Energía Geotérmica

La energía geotérmica se puede explicar básicamente como aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El proceso de extracción incluye estudios previos para determinar la factibilidad de uso del suelo, uso de maquinaria especial, recurso humano especializado y otros elementos que hacen que el uso de la energía geotérmica se aproveche en su mayoría.

La energía geotérmica es amigable con el medio ambiente ya que disminuye la dependencia con combustibles fósiles, los recursos geotérmicos son casi ilimitados por lo que es renovable y su contaminación es mínima.

MODELO CONCEPTUAL DE UN CAMPO GEOTÉRMICO

El aprovechamiento del calor que aporta la tierra, sería a través de una perforación la cual tendrá como función de tubería o conducto del vapor que se produce cuando la escorrentía que generó la lluvia llega a un sitio tan profundo que al tener contacto con la grava a altas temperaturas, se evapora. Ya con el agua evaporada, se aprovecha ese vapor para la generación de energía eléctrica, mediante una turbina de vapor.

EL término energía geotérmica se utiliza actualmente para indicar la parte del calor de la Tierra que puede o podría ser recuperado y explotado por el hombre.

INDICADORES:

Volcanes. Fumarolas. Manantiales.

¿DE DÓNDE PROVIENE EL CALOR?

Calor radiogénico, que es el calor generado continuamente por el decaimiento de los isótopos radiactivos de vida larga, tales como uranio (U238, U235), torio (Th232) y potasio (K40), que se encuentran en la Tierra.

Gradiente Geotérmico:

Normal: 2.5-3°C/100 m Anomalía Térmica: hasta 10 veces mayor

CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS:

Por su entalpía (capacidad calorífica) y/o temperatura:

Alta entalpía >220°C generación de energía eléctrica Media entalpía 150-220° C ciclo binario y/o uso directo Baja entalpía <150°C uso directo

Por el tipo de fase predominante:

Líquido dominante (más común) Vapor dominante (Larderello, Geysers)

TIPOS DE YACIMIENTOS GEOTÉRMICOS SEGÚN LA TEMPERATURA DEL AGUA

Energía geotérmica de alta temperatura: La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Su temperatura está comprendida entre 150 y 400 ºC, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera electricidad. Se requieren varios condiciones para que se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico: un techo compuesto de una cobertura de rocas impermeables; un acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad; rocas fracturadas que permitan una circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 ºC. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.

Energía geotérmica de temperaturas medias: La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 ºC. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse por medio de un fluido volátil. Estos recursos pueden explotarse mediante pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos reparto de calor para su uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción).

Energía geotérmica de baja temperatura: La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 ºC.

Energía geotérmica de muy baja temperatura: La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 ºC. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas.

Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; la temperatura por debajo de la cual no es posible ya producir electricidad con un rendimiento aceptable está entre 120 y 180 ºC, pero son temperaturas muy apropiadas para los sistemas de calefacción urbana.

Ventajas:

1. Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior. 2. Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto

ambiental que los originados por el petróleo, carbón...

Inconvenientes:

1. Emisión de ácido sulfídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.

2. En ciertos casos, emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero; es inferior al que se emitiria para obtener la misma energía por combustión.

3. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc.

4. Contaminación térmica.5. Deterioro del paisaje.6. No se puede transportar (como energía primaria). 7. No está disponible más que en determinados lugares.

Usos

1. Generación de electricidad2. Aprovechamiento directo del calor 3. Calefacción y ACS 4. Refrigeración por absorción

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

Se produjo por 1ª vez energía eléctrica geotermica en Larderello, Italia, en 1904. Desde ese tiempo, el uso de la energía geotérmica para electricidad ha crecido mundialmente a cerca de 8.000 megawatt de los cuales EEUU genera 2.700 MW

Tipos de plantas eléctricas

Tres tipos se usan para generar potencia de la energía geotérmica:

Vapor seco Flash Binario.

En las plantas a vapor seco se toma el vapor de las fracturas en el suelo y se pasa directamente por una turbina, para mover un generador. En las plantas flash se obtiene agua muy caliente, generalmente a más de 200 °C, y se separa la fase vapor en separadores vapor/agua, y se mueve una turbina con el vapor. En las plantas binarias, el agua caliente fluye a través de intercambiadores de calor, haciendo hervir un fluido orgánico que luego hace girar la turbina. El vapor condensado y el fluido remanente geotérmico de los tres tipos de plantas se vuelven a inyectar en la roca caliente para hacer más vapor. El calor de la tierra es considerado como una energía sostenible. El calor de la Tierra es tan vasto que solo se puede extraer una fracción, por lo que el futuro es relevante para las necesidades de energía mundial.

Desalinización

Douglas Firestone comenzó en la desalinización con el sistema evaporación/condensación con aire caliente en 1998, probando que el agua geotermal se puede usar económicamente para producir agua desalinizada, en 2001.

En 2003, el profesor Ronald A. Newcomb (Universidad de San Diego State: Centro para Tecnologías Avanzadas de Agua) trabajó con Firestone para mejorar el proceso de la energía geotermal para desalinización.

En 2005 se ajusta el 5º prototipo desalinizador “Delta T” que usa un ciclo de aire forzado caliente, presión atmosférica, ciclo geotermal de evaporación condensación. El aparato se surte de agua de mar filtrada en el Instituto Scripps de Oceanografía, reduciendo la concentración de sal de 35.000 ppm a 51 ppm a/a.

Inyección de agua

En varios sitios, ha ocurrido que los depósitos de magma se agotaron, cesando de dar energía geotermal, quizás ayudado por la inyección del agua residual fría, en la recarga del acuífero caliente. O sea que la recarga por reinyección, puede

enfriar el recurso, a menos que se haga un cuidadoso manejo. En al menos una localidad, el enfriamiento fue resultado de pequeños pero frecuentes terremotos . Esto ha traído una discusión si los dueños de una planta son responsables del daño que un temblor causa.

Extinción del calor

Así como hay yacimientos geotérmicos capaces de proporcionar energía durante muchas décadas, otros pueden agotarse y enfriarse. En un informe, el gobierno de Islandia dice: debe entenderse que la energía geotérmica no es estrictamente renovable en el mismo sentido que la hidráulica.

Energía Geotérmica en Guatemala

Desde los años de 1970´s la Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA) que en ese año era la Agencia de Cooperación Tecnológica con el Extranjero (OTCA por sus siglas en inglés), trabajó con el INDE (Instituto Nacional de Electrificación) para determinar los recursos geotérmicos en Guatemala.

En 1982 el INDE con la cooperación de la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) definió trece áreas con potencial geotérmico de las cuales cinco fueron declaradas áreas de reserva nacional, estas áreas fueron; Zunil, Amatitlán, San Marcos, Moyuta y Tecuamburro, localizados en los departamentos de Quetzaltenango, Guatemala, San Marcos, Jutiapa y Santa Rosa respectivamente y fueron concesionadas al INDE para el aprovechamiento racional del recurso geotérmico con fines de generación eléctrica.

El área de Moyuta fue el primero en ser estudiado por presentar fuertes manifestaciones superficiales, en 1975 se perforaron dos pozos exploratorios los cuales presentaron muy bajas temperaturas por lo que las exploraciones se centraron en las áreas de Zunil y más tarde Amatitlán, luego de los estudios de reconocimiento en estas áreas se perforaron pozos de exploración de pequeño diámetro, debido a estos resultados Zunil y Amatitlán recibieron la mayor prioridad.

A partir del año de 1996 luego de la promulgación de la Ley General de Electricidad se abren las puertas para que empresas privadas puedan explorar y aprovechar el recurso geotérmico para generar energía eléctrica, el INDE también forma su propia empresa de generación para seguir desarrollando los campos que tiene a su cargo. La primera planta de energía geotérmica en Guatemala fue instalada en Amatitlán en octubre de 1998 y tenía la capacidad de generar 5 MW.

Actualmente existen dos plantas geotérmicas de producción continua de energía eléctrica a cargo de las empresas Orzunil I de Electricidad Limitada en el área de

Zunil y Ortitlán limitada en el área de Amatitlán ambas con una capacidad de generación de 25.2 MW.

Plantas de Energía Nuclear

Se denomina energía nuclear a la energía que se obtiene del núcleo de un átomo. Las formas de liberar dicha energía, pueden ser:

- Fusión nuclear, en la cual se libera energía cuando los átomos se fusionan entre sí para formar átomos más grandes.

- Fisión nuclear, en la cual la energía es liberada para formar átomos más pequeños.

En la fisión nuclear el átomo experimenta una pérdida de masa, la cual se traduce en una gran cantidad de energía calorífica, cumpliendo con la relación de Einstein de masa-energía.

El uso principal que se le da a la energía nuclear es la generación de energía eléctrica. El 90% de los reactores nucleares construidos para la generación de energía eléctrica se denominan reactores de agua ligera.

1. Reactores Nucleares

Un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, controlar y mantener las reacciones nucleares en cadena que se produzcan en el núcleo de esta instalación.

La composición del reactor nuclear está formada por el combustible nuclear, el refrigerante, los elementos de control, los materiales estructurales y, en el caso de que se trate de un reactor nuclear térmico, el moderador.

Los reactores nucleares se pueden clasificar como:

- Reactores Térmicos: funcionan retrasando los neutrones más rápidos o incrementando la proporción de átomos fisibles.

- Reactores Rápidos: no moderan la velocidad de los electrones y utilizan neutrones rápidos.

Para construir un reactor nuclear es necesario disponer de combustible nuclear suficiente, este se denomina masa crítica. Tener suficiente masa crítica significa disponer de suficiente material fisible en óptimas condiciones para mantener una reacción en cadena.

2. Reactores de Agua Ligera: Funcionamiento General

El reactor nuclear es el encargado de provocar y controlar las fisiones atómicas que generaran la gran cantidad de energía calorífica. Esta energía calorífica se transfiere al agua se convierte en vapor.

El agua transformada en vapor a alta temperatura sale del edificio de contención debido a la presión al que éste está sometido hasta llegar a la turbina y hacerla girar. En este momento parte de la energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética. Esta turbina está conectada a un generador eléctrico mediante el cual se transformará finalmente la energía cinética en energía eléctrica.

2.1Enfriamiento del Vapor

El vapor de agua que sale de la turbina, aunque ha perdido gran cantidad de energía al realizar la rotación de la misma, sigue estando en forma de vapor a alta temperatura, por lo que es necesario enfriarla para que pueda ser devuelta al circuito.

El vapor caliente se dirige a un depósito de condensación, en donde estará en contacto térmico con unas tuberías de agua fría. El vapor de agua se vuelve líquido y mediante una bomba se redirige nuevamente al reactor nuclear para volver a repetir el ciclo. Esta es la razón por la cual una central nuclear se construye en las cercanías de una fuente abundante de agua fría. De esta manera se aprovecha en el depósito de condensación.

2.1 Combustibles utilizados en el Reactor Nuclear

El combustible nuclear es tanto el material como el conjunto elaborado con dicho material nuclear como las barras de combustible, y las composiciones de material nuclear.

Los reactores de agua ligera pueden ser de dos tipos: Reactores de agua a Presión y Reactores de Agua a Ebullición.

3. Reactores de agua a Presión (PWR)

El reactor de agua a presión es el reactor de agua ligera más utilizado. Este reactor nuclear utiliza uranio enriquecido de óxido como combustible nuclear. El proceso que se lleva mediante este reactor es el siguiente:

4. Se genera energía calorífica con la fisión de átomo en el núcleo del reactor. 5. Esta energía se transporta mediante el agua de refrigeración que circula a

gran presión hasta un intercambiador de calor. El reactor se basa en el principio de que el agua sometida a grandes presiones puede evaporarse sin llegar al punto de ebullición, o sea a temperaturas mayores a los 100°C.

6. En el intercambiador de calor, el vapor se enfría y se condensa, y vuelve al reactor en estado líquido.

7. En el intercambio hay traspaso de calor a un circuido secundario. 8. El agua del circuito secundario, producto del calor, produce vapor, que se

introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico.

Reactor de agua en Ebullición (BWR)

En este reactor, el agua se utiliza como refrigerante o moderador. El combustible nuclear que utiliza es uranio enriquecido ya que facilita la generación de fisiones nucleares. En este tipo de reactor el proceso es el siguiente:

1. La energía térmica generada por las reacciones en cadena se utiliza para hacer hervir el agua.

2. El vapor producido se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico.

3. El vapor que sale de la turbina pasa por un condensador, donde es transformado nuevamente en agua líquida. Posteriormente vuelve al reactor al ser impulsada por medio de una bomba.

La diferencia principal que existe entre un PWR y un BWR es que, en la primera, el agua a la que se le transfiere la energía calorífica generada por la fisión nuclear, no hierve, sino se calienta a muy altas temperatura y se utiliza en un intercambiador de calor que está en contacto con una tubería secundaria, la cual se calienta y es allí en donde el agua se convierte en vapor. En el reactor BWR, el agua hierve directamente.

5.1 Ventajas de la energía nuclear

La energía nuclear no depende de aspectos naturales, por lo que se puede generar la misma cantidad de energía en cualquier época del año.

La relación de ganancia/costo es elevado. La generación de energía eléctrica mediante energía nuclear permite reducir la

cantidad de energía generada por combustibles fósiles.

5.2 Desventajas de la energía nuclear

Un accidente nuclear puede tener mucha repercusión en el entorno que lo rodea. Una central nuclear siempre está sujeto a este tipo de accidentes.

Los residuos nucleares tardan muchos años en perder su radiactividad.

Torre de refrigeración

Las torres de refrigeración o enfriamiento son estructuras para refrigerar agua y otros medios a temperaturas muy altas. El uso principal de grandes torres de refrigeración industriales es el de rebajar la temperatura del agua de refrigeración utilizada en plantas de energía, refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales.

Planta de energía de Didcot, Reino UnidoTorres hiperbólicas de refrigeración húmedas de tiro natural.

Con relación al mecanismo utilizado para la transferencia de calor los principales tipos son:

torres de refrigeración húmedas funcionan por el principio de evaporación

torres de refrigeración secas funcionan por transmisión del calor a través de una superficie que separa el fluido a refrigerar del aire ambiente.

En una torre de refrigeración húmeda el agua caliente puede ser enfriada a una temperatura inferior a la del ambiente, si el aire es relativamente seco. (ver: Dew point).

Con respecto al tiro del aire en la torre existen tres tipos de torres de refrigeración:

Tiro natural, que utiliza una chimenea alta.

Tiro inducido, en el que el ventilador se coloca en la parte superior de la torre (impulsan el aire creando un pequeño vacío en el interior de la torre).

Tiro mecánico (o tiro forzado), que utiliza la potencia de motores de ventilación para impulsar el aire a la torre (colocándose en la base).

Bajo ciertas condiciones ambientales, nubes de vapor de agua (niebla) se pueden ver que salen de una torre de refrigeración seca (ver imagen).

Las torres de enfriamiento usan la evaporación del agua para rechazar el calor de un proceso tal como la generación de energía eléctrica. Las torres de enfriamiento varían en tamaño desde pequeñas a estructuras muy grandes que pueden sobrepasar los 220 metros de altura y 100 metros de longitud. Torres más pequeñas son normalmente construidas en fábricas, mientras que las más grandes son construidas en el sitio donde se requieren.

La torre de refrigeración utilizada como chimenea

En algunas plantas de energía modernas, equipadas con conductos de purificación de gas como la Planta de Energía de Staudinger Grosskrotzenburg y la Planta de Energía de Rostock la torre de refrigeración también se utiliza como chimenea. En plantas que no tengan conductos de purificación de gas esto causa problemas con la corrosión.

Equilibrio de material de una torre de refrigeración húmeda

Cuantitativamente, el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeración húmeda está controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo, evaporación y pérdidas por viento, tasa de trasegado, y

ciclos de concentración:

M = Agua de la estructura en m³/h

C = Agua circulante en m³/h

D = Trasegado de agua en m³/h

E = Agua evaporada en m³/h

W = Pérdida por viento de agua en m³/h

X = Concentración en ppmw (de sales completamente solubles, normalmente cloruros)

XM = Concentración de cloruros en el agua de la estructura (M), en ppmw

XC = Concentración de cloruros en el agua circulante (C), en ppmw

Ciclos = Ciclos de concentración = XC / XM (sin dimensión)

ppmw= partes por millón en peso

En el boceto anterior, el agua bombeada desde el depósito de la torre es el agua refrigerante encaminada a través de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalación industrial. El agua fría absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas, y el calor absorbido calienta el agua circulante (C). El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeración y cae en chorros finos – presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire – sobre el material de relleno dentro de la torre. A medida que gotea, el contacto con el aire que sube por la torre, por tiro natural o forzado por grandes ventiladores. Este contacto provoca que una pequeña cantidad de agua sea pérdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporación. El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua, que enfría el agua a su regreso al depósito original y en donde queda a disposición para volver a circular. El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporación, lo que hace que la concentración de sales se incremente en el agua de refrigeración circulante. Para evitar que la concentración de sales en el agua llegue a ser demasiado alta, una parte del agua es retirada (D) para su vertido. Se suministra al depósito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las pérdidas por el agua evaporada, el viento, y el agua retirada.

El equilibrio del agua en todo el sistema es:

M = E + D + W

Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales, el equilibrio de cloruros del sistema es:

M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)

y, en consecuencia:

XC / XM = Ciclos de concentración = M ÷ (D + W) = M ÷ (M – E) = 1 + [E ÷ (D + W)]

De un equilibrio de calor simplificado de la torre:

E = C · ΔT · cp ÷ HV

Donde:  

HV= calor latente de vaporización del agua = alrededor de 2260 kJ / kg

ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base, en °C

cp= calor específico del agua = alrededor de 4.184 kJ / kg / °C

Las pérdidas por viento (W), en ausencia de datos del fabricante, pueden estimarse que son:

W = 0,3 a 1,0 % de C para torres de refrigeración de tiro natural.

W = 0,1 a 0,3 % de C para torres de refrigeración de tiro inducido.

W = alrededor de 0,01% de C si la torre de refrigeración tiene eliminadores del efecto del viento.

Los ciclos de concentración en las torres de refrigeración en una refinería de petróleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7. En algunas grandes plantas de energía. Los ciclos de concentración de las torres de refrigeración pueden ser mucho más altos.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Se puede definir el agua residual tanta de residencias como de instituciones

públicas y establecimientos industriales y comerciales a los que pueden

agregarse, eventualmente, aguas subterráneas, superficiales y pluviales.

En la medida en que se vaya presentando acumulación y estancamiento del agua

residual pueden generarse gases de mal olor debido a la descomposición orgánica

que ésta posee; además es importante anotar que en el agua residual hay

existencia de numerosos microorganismos patógenos y causantes de

enfermedades que habitan en el aparato intestinal humano o que pueden estar en

ciertos residuos industriales. Pero no todo es negativo, las aguas residuales

contienen nutrientes que en gran parte ayudan al crecimiento de plantas

acuáticas.

Origen De Las Aguas ResidualesPor su origen las aguas residuales presentan en su composición diferentes

elementos que se pueden resumir como:

Componentes suspendidos

Gruesos (inorgánicos y orgánicos)

Finos (inorgánicos y orgánicos)

Componentes disueltos

Inorgánicos

Orgánicos

En general las aguas residuales se clasifican así:

1. Aguas Residuales Domésticas (Ard): son las provenientes de las actividades

domésticas de la vida diaria como lavado de ropa, baño, preparación de alimentos,

limpieza, etc. Estos desechos presentan un alto contenido de materia orgánica,

detergentes y grasas. Su composición varía según los hábitos de la población que

los genera.

2. Aguas Lluvias (All): son las originadas por el escurrimiento superficial de las

lluvias que fluyen desde los techos, calles, jardines y demás superficies del

terreno. Los primeros flujos de ALL son generalmente muy contaminados debido

al arrastre de basura y demás materiales acumulados en la superficie. La

naturaleza de esta agua varía según su procedencia: zonas urbanas, rurales, semi

rurales y aún dentro de estas zonas se presentan enormes variaciones según el

tipo de actividad o uso del suelo que se tenga.

3. Residuos Líquidos Industriales (Rli): son los provenientes de los diferentes

procesos industriales. Su composición varía según el tipo de proceso industrial y

aún para un mismo proceso industrial, se presentan características diferentes en

industrias diferentes. Los RLI pueden ser alcalinos o ácidos, tóxicos, coloreados,

etc, su composición refleja el tipo de materias primas utilizado dentro del proceso

industrial.

4. Aguas Residuales Agrícolas (Ara): son las que provienen de la escorrentía

superficial de las zonas agrícolas. Se caracterizan por la presencia de pesticidas,

sales y un alto contenido de sólidos en suspensión. La descarga de esta agua es

recibida directamente por los ríos o por los alcantarillados.

Tipos De Tratamientos.Aquellos métodos de tratamiento en los que predominan los fenómenos físicos se

conocen como operaciones unitarias, mientras que aquellos métodos en los que la

eliminación de los contaminantes se realiza con base en procesos químicos o

biológicos se conocen como procesos unitarios. Al referirse a operaciones y

procesos unitarios es porque se agrupan entre sí para constituir los tratamientos

primario, secundario y terciario.

Tratamientos Preliminares: aunque no reflejan un proceso en sí, sirven para

aumentar la efectividad de los tratamientos primarios, secundarios y terciarios. Las

aguas residuales que fluyen desde los alcantarillados a las plantas de tratamiento

de aguas residuales (PTAR), son muy variables en su flujo y contienen gran

cantidad de objetos, en muchos casos voluminosos y abrasivos, que por ningún

motivo deben llegar a las diferentes unidades donde se realizan los tratamientos y

deben ser removidos. Para esto son utilizado los tamices, las rejas, los microfiltros,

etc.

Planta De Aguas ResidualesTamizado: los tamices autolimpiantes están construidos con mallas dispuestas en

una inclinación particular que deja atravesar el agua y obliga a deslizarse a la

materia sólida retenida hasta caer fuera de la malla por sí sola. La gran ventaja de

este equipo es que es barato, no tiene partes móviles y el mantenimiento es

mínimo, pero necesita un desnivel importante entre el punto de alimentación del

agua y el de salida.

Rejas: se utilizan para separar objetos de tamaño más importante que el de

simples partículas que son arrastrados por la corriente de agua. Se utilizan

solamente en desbastes previos. El objetivo es proteger los equipos mecánicos e

instalaciones posteriores que podrían ser dañados u obstruidos con perjuicio de

los procesos que tuviesen lugar. Se construyen con barras metálicas de 6 o más

mm de espesor, dispuestas paralelamente y espaciadas de 10 a 100 mm. Se

limpian mediante rastrillos que pueden ser manejados manualmente o accionados

automáticamente.

Para pequeñas alturas de la corriente de agua se emplean rejas curvas y para

alturas mayores rejas longitudinales dispuestas casi verticalmente.

Microfiltraciòn: los microfiltros trabajan a baja carga, con muy poco desnivel, y

están basados en una pantalla giratoria de acero o material plástico a través de la

cual circula el agua. Las partículas sólidas quedan retenidas en la superficie

interior del microfiltro que dispone de un sistema de lavado continuo para

mantener las mallas limpias. Se han utilizado eficazmente para separar algas de

aguas superficiales y como tratamiento terciario en la depuración de aguas

residuales. Según la aplicación se selecciona el tamaño de malla indicado. Con

mallas de acero pueden tener luces del orden de 30 micras y con mallas de

poliéster se consiguen buenos rendimientos con tamaños de hasta 6 micras.

Tratamientos Primarios: el principal objetivo es el de remover aquellos

contaminantes que pueden sedimentar, como por ejemplo los sólidos

sedimentables y algunos suspendidos o aquellos que pueden flotar como

las grasas.

El tratamiento primario presenta diferentes alternativas según la

configuración general y el tipo de tratamiento que se haya adoptado. Se

puede hablar de una sedimentación primaria como último tratamiento o

precediendo un tratamiento biológico, de una coagulación cuando se opta

por tratamientos de tipo físico-químico.

o Sedimentación primaria: se realiza en tanques ya sean rectangulares

o cilíndricos en donde se remueve de un 60 a 65% de los sólidos

sedimentables y de 30 a 35% de los sólidos suspendidos en las

aguas residuales. En la sedimentación primaria el proceso es de tipo

floculento y los lodos producidos están conformados por partículas

orgánicas.

Un tanque de sedimentación primaria tiene profundidades que

oscilan entre 3 y 4m y tiempos de detención entre 2 y 3 horas. En

estos tanques el agua residual es sometida a condiciones de reposo

para facilitar la sedimentación de los sólidos sedimentables. El

porcentaje de partículas sedimentadas puede aumentarse con

tiempos de detención más altos, aunque se sacrifica eficiencia y

economía en el proceso; las grasas y espumas que se forman sobre

la superficie del sedimentador primario son removidas por medio de

rastrillos que ejecutan un barrido superficial continuo.

o Precipitación química – coagulación: la coagulación en el tratamiento

de las aguas residuales es un proceso de precipitación química en

donde se agregan compuestos químicos con el fin de remover los

sólidos. El uso de la coagulación ha despertado interés sobretodo

como tratamiento terciario y con el fin de remover fósforo, color,

turbiedad y otros compuestos orgánicos.

Tratamientos Secundarios: el objetivo de este tratamiento es remover la

demanda biológica de oxígeno (DBO) soluble que escapa a un tratamiento

primario, además de remover cantidades adicionales de sólidos

sedimentables.

El tratamiento secundario intenta reproducir los fenómenos naturales de

estabilización de la materia orgánica, que ocurre en el cuerpo receptor. La

ventaja es que en ese proceso el fenómeno se realiza con más velocidad

para facilitar la descomposición de los contaminantes orgánicos en

períodos cortos de tiempo. Un tratamiento secundario remueve

aproximadamente 85% de la DBO y los SS aunque no remueve cantidades

significativas de nitrógeno, fósforo, metales pesados, demanda química de

oxígeno (DQO) y bacterias patógenas.

Además de la materia orgánica se va a presentar gran cantidad de

microorganismos como bacterias, hongos, protozoos, rotíferos, etc, que

entran en estrecho contacto con la materia orgánica la cual es utilizada

como su alimento. Los microorganismos convierten la materia orgánica

biológicamente degradable en CO2 y H2O y nuevo material celular.

Además de estos dos ingredientes básicos microorganismos – materia

orgánica biodegradable, se necesita un buen contacto entre ellos, la

presencia de un buen suministro de oxígeno, aparte de la temperatura, PH

y un adecuado tiempo de contacto.

Para llevar a efecto el proceso anterior se usan varios mecanismos tales

como: lodos activados, biodisco, lagunaje, filtro biológico.

¿QUE ES UNA TURBINA DE VAPOR?

La turbina de vapor es una máquina de fluido en la que la energía de éste pasa al

eje de la máquina saliendo el fluido de ésta con menor cantidad de energía. La

energía mecánica del eje procede en la parte de la energía mecánica que tenía la

corriente y por otra de la energía térmica disponible transformada en parte en

mecánica por expansión. Esta expansión es posible por la variación del volumen

específico del fluido que evoluciona en la máquina.

El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el vapor

de entrada a la turbina y el de salida.

El hecho de la utilización del vapor como fluido de trabajo se debe a la elevada

energía disponible por unidad de kg de fluido de trabajo. Este ratio en el caso del

agua es tres veces mayor que en el caso del aire de forma para dos turbinas, una

de vapor y otra de gas con la misma potencia de salida se tiene que el gasto

másico de la turbina de vapor es tres veces menor que el de la turbina de gas.

Dada la gran diferencia que se debe obtener entre la presión de entrada y de

salida de la turbina es necesario producir esta expansión en distintas etapas,

escalonamientos, con el fin de obtener un mejor rendimiento de la operación.

Si sólo se realizase la expansión en una etapa las grandes deflexiones a que

tendría que estar sometido el fluido provocarían pérdidas inaceptables.

Las pérdidas en una turbina de n escalones no son iguales a la suma de las

pérdidas de n turbinas sino que son menores, ya que los escalones de la turbina

son capaces de recuperar parte de la energía degradada en el anterior escalón

para generar energía mecánica.

Sin embargo a medida que aumenta el número de escalonamientos la máquina se

encarece, por lo que hay que buscar un buen compromiso entre rendimiento y

costes.

Tipos de turbinas de vapor

Por la dirección del flujo de vapor en el interior de la turbina

Una primera clasificación de las turbinas de vapor puede desarrollarse haciendo

referencia a movimiento de la corriente de vapor dentro de cuerpo de la turbina.

Según este criterio existen dos tipos de turbinas:

Radiales. La circulación de vapor se establece en un plano perpendicular al

eje de la turbina.

Axiales. La circulación de vapor transcurre paralelamente al eje de la

turbina.

Por su mecanismo de funcionamiento

Turbina axial:

Desde el punto de vista de su funcionamiento las turbinas axiales se pueden

dividir en tres clases según el grado de reacción que presentan.

Se define grado de reacción de una turbomáquina a la relación

R=∆hrotor∆ht escalon

es decir a la disminución de entalpía en el rotor dividida por la disminución de

entalpía total (entalpía más energía cinética específica) en el escalonamiento.

Atendiendo a esto se tienen los tres casos característicos siguientes:

Turbina axial de acción con presión constante en el rotor.

La presión disminuye completamente en el estator mientras que se

mantiene constante en el rotor donde la velocidad del fluido no varía

apenas salvo una leva disminución por la fricción.

R≤ 0 (Negativo ligeramente debido a la disminución de entalpía en el rotor

por la fricción).

Turbina axial de acción con entalpía constante en rotor.

La entalpía es constante en el rotor y se produce una expansión en el estator

con aumento de la velocidad del gas. En el rotor, sin embargo, la velocidad

relativa es constante. Se produce una pequeña caída de presión que no

provoca un aumento de la velocidad debido a que es debida a la fricción.

R=0

Turbina axial de reacción.

La expansión se produce en el estator y en el rotor con una disminución de

entalpía en el estator debido a la expansión y un aumento de la velocidad. En

el rotor también se produce expansión aumentando la velocidad relativa del

fluido.

R>0 (frecuentemente en torno a 0,5)

Turbina Centrípetas:

Las turbinas radiales o mixtas presentan la siguiente evolución:

En el estator se produce una expansión aumentando la velocidad,

disminuyendo la entalpía.

En el rotor se produce un aumento de la velocidad relativa debida a la

expansión donde además se produce una caída de presión.

R>0 (frecuentemente próximo a 0,5)

APLICACIONES DE UNA TURBINA DE VAPOR:

Las turbinas de vapor se utilizan para transferir la energía para impulsar una

máquina. Se utilizan para crear electricidad a partir de diversas fuentes de energía

que producen el vapor para la materia prima. Estas fuentes de energía son

combustibles fósiles, energía nuclear, energía geotérmica e incluso energía solar.

Las turbinas de vapor también se han utilizado para locomotoras eléctricas y

barcos. Convierten la energía térmica en energía cinética y de allí pueden crear

energía eléctrica a través de un generador.

Generadores eléctricosEl sistema de turbina a vapor se utiliza para crear más de un 70 por ciento del

suministro mundial de electricidad. Para que las turbinas funcionen, el vapor

primero debe generarse a partir de una fuente de energía. Estas incluyen

combustibles fósiles, energía solar, energía geotérmica y energía nuclear.

Recientemente, los residuos agrícolas y materiales renovables también se han

utilizado como materia prima en la etapa de combustión. Los combustibles fósiles

se queman con el fin de liberar la energía en los enlaces químicos. 

Locomoción de vaporLas turbinas de vapor también se utilizaron para generar el movimiento en las

locomotoras. La energía cinética de las turbinas se convierte en fuerza de giro

para accionar las ruedas de la locomotora.

Barcos a vaporLos barcos a vapor utilizan el mismo principio que la producción de locomoción

para alimentar un barco. Las materias primas para el vapor se queman y el calor

producido se usa para generar el vapor de una caldera de agua. El vapor hace

girar la turbina y la energía cinética se utiliza para activar los propulsores de la

nave y mover el barco a través del agua

Sectores de aplicación: Empresas energéticas

Productores independientes de electricidad (IPP)

Industria química

Petroquímica / refinerías

Madereras, papeleras

Minería, metalúrgica y siderurgia, acerías

Industria procesadora, cementera

Industria azucarera, de etanol y de aceite de palma

Industria de alimentos y bebidas

PARTES DE UNA TURBINA DE VAPOR:

La turbina se compone de tres partes principales:

El cuerpo del rotor, que contiene las coronas giratorias de alabes.

La carcasa, conteniendo las coronas fijas de toberas.

Alabes.

Además, tiene una serie de elementos estructurales, mecánicos y auxiliares, como

son cojinetes, válvulas de regulación, sistema de lubricación, sistema de

refrigeración, virador, sistema de control, sistema de extracción de vahos, de

aceite de control y sistema de sellado del vapor.

El rotor:

El rotor de una turbina de acción es de acero fundido con ciertas cantidades de

Niquel o cromo para darle tenacidad al rotor, y es de diámetro aproximadamente

uniforme. Normalmente las ruedas donde se colocan los alabes se acoplan en

caliente al rotor. También se pueden fabricar haciendo de una sola pieza forjada al

rotor, maquinando las ranuras necesarias para colocar los alabes.

La carcasa:

La carcasa se divide en dos partes: la parte inferior, unida a la bancada y la parte

superior, desmontable para el acceso al rotor. Ambas contienen las coronas fijas

de toberas o alabes fijos. Las carcasas se realizan de hierro, acero o de

aleaciones de este, dependiendo de la temperatura de trabajo, obviamente las

partes de la carcasa de la parte de alta presión son de materiales más resistentes

que en la parte del escape. La humedad máxima debe ser de un 10% para las

últimas etapas.

Normalmente se encuentra recubierta por una manta aislante que disminuye la

radiación de calor al exterior, evitando que el vapor se enfríe y pierda energía

disminuyendo el rendimiento de la turbina. Esta manta aislante suele estar

recubierta de una tela impermeable que evita su degradación y permite

desmontarla con mayor facilidad.

Alabes:

Los alabes fijos y móviles se colocan en ranuras alrededor del rotor y carcasa. Los

alabes se pueden asegurar solos o en grupos, fijándolos a su posición por medio

de un pequeño seguro, en forma perno, o mediante remaches. Los extremos de

los alabes se fijan en un anillo donde se remachan, y los mas largos a menudo se

amarran entre si con alambres o barras en uno o dos lugares intermedios, para

darles rigidez.

Válvula de regulación:

Regula el caudal de entrada a la turbina, siendo de los elementos mas importantes

de la turbina de vapor.

Cojinetes de apoyo, de bancada o radiales:

Sobre ellos gira el rotor. Suelen ser de un material blando, y recubiertos de una

capa lubricante que disminuya la fricción. Son elementos de desgaste, que deben

ser sustituidos periódicamente, bien con una frecuencia establecida si su coste es

bajo respecto de su producción, o bien por observación de su superficie y cambio

cuando se encuentren en un estado deficiente.

Cojinete de empuje o axial:

El cojinete axial, o de empuje impide el desplazamiento del rotor en la dirección

del eje, Evitando el empuje axial que sufre el eje por el efecto del vapor repercuta

en el reductor, dañándolo seriamente. No se encuentra en contacto con el eje si

no que hace tope con un disco que forma parte solidaria con el eje.

Virador:

El sistema virador consiste en un motor eléctrico o hidráulico (normalmente el

segundo) que hace girar lentamente la turbina cuando no esta en funcionamiento.

Esto evita que el rotor se curve, debido a su propio peso o por expansión térmica,

en parada. La velocidad de este sistema es muy baja (varios minutos para

completar un giro completo de turbina), pero se vuelve esencial para asegurar la

correcta rectitud del rotor. Si por alguna razón este sistema se detiene (avería del

rotor, avería de la turbina, inspección interna con desmontaje) es necesario

asegurar que, antes de arrancar, estará girando varias horas con el sistema

virador.

Compensador:

Es el elemento de unión entre la salida de la turbina y el resto de la instalación

(generalmente las tuberías que conducen al condensador o el propio

condensador). Ya que la carcasa de la turbina sufre grandes cambios de

temperatura, este elemento de unión es imprescindible para controlar y amortiguar

el efecto de dilataciones y contracciones.