Tema Tecnología 02: Transporte y distribución de la energía.

Introducción al Transporte de Energía

• Bienvenida al canal y presentación del segundo tema sobre el transporte de energía.

• Enfoque en cómo se transporta la energía desde su producción hasta el consumo.

• Se mencionan los tipos de energía a tratar: eléctrica, calorífica, agua y combustibles.

Transporte y Distribución de Energía Eléctrica

• Importancia del transporte y distribución de energía eléctrica en la vida diaria e industrias.

• Se abordarán las estaciones transformadoras, redes de distribución y pérdidas durante el transporte.

• También se discutirá el transporte de energía calorífica y distribución del agua.

Importancia de la Energía en la Civilización Moderna

• La energía es fundamental para la civilización moderna; su consumo masivo es esencial.

• Aumento constante en el uso de energía a lo largo de los últimos dos siglos.

• El consumo energético por persona indica el desarrollo económico alcanzado.

Demanda Energética Actual

• La demanda energética está asociada al nivel de vida y potencial industrial de un país.

• Las sociedades actuales dependen completamente del suministro energético para funcionar.

• Objetivo del tema: analizar cómo se transporta la energía desde su producción hasta su consumo.

Características del Fluido Eléctrico

• La electricidad no es un material transportable, sino un flujo de electrones que debe ser producido continuamente.

• Comparación con otros tipos de energía que pueden almacenarse más fácilmente.

¿Cómo se produce y transporta la energía eléctrica?

Producción de energía eléctrica

• La energía eléctrica se genera en centrales eléctricas: hidráulicas, térmicas, nucleares, eólicas y solares.

• La electricidad es esencial en hogares e industrias; su consumo ocurre donde hay un interruptor o enchufe.

• Es común encontrar aparatos eléctricos en todos lados; la producción y el consumo están conectados por líneas eléctricas.

Desafíos del transporte eléctrico

• La producción y el consumo de electricidad suelen estar distantes, lo que complica su gestión.

• El mercado eléctrico incluye zonas definidas para producción, transporte y consumo de energía.

• La electricidad no puede almacenarse como otras energías; debe producirse al momento de la demanda.

Eficiencia en el transporte

• Las pérdidas por calor en los conductores son un problema significativo durante el transporte eléctrico.

• Se requieren más fuentes de producción para satisfacer la demanda sin redimensionar las redes eléctricas.

• Las plantas fotovoltaicas generan energía solo en ciertas horas, lo que plantea desafíos adicionales.

Estrategias para minimizar pérdidas

• Para contrarrestar pérdidas por calor, es necesario aumentar la tensión y disminuir la intensidad durante el transporte.

• Aumentar la tensión reduce las pérdidas energéticas al mover menos electrones a través de los conductores.

• El transporte se realiza a alta tensión mientras que el consumo se hace a baja tensión.

Estructura de la red eléctrica

• La red eléctrica incluye estaciones que transforman voltajes altos para su distribución a industrias y hogares.

¿Cómo funciona la distribución eléctrica?

Introducción a la instalación eléctrica

• La electricidad puede llegar a las casas en monofásico o trifásico, dependiendo de la instalación.

• En un bloque de viviendas, cada fase se distribuye a diferentes partes del mismo.

Autoconsumo y producción

• Se menciona la posibilidad de autoconsumo en fábricas para reducir dependencia de centrales eléctricas.

• Las industrias pueden inyectar energía al sistema eléctrico local.

Voltajes y su manejo

• La producción eléctrica se realiza a 26 kilovoltios; el aumento del voltaje puede causar arcos eléctricos peligrosos.

• Ejemplos como rayos muestran cómo el alto voltaje permite saltar distancias sin necesidad de gran amperaje.

Alta tensión y sus características

• Las líneas de alta tensión pueden alcanzar hasta 138 mil voltios, reduciendo pérdidas energéticas.

• A mayor voltaje, menor corriente y menos pérdidas, pero requieren mejor aislamiento.

Transformación del voltaje

• En subestaciones, el voltaje se transforma nuevamente para ser adecuado al sistema de distribución.

• El voltaje puede bajar a 33 kilovoltios para industrias específicas como SEAT.

Distribución final en hogares

• Para consumidores finales, el suministro baja a 380 o 415 voltios; en viviendas se reduce a 220 o 240 volts.

Eficiencia en transporte eléctrico

• El transporte debe ser económico y eficiente; las pérdidas son proporcionales al cuadrado de la intensidad.

Proporcionalidad de Tensión y Pérdidas

• La tensión debe ser máxima para minimizar pérdidas, pero no puede elevarse indefinidamente.

• A partir de ciertos voltios, se fijan tensiones según la longitud de la línea para reducir pérdidas.

• Regla empírica: tensión en kilovoltios es igual a la mitad de la longitud del transporte en kilómetros.

Consideraciones sobre Cables y Aislantes

• Los cables deben estar aislados y separados para evitar arcos eléctricos por carga ionizada.

• Las fases en líneas trifásicas deben mantener distancia debido a desfases importantes entre ellas.

• Forrar cables es costoso; se discuten las protecciones necesarias.

Protección contra Sobrecargas

• La protección más común es el magneto térmico, que actúa ante cortocircuitos y sobrecargas.

• Un cortocircuito genera una sobrecarga que puede dañar instalaciones eléctricas.

• Se utilizan fusibles e interruptores automáticos para proteger las instalaciones.

Funcionamiento de Fusibles e Interruptores

• Los fusibles están diseñados para romperse antes que la instalación eléctrica sufra daños.

• En casas antiguas, se usaban fusibles que muchas veces eran reemplazados por cables gruesos.

• Con altas tensiones, los arcos son difíciles de apagar; se emplean interruptores especiales.

Tipos de Interruptores Eléctricos

• Interruptores con sistemas de rotura de arco abren contactos rápidamente para evitar daños.

• Algunos interruptores utilizan aire comprimido para enfriar y romper el arco eléctrico.

• Otros tipos sumergen contactos en aceite, lo cual ayuda a controlar el arco durante fallas.

Transformación y Distribución de Energía

• Las estaciones transformadoras distribuyen energía proveniente de centrales eléctricas a diversas potencias.

Subestaciones Eléctricas y su Importancia

Funciones de las Subestaciones

• Las subestaciones eléctricas son cruciales para la entrada y salida del servicio de líneas, así como el control de objetos prestados.

• Transforman la alta tensión en baja tensión, generalmente ubicadas bajo techo con un símbolo eléctrico que indica no entrar.

• Incluyen interruptores que protegen contra defectos en la instalación mediante relés.

Protección y Control

• Se equipan con protección a distancia para gestionar fallos sin afectar toda la red eléctrica.

• Permiten cortar o abrir líneas específicas, evitando cortes masivos de energía.

• Los órganos de acoplamiento permiten maniobras manuales o hidráulicas sin necesidad de corriente.

Elementos Esenciales

• Las válvulas de derivación actúan como diferenciales, dirigiendo sobretensiones a tierra.

• Estas válvulas se adaptan a condiciones locales y ayudan a regular la corriente tras una sobretensión.

• Los reactores y condensadores compensan desbalances en fases debido a cargas inductivas o capacitivas.

Riesgos Asociados

• Cortocircuitos pueden generar grandes riesgos materiales y personales, incluyendo quemaduras por calor extremo.

• La exposición a corrientes eléctricas puede ser peligrosa; hay riesgo de daños oculares por chispas intensas.

¿Cómo se gestiona la energía eléctrica?

Red de distribución y subestaciones

• En casa no se cobra la reactiva, pero los motores eléctricos inyectan inductiva a la red.

• Limitar efectos de cortocircuito es crucial; se puede lograr con limitadores de corriente o subdividiendo la red.

• Las subestaciones son peligrosas; deben estar interconectadas pero subdivididas para evitar fallos en todo el sistema.

Compensación y demanda energética

• Se compensa la sequía en un extremo del país con abundancia en otro, optimizando el flujo eléctrico.

• La red primaria transporta energía desde el productor sin alimentar directamente a consumidores.

• Transformadores 11 aíslan circuitos, evitando pérdidas aunque no haya transformación eléctrica.

Estructura de la red eléctrica

• La red primaria lleva fluido eléctrico a estaciones de transformación que reducen tensión para su distribución.

• La red secundaria conecta varias estaciones transformadoras y alimenta múltiples puntos de distribución.

• Redes suelen estar cerradas en forma de anillo para asegurar suministro continuo ante averías.

Importancia del diseño en redes eléctricas

• Un diseño en anillo permite que si una parte falla, la corriente siga llegando por otra ruta.

• Ejemplo personal: problemas por falta de diseño adecuado llevaron a cortes significativos de electricidad.

• La red de baja tensión lleva energía a usuarios y debe ser también anillada para garantizar suministro.

Conclusiones sobre redes eléctricas

• Redes de baja tensión alimentan usuarios desde subestaciones sin afectar otros consumidores.

• Es esencial que las redes sean cerradas para mantener alimentación continua ante posibles caídas.

Alimentación a Tensión Constante

• La luz llega en avión y se discute la alimentación de los receptores con tensión constante.

• La intensidad total suministrada por el generador es igual a la suma de todas las intensidades consumidas.

• Ventaja principal: independencia de los receptores; si una línea falla, las demás siguen funcionando.

Inconvenientes de la Distribución en Paralelo

• A medida que nos acercamos a la unidad de alimentación, la intensidad en los conductores aumenta.

• Necesidad de usar cables más gruesos para soportar mayores intensidades en distribución paralela.

• En consumo en serie, el voltaje disminuye en cada receptor, mientras que en paralelo se distribuye la corriente.

Líneas Trifásicas y Neutro

• Las líneas trifásicas tienen tres fases y un neutro; este último permite disfrutar del sistema trifásico.

• Conectando receptores entre fases se obtiene una tensión mayor multiplicada por raíz de 3.

• El neutro puede estar conectado directamente a tierra para regular tensiones.

Ventajas del Sistema Trifásico

• Permite disponer de dos tensiones distintas al alimentar sistemas trifásicos.

• Tensiones conjuntas entre fases son 220V y 380V, facilitando diversas aplicaciones eléctricas.

• La alimentación a intensidad constante conecta todos los receptores uno detrás del otro.

Consideraciones sobre Iluminación Pública

• La tensión del generador es igual a la suma de todas las tensiones necesarias para los consumidores.

• Ejemplo: conectar bombillas requiere sumar sus voltajes para evitar faltantes.

• Alimentación en serie es más sencilla, solo necesita un hilo conductor constante.

Problemas con Conexión en Serie

• Los receptores no son independientes; si uno falla, afecta a todos los demás conectados.

Conexiones y Interruptores Automáticos

• Si se corta un cable en serie, se interrumpe todo el circuito. Se puede evitar usando interruptores automáticos en cada receptor.

• Los interruptores automáticos permiten que la corriente continúe fluyendo a otros consumidores si uno falla, lo cual es una solución óptima.

• Para muchos receptores, se requieren tensiones elevadas; por ejemplo, 50 lámparas de 220V necesitan un generador de 11 kV.

Dependencia de Receptores en Iluminación Pública

• En iluminación pública, los receptores (farolas) se activan y desactivan simultáneamente, creando dependencia entre ellos.

• Es necesario usar interruptores automáticos para evitar interrupciones en caso de fallos en las farolas.

• Si una farola falla, el interruptor salta pero la corriente sigue fluyendo a las demás farolas.

Pérdidas Durante el Transporte de Energía

• La energía se pierde desde la central eléctrica hasta el consumo debido a la resistividad del cable.

• La resistencia del cable varía según su sección, material y longitud; mayor longitud implica más pérdidas.

• Cambios de temperatura afectan la conductividad: temperaturas más frías mejoran la conducción.

Dimensiones del Cable Según Tensión

• El diámetro del cable debe adecuarse a la tensión y amperaje: por ejemplo, 25 mm para 132 kV y 15 mm para 220 kV.

• Usar aluminio requiere mayor diámetro que cobre para reducir resistencias debido al costo.

Distribución de Calor

• Se discute sobre la distribución de energía calorífica utilizando diferentes fluidos térmicos como agua o aceites térmicos.

• Los productos de combustión son inadecuados para transportar energía calorífica debido a su rápida pérdida de temperatura.

• Se prefieren líquidos con alta capacidad calorífica que sean estables químicamente y económicos en diseño.

Fluidos Térmicos Utilizados

• Ejemplos de fluidos térmicos incluyen agua, vapor, aceites minerales y metales fundidos por su eficacia en transporte energético.

Calefacción y sus Desafíos

• Los sistemas de calefacción requieren gran volumen y masa debido a la baja capacidad calorífica de los gases.

• Los aceites térmicos son contaminantes; los gases de combustión contienen óxidos que se convierten en ácidos corrosivos.

• El vapor de agua es el más utilizado, no tóxico, pero requiere mucha energía térmica a altas temperaturas.

Tipos de Calentadores

• Existen calentadores por convección y radiación; los serpentines son comunes en fábricas e invernaderos.

• Los tubos de peine se utilizan en espacios reducidos; son fáciles de limpiar y efectivos.

• Radiadores comunes tienen un espesor de 115 mm, transmitiendo calor por convección.

Sistemas de Calefacción por Radiación

• La calefacción por radiación utiliza tubos lisos en suelos, techos o paredes para calentar el espacio.

• Convectores calientan solo por convección mediante movimiento fluido alrededor del radiador.

• Se emplean climatizadores para insuflar aire caliente en oficinas.

Distribución del Calor

• La distribución del calor se realiza mediante aire caliente movido a través de grandes tubos.

• Para instancias grandes, se utiliza agua o vapor; temperaturas inferiores a 75°C permiten trabajar con agua.

• Sistemas abiertos pueden propagar enfermedades; es necesario revisar sistemas para evitar acumulaciones.

Calefacción Central

Sistema de Calefacción y Transporte de Agua

• Un sistema de baja presión es más económico, pero más difícil de regular centralmente.

• La gestión del vapor es complicada; cambios bruscos en el consumo afectan la presión.

• El transporte de calor en aire requiere ventiladores, ya que no se mueve por sí mismo.

Convección y Movimiento del Agua

• La convección permite que el agua caliente suba por diferencias de densidad.

• Es un sistema complejo; el agua debe ser condensada y devuelta por bombeo.

• El agua es esencial, ocupa dos tercios del planeta, pero no siempre está disponible para beber.

Transporte y Tratamiento del Agua

• Se necesita transportar y tratar el agua para adecuarla a nuestras necesidades.

• El agua puede transportarse por gravedad o mediante presión; se utilizan arietes y bombas.

• Los canales pueden ser excavados o construidos con diferentes secciones para optimizar el flujo.

Tuberías y Materiales Utilizados

• Las tuberías pueden ser de hormigón, gres o acero; antes se usaba plomo, que es tóxico.

• La instalación eficiente dentro de edificios es crucial para evitar pérdidas significativas.

• En España, las pérdidas en la red de distribución pueden alcanzar hasta el 50%.

Consideraciones sobre Instalaciones Hidráulicas

• Las instalaciones deben estar ocultas en la mayoría de los casos para mantener estética.

Instalaciones y Materiales en Construcción

Espacios y Resistencia

• Se deben tener espacios huecos para canalizaciones, que sean resistentes al fuego en edificios.

• Los efectos corrosivos del agua son un tema de estudio importante; el agua es un disolvente universal.

Materiales y Corrosión

• Es recomendable tratar el agua para corregir efectos corrosivos; se pueden usar tuberías más baratas como plásticos.

• El acero galvanizado y el hierro forjado son mejores contra la oxidación que el acero negro no galvanizado.

Tuberías y Uniones

• La tubería de cobre es común por su costo y facilidad de ensamblaje; se debe evitar la corrosión con materiales adecuados.

• Las uniones roscadas en latón utilizan cinta para sellar, evitando fugas.

Técnicas de Soldadura

Proceso de Soldadura

• En las tuberías de cobre, las uniones soldadas se realizan mediante capilaridad del estaño.

• Es crucial limpiar bien antes de soldar para evitar oxidación interna del cobre.

Importancia del Enfriado

• Dejar enfriar lentamente la soldadura asegura una unión fuerte; verificar que no haya fugas es esencial.

Componentes de Instalación

Válvulas y Grifos

• Se utilizan válvulas grandes en instalaciones, como compuertas o retención, dependiendo de las necesidades.

• Grifos comunes incluyen los de llave y pico; permiten controlar el flujo del agua.

Distribución de Gases

Transporte de Combustibles y Gases Derivados del Petróleo

Importancia del Transporte

• El transporte eficiente de combustibles y gases es crucial para la producción energética.

• El consumo de petróleo indica si una nación es rica o pobre, afectando su desarrollo económico.

Métodos de Transporte

• Se utilizan oleoductos por su alta capacidad, velocidad y rentabilidad económica.

• Comparar el uso de oleoductos con barcos muestra que los primeros son más eficientes.

Capacidad de los Buques Petroleros

• Los buques petroleros modernos pueden transportar hasta 527 mil toneladas.

• El petróleo se mueve a través de oleoductos mediante diferencias de presión generadas en centrales de bombeo.

Distribución y Regulación del Gas

Transporte y Presión

• La temperatura y presión son factores clave en el transporte por tuberías.

• Es importante controlar las pérdidas durante el transporte para mantener la eficiencia.

Redes de Distribución

• Las redes distribuyen gas a alta presión desde grandes tuberías hasta instalaciones receptoras.

• Se debe planificar la red considerando el crecimiento futuro para evitar insuficiencias.

Regulación Económica

• La delegación provincial del ministerio regula si una instalación es económica o no.

• Existen centros reguladores necesarios para asegurar un suministro constante y seguro.

Seguridad en el Transporte

Accesibilidad y Mantenimiento

• Las llaves deben estar accesibles para evitar accidentes en caso de averías.

Características del Gas

• El gas no huele normalmente; se le añade un producto para detectar fugas solo al final del proceso.

Consideraciones Técnicas

Protección de Tuberías

• Se debe excavar un hoyo profundo para proteger las tuberías y evitar daños.

• Las tuberías tendrán protección catódica para prevenir corrosión, especialmente si están expuestas al agua.

• Los anclajes deben calcularse según los esfuerzos que soportarán, tomando medidas contra la corrosión en instalaciones subacuáticas.

Riesgos de Instalaciones Subacuáticas

• Colocar tuberías bajo el agua puede causar problemas graves como fugas de gas e incendios.

• La protección catódica es esencial para evitar la corrosión galvanica en las tuberías.

• El agua puede disolver materiales; se utiliza protección catódica para "pagar" electrones y prevenir robos de electrones.

Medidas de Seguridad y Balizamiento

• Las administraciones fijarán medidas de balizamiento en canalizaciones cerca de líneas eléctricas o ferrocarriles.

• Es importante no cruzar tuberías por vías para evitar hundimientos o daños.

• La administración gestionará el transporte, colocación y marcaje de las tuberías.

Conversión y Transporte de Energía

• La inter conversión de energía es posible mediante dispositivos con rendimiento variable.

• Se debe considerar tanto el costo energético como su transporte desde producción hasta consumo.