Prof. Ing. Egberto Hernández Falcón Programa Grado Asociado Introducción a la Electromecánica Industrial Prof. Ing. Egberto Hernández Falcón ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Energía Programa Grado Asociado ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Que es Energía… La energía es un concepto utilizado en el campo de las ciencias naturales en general; es una propiedad que le permite a cualquier objeto físico realizar algún trabajo. Todas las transformaciones que puede percibir el hombre de la naturaleza son producto de algún tipo de energía, ésta última es la fuente de todo movimiento. Se manifiesta con cambios físicos y químicos, como por ejemplo el derretimiento de un hielo (físico) o el proceso digestivo del hombre (químico). La energía es un concepto abstracto, es decir, no se refiere a un objeto físico, es una herramienta matemática para asignar el estado de un sistema físico. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Que es Energía (cont.)… En física, los diversos tipos de movimientos se les atribuyen a un tipo de energía, como la energía potencial, cinética, electromagnética, entre otras. Éstas están en potencia de transformación a otro tipo de energía. La famosa frase de Newton “ la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma” ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Diferentes tipos de Energía Energía potencial Energía eléctrica Energía térmica Energía química Energía solar Energía eólica (del viento) Energía mareomotriz Energía geotérmica Energía biomasa Energía biocombustibles Energía nuclear de fisión Energía nuclear de fusión Energía Hidráulica ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Que es la Electricidad… El término electricidad deriva del Griego "electrón", que significa "ámbar" (el filósofo Griego Tales de Mileto, se dió cuenta de que al frotar una varilla de ámbar con lana o piel, se creaba una atracción hacia otros cuerpos en la vecindad, e incluso se producían chispas). Este término se aplica a toda la variedad de fenómenos resultantes de la presencia y flujo de una corriente eléctrica. Ahora si, para explicar adecuadamente la mayoría de los fenómenos asociados además se debe incluir al magnetismo, lo que lleva al estudio del electromagnetismo; de esta manera podemos entender los campos magnéticos, los rayos que tanto destacan en las tormentas, y toda la gama de aplicaciones industriales que conocemos en la actualidad. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Que es la Electricidad (cont.)… El ser humano conoce dos formas de electricidad: Electricidad estática – es aquella que se presenta en estado de reposo, es producida por fricción. Ejemplo; La fricción entre la peinilla y el cabello crea acumulación de electrones(-). Si se acerca la peinilla a un material liviano se experimenta el fenómeno de la atracción. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Que es la Electricidad (cont.)… La segunda forma de electricidad: Electricidad dinámica – es aquella que se produce mediante el empleo de generadores o baterías y esta siempre en movimiento. La electricidad dinámica es la forma de electricidad mas usada por el hombre. La electricidad es conocida, únicamente, por sus efectos y manifestaciones. Ejemplo; Por el paso de los electrones a través del alambre pueden producir calor, luz y magnetismo; a través del organismo humano produce una reacción fisiológica. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Leyes de la Electricidad Lo que se conocía con cierta certeza eran las características de las cargas. Si tenemos dos cargas iguales, ya sea positivas o negativas, estas se repelen. (Repulsión) Si tenemos dos cargas distintas, es decir una positiva y otra negativa, estas se atraen. (Atracción) + + - - - + ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Seguridad Eléctrica La seguridad eléctrica consiste en la reducción del riesgo de los efectos nocivos que puedan darse por la aplicación de una determinada técnica que involucre la utilización de equipo medico. Diferencia de potencial. Corriente eléctrica. Circuito eléctrico. Macro shock. Micro shock. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Seguridad Eléctrica (cont.) En 1893 DÀrsonval , hizo circular una corriente de (1 amperios) a una frecuencia de unos 800 KHz, a través de dos sujetos tomados por los brazos; esta corriente hacia brillar una lámpara de 100W, colocada en serie con los mismos. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Seguridad Eléctrica (cont.) Efectos Fisiológicos 0.001A Umbral de percepción. 0.01A Reflejo condicionado de retiro. 0.05A Parálisis respiratoria y dolor. >0.1A Fibrilación ventricular. >1A Contracción sostenida del miocardio. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Seguridad Eléctrica (cont.) Occupational Safety & Health Administration (OSHA) Los riesgos eléctricos pueden causar quemaduras, choques eléctricos y electrocución (muerte). Presuma que todos los cables aéreos están energizados (vivos) a voltajes fatales. Nunca presuma que se puede tocar un cable de manera segura aún si está fuera de servicio o parece que está aislado. Nunca toque una línea de energía eléctrica que se haya caído. Llame a la compañía de servicio eléctrico para reportar líneas eléctricas caídas. Manténgase al menos 10 pies (3 metros) alejado de cables aéreos durante limpiezas y otras actividades. Si está trabajando a alturas o manejando objetos largos, antes de comenzar a trabajar evalúe el área para detectar la presencia de cables aéreos. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Seguridad Eléctrica (cont.) Occupational Safety & Health Administration (OSHA) Si un cable aéreo cae sobre su vehículo cuando esté guiando, manténgase dentro del vehículo y continúe guiando, alejándose del cable. Si el motor de su vehículo se detiene, no salga del vehículo. Adviértale a las personas que no toquen el vehículo o el cable. Llame, o pídale a alguien que llame, a la compañía local de servicio eléctrico y a servicios de emergencia. Nunca opere equipos eléctricos mientras esté parado sobre agua. Nunca repare cables o equipo eléctrico a menos que esté cualificado y autorizado. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Seguridad Eléctrica (cont.) Occupational Safety & Health Administration (OSHA) Antes de energizar el equipo eléctrico que se ha mojado, haga que un electricista cualificado lo inspeccione. Si está trabajando en áreas húmedas, inspeccione los cables y equipo eléctrico para asegurarse que están en buenas condiciones y sin defectos, y use un interruptor de circuito con pérdida a tierra (GFCI, por sus siglas en inglés). Siempre tenga cuidado cuando esté trabajando cerca de electricidad. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Seguridad Eléctrica (cont.) Occupational Safety & Health Administration (OSHA) ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Producción de Electricidad La electricidad es algo que no se puede ver, pero si se conoce por sus efectos y manifestaciones. Se pueden emplear diferentes métodos para producir electricidad, estos son: Método Químico Método Piezoeléctrico Método Fotoeléctrico Método Térmico Método Mecánico entre otros… ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Producción de Electricidad Método Químico Donde la energía eléctrica generada por la Autoridad de Energía Eléctrica (AEE) no es accesible, se emplea el uso de pilas y baterías . Este es un método químico para la producción de energía eléctrica de Corriente Directa (DC). Las baterías son útiles en aquellos sitios donde no puede emplearse la corriente alterna. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Producción de Electricidad Método Piezoeléctrico Se produce mediante el uso de cristales reproductores y micrófonos que operan por presión o vibración de algunos materiales especiales como es el cristal de cuarzo, la turmalina, el titanato de bario y la sal de Rochelle. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Producción de Electricidad Método Fotoeléctrico La luz, al incidir sobre ciertos materiales, hace que estos puedan emitir electrones o que permita el paso de la electricidad con facilidad. El “ojo eléctrico” celda fotoconductiva permite a los electrones moverse a través de una porción de selenio cuando este material es impactado por los rayos del sol. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Producción de Electricidad Método Térmico Con la utilización de un artefacto llamado pirómetro, termopar o termocupla, que consta de dos varillas o placas de metal diferentes unidas fuertemente por uno de sus extremos. Una varilla de hierro y otra de cobre forman un pirómetro muy sencillo de construir. El pirómetro se utiliza para medir altas temperaturas de calor. Al aplicarse calor a la unión se produce un movimiento de electrones fluyendo desde el hierro hacia el exterior, a través de la carga y de regreso al termopar por extremo de cobre. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Producción de Electricidad Método Mecánico Consiste en accionar una maquina generatriz mediante un motor eléctrico, motor de gasolina, caída de agua o presión de vapor. El uso de la presión de vapor en centrales termoeléctricas es el método mas utilizado para generar enormes cantidades de energía para abastecer grandes ciudades alrededor del mundo. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Infraestructura Eléctrica de Puerto Rico En el 1893 se instaló el primer sistema de alumbrado privado por Don José Ramón Figueroa en Villalba. Desde entonces, hasta la inauguración de la Central Carite 1 en 1915, toda la electricidad disponible en Puerto Rico era producida y distribuida por las compañías privadas establecidas en los centros urbanos más importantes de la Isla. Ese mismo año estrenó el alumbrado público en nuestra ciudad capital con la instalación de ocho focos y 600 lámparas incandescentes en ocasión de una visita real a la Isla. La Sociedad Anónima de la Luz Eléctrica continuó ofreciendo este servicio en San Juan por varios años. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Infraestructura Eléctrica de Puerto Rico LA AUTORIDAD DE LAS FUENTES FLUVIALES, creada en virtud de la Ley Número 83 del 2 de mayo de 1941. En el 1946 se inició la construcción de la torre de Monacillos. Estas facilidades originalmente se utilizaron como oficinas de los operadores del sistema y contaba con una subestación de 30,000 kilovatios. Paulatinamente, estas instalaciones se convierten en el cerebro de nuestro sistema eléctrico. Desde aquí y a través de un sofisticado sistema computadorizado, se monitorea y se controla tanto la producción como la distribución de la energía eléctrica en toda la Isla. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Infraestructura Eléctrica de Puerto Rico En el 1950 se inaguró la Central Termoeléctrica de San Juan. Esto marcó el inicio de la producción de electricidad a gran escala en Puerto Rico a base de la utilización de petróleo. Durante esa década se construyó además, la Central Termoeléctrica de Palo Seco en Cataño y la de Costa Sur en Guayanilla. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Infraestructura Eléctrica de Puerto Rico El 30 de mayo de 1979, mediante la Ley número 57, la Autoridad de las Fuentes Fluviales cambió su nombre por el de la Autoridad de Energía Eléctrica. El cambio se debió a las nuevas circunstancias, en las cuales, ya las fuentes fluviales no constituyen la principal fuente energética para suplir la electricidad de Puerto Rico. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Termoelectrica Costa Sur – Guayanilla 990MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Termoelectrica Costa Sur – Guayanilla 990MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Componentes de una Central Térmica ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Componentes de una Central Térmica Caldera – se quema el combustible (carbón, fuel-oil ó gas) y así la energía química contenida en este se transforma en calor. Esta energía calorífica se utiliza para transformar el agua en vapor a altas temperaturas y presión. Combustible – puede ser solido (carbón), liquido (fuel-oil ó gasoil) o gaseoso(gas natural). Al quemar el combustible en la caldera, se transforma la energía química de este en energía térmica. Turbina de Vapor – el vapor producido en la caldera mueve los alabes haciendo girar la turbina. De esta forma, la energía contenida en el vapor pasa y se transforma en energía mecánica de rotación. La turbina esta acoplada al alternador. Alternador – esta acoplado a la turbina de vapor y es movida por esta. Su función es convertir la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica. Transformador – los transformadores elevan la tensión de la energía eléctrica generada en el alternador hasta la tensión de la red de transmisión. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Componentes de una Central Térmica Red Eléctrica – recibe la electricidad de las centrales generadoras y la transporta hasta los puntos de consumo. Condensador – el vapor que ha cedido su energía a la turbina es dirigido al condensador, donde pasa de nuevo al estado de agua liquida antes de incorporarse nuevamente al ciclo. Bomba de circuito de refrigeración – dicha bomba asegura la circulación del agua de refrigeración entre el condensador y la fuente fría (un rio, el mar o una torre de refrigeración). Equipo de reducción de emisiones – antes de que lo gases de combustión procedentes de la caldera sean emitidos por la chimenea, son tratados para captar los elementos contaminantes. Chimenea – una vez tratados por los equipos de reducción de emisiones, los gases de combustión (en su mayoría CO2 son evacuados a la atmosfera por la chimenea. Torre de refrigeración – su función es enfriar el agua del circuito de refrigeración. El aire recorre el interior de la torre en sentido ascendente, enfriando el agua que cae en sentido contrario en forma de gotas, como si se tratara de una ducha. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Termoeléctrica Costa Sur – Guayanilla 990MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Termoeléctrica Aguirre– Salinas 900MW Central de Ciclo Combinado Aguirre – Salinas 592MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Termoeléctrica Cambalache – Arecibo 247.5MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Termoeléctrica – San Juan 400MW Central Ciclo Combinado – San Juan 464MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Termoeléctrica Palo Seco – Cataño 602MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Gas Natural EcoEléctrica – Peñuelas 540MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Centrales Generatrices de Puerto Rico Central Carbón Natural – Guayama 454MW ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Infraestructura Eléctrica de Puerto Rico La Autoridad cuenta con un moderno sistema eléctrico que sirve a toda la isla. Este sistema lo componen las fases de generación de energía, transmisión y distribución, que lleva electricidad a 1,449,211 clientes Generación La mayor parte de la energía que produce la AEE se genera en cinco centrales principales: Costa Sur, Complejo Aguirre, San Juan, Palo Seco  y Cambalache. La capacidad instalada es de 5,839 MW. El 69 por ciento de la producción es por petróleo. Transmisión El sistema de transmisión se compone de 2,444 millas de líneas de transmisión de 230KV, 115KV y líneas de subtransmisión de 38KV. Cuenta con 51 centros de transmisión. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Infraestructura Eléctrica de Puerto Rico Distribución Las líneas de distribución suman alrededor de 31,446 millas aéreas y 1,723 millas soterradas. Parte de este sistema lo componen 293 subestaciones y 27 oficinas técnicas.

Distribución de la Energía Eléctrica El recorrido de la corriente desde las centrales hasta el usuario se realiza a través de dos grandes redes de líneas eléctricas: la de transmisión y la de distribución. Las conexiones se llevan a cabo en las estaciones o subestaciones eléctricas. Uno de los grandes problemas de la electricidad es que no puede almacenarse, sino que debe ser transmitida y utilizada en el momento mismo que se genera. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Distribución de la Energía Eléctrica Líneas eléctricas - Son el conjunto de conductores, aislantes y accesorios, destinados al transporte y la distribución de energía eléctrica. Se dividen en dos tipos según su construcción: Aéreas - Los conductores se mantienen a una cierta altura del suelo. Son más económicas de instalar que las subterráneas, pero son menos fiables y necesitan más mantenimiento por estar sometidas permanentemente a los cambios meteorológicos (viento, lluvia, nieve, etc.) ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Distribución de la Energía Eléctrica Subterráneas - Los conductores van enterrados bajo tierra dentro de canales. Tienen un elevado costo de instalación, pero son las más fiables y tienen un mantenimiento menor que las aéreas. Normalmente, las líneas de transmisión y las líneas de distribución primaria son aéreas, y las líneas de distribución secundarias son subterráneas. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Distribución de la Energía Eléctrica La Electricidad desde la Central Generatriz hasta nuestros hogares pasa por diferentes etapas: Generación Transmisión Sub-Transmisión Distribución ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Distribución de la Energía Eléctrica Generación Es aquí donde se realiza la transferencia de energía potencial, térmica, química, eólica (del viento), nuclear, etc. en energía mecánica y esta en energía eléctrica. Utilizando gigantescos generadores. Transmisión Toda la electricidad generada se debe transportar hacia los centros poblados, que por lo general se encuentran bastante alejados, uno del otro. Para realizar esta labor de forma eficiente se eleva el voltaje, por medio de transformadores, a valores entre 115 KV y 230 KV y se utilizan grandes torres metálicas para sujetar los cables que la transportan, cruzar montañas, ríos y lagos. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Distribución de la Energía Eléctrica Sub-Transmisión Una vez que nos aproximamos a los centros poblados, es necesario reducir el voltaje a valores menores (38 KV), por medio de transformadores reductores. Para facilitar así, la entrega de energía a su paso y hacer mas sencillo transportar la electricidad hacia los grandes centros industriales y residenciales de las grandes ciudades (al poder utilizar estructuras metálicas de menores dimensiones). ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Distribución de la Energía Eléctrica Finalmente y para poder llegar a cada uno de los hogares, centros comerciales e industrias, se vuelve a reducir el voltaje a valores de 13.2 KV, 8.320 KV, 4.160 KV y menores, por medio de transformadores reductores. De esta forma es mucho mas sencillo, económico y seguro, transportar la energía eléctrica a cada rincón del pueblo, urbanización o ciudad. ©2011 by Ing. Egberto Hernández All right reserved

Trabajo para Entregar el Lunes 28 de mayo de 2012 Que es Energía? Cual es la famosa frase de Newton? Mencione cinco (5) tipos de Energía. Cuales son las dos tipos de electricidad? Que es Repulsión? Que es Atracción? Mencione cinco métodos para producir electricidad. Cuales son los once (11) componentes de una Central Térmica. Explique como llega la electricidad a nuestros hogares. Éxito,.