas, los geíseres que expulsan agua caliente y las aguas termales. • La energía térmica en los últimos diez kilómetros de la corteza del planeta es enorme, 50.000 veces mayor que la energía contenida en todas las fuentes de petróleo y de gas natural • Chile, Perú, México, Estados Unidos, Canadá, Rusia, China, Japón, las Filipinas, Indonesia y otros países a lo largo del anillo del fuego (un área de alta actividad volcánica que cerca la cuenca del océano Pacífico) son ricos en energía geotérmica. Otro punto caliente geotérmico es el gran valle del Rift de África, que incluye países como Kenia y Etiopía.

  14. PAISES PRODUCTORES • En Europa, los países líderes en el desarrollo de energía geotérmica son Italia, con 810 megavatios, e Islandia, con 420 megavatios. Se espera que Italia casi doble su capacidad instalada antes de 2020. Islandia, con el 27 % de sus necesidades de electricidad cubiertas extrayendo el calor de la tierra, es el número uno mundial en la proporción de electricidad generada de energía geotérmica. Alemania, con sólo 8 megavatios de capacidad instalada, queda por detrás, pero está comenzando a ver los efectos de una tarifa de venta de 0,15 € por kilovatio-hora que fue implementada en 2004. Casi 150 plantas están actualmente en desarrollo en Alemania, con la mayor parte de la actividad centrada en Baviera. • Filipinas, que genera el 23 por ciento de su electricidad de la energía geotérmica, es el segundo productor del mundo por detrás de Estados Unidos. Las Filipinas apuntan a aumentar su capacidad geotérmica instalada antes de 2013 en más del 60 %, a 3.130 megavatios. Indonesia, el tercero del mundo, tiene incluso mayores planes, añadiendo 6.870 megavatios de nueva capacidad geotérmica en desarrollo durante los 10 siguientes años, igual a casi el 30 % de su capacidad de generación de electricidad actual de todas las fuentes.

  15. APLICACIONES DE LA ENERGIA GEOTERMICA Balnearios: Aguas termales que tienen aplicaciones para la salud Calefacción y agua caliente. Extracción de minerales: Se obtienen de los manantiales azufre, sal común, amoniaco, metano y ácido sulfídrico. Electricidad. Agricultura y acuicultura: Para invernaderos y criaderos de peces.

  16. GRADIENTE TERMICO • Es la variación de la temperatura de la tierra con la profundidad , un valor medio de los primeros km de la corteza es de unos 30 ºC/km. Sin embargo, en los basaltos islandeses del Terciario el gradiente es de 47 a 86 ºC/km. Salvo por una zona anómala en Breiðafjörður (hasta 124 ºC/km), el gradiente aumenta progresivamente con la proximidad al rift volcánico, y en una banda periférica de 15-50 km de anchura los valores oscilan desde 50-60 ºC/km a 120-165 ºC/km.d

  17. ZONAS DE MANIFESTACIONES GEOTERMICAS

  18. TIPOS DE YACIMIENTOS GEOTERMICOS : SEGÚN LA TEMPERATURA DEL AGUA • Energía geotérmica de alta temperatura Cuando el agua sale a una temperatura entre 150 y 400ºC, lo que produce vapor en la superficie. • Energía geotérmica de temperaturas medias Los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza con un menor rendimiento: pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos.. • Energía geotérmica de baja temperatura Temperaturas comprendidas entre 20 y 60ºC, que es la temperatura típica de los baños de aguas termales. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. En el mundo existen varias experiencias notables en este sentido en Italia, Nueva Zelanda y Canadá, lugares en los que la energía geotérmica apoya el consumo tradicional. En Filipinas, el sistema geotérmico tiene una capacidad de potencia de 2.000 megavatios.

  19. TIPOS DE YACIMIENTOS • Existen dos tipos de yacimientos: • Los hidrotérmicos, donde se extrae agua a alta presión que está cerca de un foco de calor;.

  20. TIPOS DE YACIMIENTOS • Los sistemas de rocas calientes (Petrotermica o Magmatica), que es un hueco ubicado entre los 500 a 2.000 metros de profundidad, con un techo compuesto por rocas impermeables, un depósito de agua y rocas fracturadas que permitan una circulación de fluidos y, por lo tanto, la trasferencia de calor desde la fuente de calor a la superficie. En este caso, se perfora el suelo hasta alcanzar el foco de calor, se inyecta agua fría y se utiliza ésta una vez se calienta.

  21. TIPOS DE CENTRALES GEOTÉRMICAS Hay tres tipos de centrales geotérmicasdependiendo de lastemperaturas y de las presiones de la reserva: -Vapor, llamadas CENTRALES DE VAPOR SECO. - Mezcla de vapor y líquido o CENTRALES DE FLUJO TOTAL , estos yacimientos geotérmicos son los más difíciles de explotar, dado que el agua contiene sales disueltas y forma una mezcla llamada salmuera. Ésta ocasiona grandes problemas de corrosión en las instalaciones geotérmicas, que deben resolver los ingenieros geotérmicos, si quieren que una planta sea duradera. -Líquido (AGUA CALIENTE): Centrales de expansión súbita o flash Centrales de calefacción

  22. CENTRALES DE VAPOR SECO Una reserva de vapor "seco" produce vapor pero muy poca agua. El vapor es entubado directamente en una central de vapor "seco" que proporciona la fuerza para girar el generador de turbina. La Central Geotérmica de Nesjavellir, en la zona volcánica de Hengill (Islandia) de 30 MW

  23. Central Geotérmica de Nesjavellir- ISLANDIA

  24. CENTRALES DE FLUJO TOTAL Estas centrales funcionan con una mezcla de líquido y vapor . La mezcla es llevada directamente hasta las turbinas que están diseñadas para trabajar con esa mezcla. Después de dejar su energía en la turbina, el fluido es condensado y reinyectado en el yacimiento para su regeneración. Central Geotermica AHUACHAPAN –El Salvador de 60 MW

  25. CENTRAL DE EXPANSIÓN SÚBITA O FLASH Una reserva geotérmica que produce mayoritariamente agua caliente es llamada "reserva de agua caliente" y es utilizada en una central "flash". El agua que esté entre 130 y 330ºC es traída a la superficie a través del pozo de producción donde, a través de la presión de la reserva profunda, algo del agua se convierte inmediatamente en vapor en un "separador". El vapor luego mueve las turbinas.

  26. CENTRAL DE EXPANSIÓN SÚBITA O FLASH CENTRAL GEOTERMICA DE GUANACASTE-COSTA RICA 55 MW

  27. SISTEMAS A BAJA TEMPERATURA Una reserva con temperaturas entre 110 y 160ºC no tiene suficiente calor para producir rápidamente suficiente vapor pero puede ser utilizada: - para producir electricidad en una CENTRAL BINARIA. - para abastecer de CALEFACCION O AGUA CALIENTE viviendas o industrias de la zona.

  28. CENTRAL GEOTÉRMICA DE CICLO BINARIO En un sistema binario el agua geotérmica pasa a través de un intercambiador de calor, donde el calor es transferido a una segundo líquido( isobutano, pentano) que hierve a temperaturas más bajas que el agua. Cuando es calentado, el líquido binario se convierte en vapor, que como el vapor de agua, se expande y mueve las hélices de la turbina. El vapor es luego recondensado y convertido en líquido y utilizado repetidamente. En este ciclo cerrado, no hay emisiones al aire.

  29. SISTEMAS DE CALEFACCIÓN Los sistemas de calefacción de distritos geotérmicos bombean agua geotérmica hacia un intercambiador de calor, donde éste transfiere su calor a agua de ciudad limpia que es conducida por tuberías a los edificios del distrito. Luego, un segundo intercambiador de calor transfiere el calor al sistema de calefacción del edificio. El agua geotérmica es inyectada de nuevo al pozo de reserva para ser recalentada y utilizada de nuevo.

  30. Hoy día, con bombas de calor geotérmico, GHP's, nos aprovechamos de la temperatura estable de la tierra- entre 7 y 13ºC justo unos pocos metros por debajo de la superficie- para ayudar a mantener nuestras temperaturas interiores estables. GHP's circulan agua u otros líquidos a través de tuberías enterradas en un círcuito continuo, tanto horizontal como vertical, cercano a un edificio.Dependiendo del agua, el sistema es utilizado para calentar o para enfriar. En aplicaciones de calefacción, el calor de la tierra, es decir la diferencia entre la temperatura de la tierra y la más fría temperatura del aire, es transferido a tuberías enterradas en un líquido circulante y luego transferido de nuevo al edificio. Para aplicaciones de enfriamiento, el fluido circulante en las tuberías recoge el calor del edificio, y lo transfiere a la tierra lo que ayuda a enfriarlo.

  31. VENTAJAS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA No queman combustibles para producir vapor que gire las turbinas. El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megawatio es menor que otro tipo de plantas. La central geotérmica es resistente a las interrupciones de generación de energía debidas al tiempo, desastres naturales o acontecimientos políticos que puedan interrumpir el transporte de combustibles. Estas centrales pueden tener diseños modulares, con unidades adicionales instaladas en incremento cuando sea necesario debido a un crecimiento en la demanda de la electricidad.El dinero no debe ser exportado para poder importar combustible, los beneficios económicos se mantienen en la región y no hay colapsos por el precio del combustible.

  32. VENTAJAS • Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior. • Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo, carbón... • Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético • Ausencia de ruidos exteriores • Los recursos geotermicos son mayores que los recursos de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinados.[cita requerida] • No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales. • El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, tala de bosques, ni construcción de tanques de almacenamiento de combustibles.

  33. DESVENTAJES DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA - Grandes inversiones iniciales - Bajo rendimiento(11%-13%) - Imposibilidad de transporte

  34. DESVENTAJAS • En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal. • En ciertos casos, emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero; es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión. • Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc. • Contaminación térmica. • Deterioro del paisaje. • No se puede transportar (como energía primaria). • No está disponible más que en determinados lugares

  35. CONTAMINACION • Las centrales geotérmicas producen muy poca contaminación ambiental. Las emisiones de CO2 de una central geotérmica son aproximadamente 1/6 de las emisiones de una central térmica a gas por Kwh producido. El vapor usado por las centrales geotér-micas incluye gases incondensables tales como CO2, H2S, NH3, CH4, N2 y H2 en valores entre 2,5 y 47 gramos de contaminante por kg de vapor. El ácido sulfídrico H2S es el contaminante de mayor preocupación en las centrales geotérmicas, ya que afecta corrosivamente a los equipos eléctricos. Esto, se soluciona haciendo uso de sistemas de extracción de gases, además de considerar grados de protección adecuados para las celdas, estañado en los conec-tores, uso de conductores de aluminio en lugar de cobre, lavado periódico de los aisladores o, en su defecto, pintado de éstos con una pintura del tipo polimérica.

  36. COSTOS • La mayor parte del costo de las centrales, no es el mantenimiento o el combustible para que funcionen , sino más bien los impuestos a pagar por el terreno ocupado y los costos de instalación. En una seguidilla de pasos, los costos irían a : • Exploración y análisis de información del recursoEvaluación de las posibilidades ( Estudio de factibilidad)Diseño de la plantaConstrucción de la planta • Los costos iniciales en EEUU son aproximadamente entre U$S 2000 y U$S 5000 por Kw instalado y el costo de mantenimiento es de 0,015 a 0,045 centavos de Dólar dependiendo de las características del yacimiento y del tipo de planta. • El Kw de energía geotérmica se comercializa a U$S 0,05 a U$S 0,08. Actualmente se trata de disminuir el precio de mercado.

  37. Incremento de la capacidad mundial , superior a 8.5 MWe

  38. NORMATIVIDAD • Ley Organica de Recursos Geotermicos-1997 • Reglamento de la ley Organica de Recursos Geotermicos D.S 072-2006 EM.

  39. 3000 MW

  40. Fision nuclear