reporte proyecto integrador generacion de energia electrica termica

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Facultad de ingeniera electromecnicaIng. Mecatronica Reporte de Proyecto Integrador Control de Voltaje y Frecuencia de un Sistema Generacin de Energa Elctrica Tipo Trmico Desarrollado por: Ral Enrique Martnez Baltazar Daniel Snchez Peredia Ricardo Daniel Magaa Garca Weymar Morales Molano

Emilio Snchez Orozco

Revisores:LLE Lizeth Almada Ing. Leonardo Garcia Sanchez M.C. Efrain Hernandez Sanchez M.C. Marco A Perez Gonzalez Dr. Fernando Rodriguez Haro Dr. Ramon Octavio Jimenez Betancourt

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02 de Junio de 2011 ndice Abstract I. Introduccin II. Componentes de un sistema de energa elctrica 2.1 Tipos de centrales de generacin 2.2 Energa primaria y conversin de esta a energa mecnica 2.3 Formas de energa primaria 2.4 Conversin de energa primaria a energa mecnica. 1.3 caracteristicas principales de control de frecuencia I.4 caracteristicas principales de control de voltaje I.5 Estructura del proyecto III. Fundamentos Bsicos de una Central Generadora Trmica3.1 Principios de generacin de energa elctrica 3.2Centrales trmicas 3.3 Centrales termoelctricas de ciclo convencional 3.4 Centrales termoelctricas de ciclo combinado 3.5 Tipos de turbinas 3.5.1 Turbinas trmicas 3.5.2 Turbinas a vapor 3.5.3 Clasificacin IV. Turbina de Tesla 4.1 Primera turbina experimental de discos 4.2 Las partes de la turbina de Tesla 4.3 Principio de operacin de la turbina de discos

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Principio de generacin de energia elctrica con el Generador Sincrono (generadores de alta velocidad) 3.1 Voltaje inducido en una espira rotacional 3.2 Par inducido en una mquina de corriente alterna 3.3 Relacin entre la frecuencia elctrica y la velocidad del campo magntico Generadores elctricos 4.1 Parte de un generador 4.2 Tipos de generadores 4.3 Generadores de corriente alterna (alternadores) Generadores sncronos 5.1 Principio de funcionamiento5.2 Velocidad de rotacin de un generador sncrono 5.3 El voltaje interno generado por un generador sncrono 5.4 Potencia y par en los generadores sncronos

6 Esquemas de control de frecuencia y voltaje de generadores elctricos termoelctricos. Sistemas de control de velocidad de turbina trmica Sistemas de control de voltaje de generador sncrono tipo rectificador VI. Propuesta de diseo de control de frecuencia

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10.1 Resepcion de datos 10.2 Procesamiento de Datos 10.3 Emisin de Datos XI Propuesta de diseo de control de voltaje Modulador de Ancho de Pulso (PWM). 11.1 Comparacin Inicial 11.2 Integracin 11.3 Generacin de la onda diente de sierra 11.4 Inversin diente de sierra 11.5 Comparacin Final XII.Pruebas operativas del sistema de control Respuesta de lazo de control a incrementos de carga elctrica resistiva XIII. Conclusiones y recomendaciones para proyectos futuros XIV. Analisis de costos

I. Introduccin:Cmo funcionan los aparatos elctricos?, De dnde proviene la energa que los hace funcionar?, las respuestas a estas preguntas son conocidas por la mayora de las personas, sin embargo; est claro que es as como funciona? Dentro del conocimiento general se sabe que la mayora de los aparatos elctricos del hogar funcionan con energa elctrica, de ah el nombre: aparatos elctricos. Sin embargo, hay mucho ms conocimiento detrs ello. La energa elctrica surge a partir de un proceso de conversin de algn tipo de energa a otro (en este caso elctrica) mediante un proceso denominado generacin de energa elctrica. El proceso de generacin de energa elctrica es un proceso delicado, del cual se debe obtener una corriente elctrica con ciertas caractersticas constantes, es decir; para correcto funcionamiento de todo dispositivo elctrico, la corriente elctrica presenta particularidades estables. La corriente elctrica consta de una frecuencia y voltaje siempre constantes. A razn de una frecuencia y voltaje constantes se disean generadores y turbinas, que dependiendo del tipo de proceso que las mover mantengan los parmetros establecidos. Por obvias razones entonces, quien juega el papel ms importante dentro del proceso de generacin elctrica es el generador elctrico, pues el generador elctrico vara la frecuencia y el voltaje de la energa obtenida. Por qu es tan importante mantener estos parmetros? Algo muy importante para el correcto funcionamiento de los dispositivos elctricos es la siempre constante alimentacin elctrica, es decir; trabajan en un cierto rango de voltaje, el cual de ser menor o mayor daara parcial o totalmente el dispositivo. La magnitud del voltaje se regula mediante la inyeccin de voltaje dentro del campo elctrico del generador produciendo una mayor densidad de flujo magntico y por ende un mayor voltaje obtenido. Por otro lado tambin debe cumplir con una cierta frecuencia (cantidad de ciclos completos por unidad de tiempo). Que de no ser estable o no cumplir con el parmetro establecido, daara el dispositivo elctrico. La frecuencia vara segn la velocidad de giro del generador. Para efecto del proyecto expresado a continuacin se tiene un enfoque muy importante en el generador, dadas las caractersticas de un proyecto dirigido al rea de generacin trmica y muy en particular en la implementacin de una turbina tesla, cuyas caractersticas brindan una muy alta velocidad de giro pero bajo torque, para lo cual es ms efectivo el uso de un generador de dimetro reducido y gran longitud. El punto de enfoque de este proyecto son los lazos de control para las dos caractersticas de la corriente generada: frecuencia y voltaje.

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II. Componentes de un Sistema de Energa ElctricaUn sistema de energa elctrica en rasgos generales comprende el conjunto de medios y elementos tiles para la generacin, transporte y la distribucin de la energa elctrica. Sin embargo para propsito de este trabajo se enfoca nicamente a la parte de generacin, lo cual involucra nicamente un control para mantener un voltaje y frecuencia contantes.

El elemento del sistema de energa elctrica de inters para este trabajo es la central de generacin elctrica o central generadora, estas se clasifican en distintos tipos segn sea el medio para obtener la energa elctrica: vapor, aire, agua, energa solar, etc.

2.1 Tipos de centrales de generacin Existen diferentes tipos de centrales generadoras, estas se clasifican segn el tipo de operacin con la cual generan energa elctrica. los tipos ms importantes e incluyen el uso de generadores como principal medio de generacin: Termoelctrica Hidroelctrica Elica Termoelctrica: Se denomina central termoelctrica a la instalacin empleada en la obtencin de energa elctrica a partir de calor, mismo que se obtiene tanto de combustibles fsiles como de fisin nuclear, o energa solar. Las centrales termoelctricas funcionan bsicamente llevando una sustancia liquida hasta su punto crtico, convirtindola en vapor a altas temperaturas que posteriormente se utiliza para mover turbinas creando la energa mecnica encargada de mover los generadores que producen la energa elctrica. La diferencia entre centrales termoelctricas es el mtodo para obtener la energa calorfica: combustleo, gas natural, carbn mineral, y centrales ms complejas como las de paneles termo-solares o aquellas que utilizan la fisin y fusin nuclear.

Hidroelctrica: Se denomina central hidroelctrica a aquella instalacin que obtiene energa elctrica a partir del aprovechamiento de la energa potencial del agua embalsada en una presa situada a ms alto nivel que la

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central elctrica. el agua es llevada por tuberas de descarga a las enormes turbinas hidrulicas que proporcionan la energa mecnica a los generadores. Elica: La energa elica proviene del viento, es decir, la energa cintica generada por el efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el viento produce. No hay una central elica como tal, existen campos de aerogeneradores ubicados en zonas expuestas a vientos frecuentes. 2.2 Energa primaria y conversin de esta a energa mecnica Se denomina energa primaria a toda forma de energa disponible en la naturaleza antes de ser convertida o trasformada. Consiste pues en la energa contenida en combustibles crudos y otras formas de energa que pueden ser utilizadas en un sistema de generacin. Si no es utilizable de forma directa, deber ser transformada en una energa secundaria, para ser despus almacenada y transportada para ser consumida al final. 2.3 Formas de energa primaria Energa mareomotriz Energa elica Combustibles minerales: carbn, lignito, hidrocarburos Biomasa: madera, desechos de materia orgnica Elementos nucleares: plutonio, uranio Energa solar Energa geotermal 2.4 Conversin de energa primaria a mecnicaEn el caso de una termoelctrica la forma de la energa primaria es un combustible, comnmente un derivado del petrleo que se considera. El rey de la energa mundial, hasta el punto que nuestra poca es llamada muchas veces la era del petrleo. Aunque tal vez no por mucho tiempo. Una vez dicho esto veremos cmo es que esa energa primaria se transforma, hasta convertirse en energa mecnica y elctrica Es bueno saber que la conversin de la energa primaria a mecnica no se da en un paso, existen varias transformaciones hasta llegar a la energa mecnica. En este tipo de centrales observamos lo siguiente: 1la fuente de energa disponible es un combustible (combustible pesado, gas, diesel, carbn etc...). La energa se encuentra almacenada en el combustible segn su composicin qumica y se libera haciendo que se produzca una reaccin qumica que en este caso es la combustin. Al producirse la combustin, ya se tiene la primera transformacin de energa, es decir, que la energa qumica del combustible se transforma en calor (energa calorfica) en la flama y en los gases calientes producto de la combustin. La combustin se realiza en el hogar de un generador de vapor. Si la energa de