INGENIERÍA MECATRÓNICA 7º B

TRABAJO DE

INVESTIGACIONPLANTA SOLAR

Alumnos:

González Navarro Juan Carlos

Gómez Garrido Javier

Saldaña Arellano Donovan

Sánchez Ruiz Ricardo Otoniel

Materia: MAQUINAS HIDRAULICAS Y TERMICAS

Profesor: JUAN CARLOS VALENCIA MARTINEZ

Uruapan, Michoacán a 16 de noviembre del 2012.

ContenidoINGENIERÍA MECATRÓNICA 7º B................................................................................................1

INTRODUCCION.............................................................................................................................4

DESARROLLO................................................................................................................................5

ENERGIA SOLAR...........................................................................................................................5

Características de una planta de energía solar..........................................................................6

Energía fotovoltaica....................................................................................................................6

Células fotovoltaicas...................................................................................................................7

Electricidad fotovoltaica..............................................................................................................7

Energía por colector solar..............................................................................................................7

Sistemas de aprovechamiento......................................................................................................8

a) CONVERSIÓN EN ENERGÍA TÉRMICA............................................................................8

Colector solar plano................................................................................................................8

Colector al vacío......................................................................................................................9

b) CONVERSIÓN EN ENERGÍA ELÉCTRICA........................................................................9

Hornos solares...............................................................................................................................10

Reflector parabólico......................................................................................................................10

Funcionamiento de hornos solares con torre central...............................................................11

Funcionamiento de las distintas partes del sistema.................................................................11

Helióstatos:.................................................................................................................................11

Caldera:......................................................................................................................................12

Turbina:.......................................................................................................................................12

Generador o alternador:...........................................................................................................13

Acumulador:...............................................................................................................................13

Transformador:..........................................................................................................................14

Condensador:.............................................................................................................................14

Bomba:........................................................................................................................................15

Centro de control:......................................................................................................................15

Ventajas y desventajas del uso de las plantas solares............................................................15

Ventajas:.....................................................................................................................................15

Desventajas:...............................................................................................................................16

INTRODUCCIONPara el trabajo de investigación presente se tratara sobre lo que es el funcionamiento de una planta de energía solar la cual tiene un proceso dentro de su área de generación de energía eléctrica.

En esta planta se tienen varias estaciones para la generación de energía como es los heliostatos para reflejar el sol y este lo mande a la caldera y se genere vapor y este vapor provoque el funcionamiento de una turbina y de aquí se mande la anergia generada a un transformador para mandarlo a las alimentaciones eléctricas.

Para esta generación limpia de energía se tienen sus ventajas aunque de igual manera existen desventajas ya que no siempre son perfectas.

DESARROLLO

ENERGIA SOLAR

El Sol es un gigantesco reactor nuclear. En efecto es una enorme esfera gaseosa (con una masa 330.000 veces mayor que la de la Tierra), formado fundamentalmente por Helio, Hidrógeno y Carbono, en el seno de la cual se producen continuas reacciones nucleares de fusión, es decir, reacciones mediante las cuales se unen los núcleos de dos átomos de hidrógeno para formar un núcleo de helio, liberando en dicho proceso una gran cantidad de energía.

De la enorme cantidad de energía que emite constantemente el Sol, una parte llega a la atmósfera terrestre en forma de radiación solar. De ella, un tercio es enviado de nuevo al espacio a consecuencia de los procesos de refracción y reflexión que tienen lugar en la atmósfera de la Tierra. De los dos tercios restantes, una parte es absorbida por las distintas capas atmosféricas que rodean el globo terráqueo. El resto llega efectivamente a la superficie de la Tierra por dos vías: directamente, es decir, incidiendo sobre los objetivos iluminados por el Sol; e indirectamente, como reflejo de la radiación solar que es absorbida por el polvo y el aire. La primera recibe el nombre de radiación directa y a la segunda se le llama radiación difusa.

Por otro lado, la energía emitida por el Sol no llega a la Tierra de manera uniforme. Varía según la hora del día, según la inclinación estacional del globo terráqueo respecto del Sol, según las distintas zonas de la superficie terrestre, etc., debido a los movimientos de la Tierra y a la absorción de la radiación solar por parte de la atmósfera. En definitiva, se ha calculado que la energía por unidad de tiempo que recibe del Sol una superficie situada a nivel del mar es de unos 1.353 vatios por metro cuadrado.

Conviene tener en cuenta, por otro lado, que la energía solar tiene una importancia directa y esencial en la generación de diversas energías renovables. Así, la absorción de la energía solar por parte de las plantas ‘‘el proceso fotosintético’’ da lugar a la biomasa.

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

Energía fotovoltaicaComo su propio nombre indica, este sistema se encarga de convertir la luz del Sol (“foto”) en energía eléctrica (“voltaica”). El nombre se emplea, específicamente, para denominar al sistema que hace esta conversión por medios puramente electrónicos. El componente principal de todos los sistemas de energía fotovoltaica es la célula solar de silicio.

Células fotovoltaicasEn una célula fotovoltaica, la luz excita electrones entre capas de materiales semiconductores de silicio. Esto produce corrientes eléctricas.

Electricidad fotovoltaica Las células solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor  en estado cristalino, convierten la radiación en electricidad de forma directa. Ahora se dispone de células con eficiencias de conversión superiores al 30%. Por medio de la conexión de muchas de estas células en módulos, el coste de la electricidad fotovoltaica se ha reducido mucho. El uso actual de las células solares se limita a dispositivos de baja potencia, remotos y sin mantenimiento, como boyas y equipamiento de naves espaciales.

Energía por colector solar.Las ondas electromagnéticas provenientes del Sol son absorbidas por todas las superficies expuestas a él. Esta energía que reciben los cuerpos se transforma en la mayoría de los casos en calor. Los sistemas de colector solar aprovechan este calor y lo emplean en el calentamiento de un líquido. Se pueden dividir en sistemas sin concentración y sistemas con concentración.

• Sistemas con concentración: La luz solar se concentra por medio de lentes o espejos sobre la zona a calentar. Lo que permite obtener rendimientos muy elevados. Estos sistemas son:

– Colectores solares de concentración de uno y dos ejes.

– Hornos solares de torre central.

• Sistemas sin concentración: La zona a calentar se expone directamente al Sol y sin elementos auxiliares, lo que se traduce en un rendimiento inferior, pero también en una mayor facilidad de construcción y menos posibilidades de fallos técnicos. Estos sistemas son:

– Colector solar plano convencional.

– Colector solar de vacío.

Sistemas de aprovechamiento.

La energía solar tiene tres campos de aplicación:

a) Conversión en energía térmica

b) Conversión en energía eléctrica

a) CONVERSIÓN EN ENERGÍA TÉRMICAConsiste en la utilización de la energía para obtener calor. Todo cuerpo expuesto al Sol absorbe una parte de los rayos solares que sobre él inciden. Esto da lugar a que el material se caliente y adquiera un cierto calor. Esto se realiza mediante colectores solares, que pueden clasificarse en los siguientes tipos:

Colector solar plano

El principio fundamental de funcionamiento de un colector solar, se basa en el aprovechamiento de la propiedad que posee una superficie revestida de negro o de una sustancia de material selectivo, que absorbe radiación solar en un 90% y la emite en menos de un 10%.

El colector solar plano, está formado por una superficie metálica plana que lleva adherida a ella una serie de tuberías de cobre, estando todo el conjunto revestido de pintura negra absorbente selectiva. Por las tuberías circula el agua a ser calentada por la radiación solar. Para evitar las pérdidas de calor por conducción, el conjunto lleva en su parte posterior una capa de material aislante térmico que puede ser: poliuretano expandido, lana de vidrio, fiberglass,…

El rendimiento de un colector solar se deduce comparando la cantidad de calor que se obtiene del agua y la cantidad de calor que recibe el colector de la radiación solar. Pero el rendimiento cae bruscamente a medida que aumenta la temperatura debido a las pérdidas térmicas.

Colector al vacío

La idea de hacer el vacío entre la cubierta de vidrio y la placa receptora, reduce las pérdidas por convección a cero y si a ello se le agrega una superficie de absorción selectiva, también se pueden reducir casi a cero las pérdidas por radiación, pero conseguir un vació entre las placas de un colector plano es muy difícil técnicamente porque hay que tener un soporte rígido del espacio entre las placas y un sellado hermético a veces imposible de practicar.

b) CONVERSIÓN EN ENERGÍA ELÉCTRICA

Consiste en la utilización de la energía solar para producir directamente electricidad. Para ésta aplicación se utilizan las células solares o fotovoltaicas. Los sistemas fotovoltaicos permiten la transformación de la luz solar en

energía eléctrica, es decir, la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía electromotriz (voltaica).

Cuando la energía luminosa incide en la célula fotoeléctrica, existe un desprendimiento de electrones de los átomos que comienzan a circular libremente en el material. Si medimos el voltaje existente entre los dos extremos del material, observamos que existe una diferencia de potencial entre 0,5 y 0,6 voltios.

Pero ésta cantidad de energía es insuficiente si no somos capaces de obtener mayores voltajes y corrientes que permitan aplicaciones prácticas. Para ello, se diseñan en cada oblea cientos de diodos, los cuales son capaces de suministrar tensiones de varios voltios. Los paneles solares pueden acoplarse en forma modular, lo que permite que puedan pasar de un sistema doméstico de generación de energía, a otro más potente para industrias o instalaciones de gran consumo.

Hornos solares.Los hornos solares son reflectores parabólicos o lentes construidos con precisión para enfocar la radiación solar en superficies pequeñas y de este modo poder calentar "blancos" a niveles altos de temperatura. El límite de temperatura que puede obtenerse con un horno solar está determinado por el segundo principio de la termodinámica como la temperatura de la superficie del sol, esto es 6000 ºC, y la consideración de las propiedades ópticas de un sistema de horno limita la temperatura máxima disponible.

Se han usado hornos solares para estudios experimentales hasta 3500 ºC y se han publicado temperaturas superiores a 4000 ºC. Las muestras pueden calentarse en atmósferas controladas y en ausencia de campos eléctricos o de otro tipo si así se desea.

Reflector parabólico.El reflector parabólico tiene la propiedad de concentrar en n punto focal los rayos que entran en el reflector paralelamente al eje.

La utilidad de los hornos solares aumenta con el uso de helióstatos, o espejo plano móvil, para llevar la radiación solar al reflector parabólico. La siguiente tabla muestra algunas propiedades de cuatro hornos solares.

El reflector o blanco usado en los hornos solares puede ser de varias formas.

Funcionamiento de hornos solares con torre central.

Funcionamiento de las distintas partes del sistema.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ventajas y desventajas del uso de las plantas solares.

Ventajas:Una vez realizada la instalación y hecha la inversión inicial, no se originan gastos posteriores (a excepción del mantenimiento).

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

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

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

Menor rendimiento que otros sistemas.

Mayor complejidad mecánica que otros sistemas de aprovechamiento de energías renovables

Peligro por las altas temperaturas que se alcanzan.

Necesidad del empleo de acumuladores de calor para cuando no exista la suficiente radiación solar.

USOS POSIBLES DE LA ENERGÍA SOLAR

Calefacción doméstica.

-Refrigeración

-Calentamiento de agua

-Destilación

-Fotosíntesis

-Generación de energía

-Hornos solares

-Cocinar

-Evaporación

-Acondicionamiento de aire

-Control de heladas

-Secado

BIBLIOGRAFIA

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo6f.html

http://html.rincondelvago.com/energia-solar_8.html

http://greenpeace.es

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/xii.-las-centrales-solares