La ingeniería de plantas de energía , abreviada como TPTL , es una rama del campo de la ingeniería energética y se define como la ingeniería y la tecnología necesarias para la producción de una central eléctrica. [1] La técnica se centra en la generación de energía para la industria y la comunidad, no solo para la producción de electricidad doméstica. Este campo es un campo disciplinar que utiliza la base teórica de la ingeniería mecánica y eléctrica . Los aspectos de ingeniería de la generación de energía se han desarrollado con la tecnología y se están volviendo cada vez más complicados. La introducción de la tecnología nuclear y otros avances tecnológicos existentes han hecho posible que se cree energía de más formas y en una escala mayor de lo que era posible anteriormente. Asignación de diferentes tipos de ingenieros para el diseño, la construcción y la operación de nuevas plantas de energía según el tipo de sistema que se esté construyendo, como si se alimenta con combustibles fósiles , nuclear, hidroeléctrica o solar.
La ingeniería de las centrales eléctricas comenzó en el siglo XIX, cuando las fábricas utilizaban pequeños sistemas para generar energía eléctrica . En un principio, la única fuente de energía provenía de los sistemas de corriente continua (CC) . [2] Si bien esto era adecuado para las empresas, la electricidad no era accesible para la mayoría de los organismos públicos. En esa época, la máquina de vapor alimentada con carbón era costosa de operar y no había forma de transmitir la energía a grandes distancias. La hidroelectricidad era una de las formas de generación de energía más utilizadas, ya que los molinos de agua podían utilizarse para crear energía que se transmitiera a pequeñas ciudades. [2]
No fue hasta la introducción de los sistemas de energía de CA, o corriente alterna , que se permitió la creación de plantas de energía como las conocemos hoy. Los sistemas de CA permitieron transmitir energía a distancias mayores que los sistemas de CC y, por lo tanto, se pudieron crear grandes centrales eléctricas. Uno de los progenitores de la transmisión de energía a larga distancia fue la planta de energía de Lauffen a Frankfurt, que se extendió 109 millas. [3] La Lauffen-Frankfurt demostró cómo la energía trifásica podía aplicarse de manera efectiva para transmitir energía a largas distancias. [3] [4] La energía trifásica había sido el fruto de años de investigación en distribución de energía y Lauffen-Frankfurt fue la primera exposición que mostró su potencial futuro.
Los conocimientos de ingeniería necesarios para realizar estas tareas requieren la ayuda de varios campos de la ingeniería, incluidos los ingenieros mecánicos, eléctricos, nucleares y civiles . Cuando las centrales eléctricas estaban en auge, las tareas de ingeniería necesarias para crear estas instalaciones consistían principalmente en ingenieros mecánicos, civiles y eléctricos. [2] Estas disciplinas permitieron la planificación y construcción de centrales eléctricas. Pero cuando se crearon las centrales nucleares, se introdujeron los ingenieros nucleares para realizar los cálculos necesarios para mantener los estándares de seguridad. [5]
En términos simples, la primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni destruir; sin embargo, la potencia se puede convertir de una forma de energía a otra forma de energía. Esto es especialmente importante en la generación de energía porque la producción de energía en casi todos los tipos de plantas de energía depende del uso de un generador . [4] Los generadores se utilizan para convertir energía mecánica en energía eléctrica; por ejemplo, las turbinas eólicas utilizan una gran pala conectada a un eje que hace girar el generador cuando rota. El generador luego crea electricidad debido a la interacción de un conductor dentro de un campo magnético. En este caso, la energía mecánica generada por el viento se convierte, a través del generador, en energía eléctrica. La mayoría de las plantas de energía dependen de estas conversiones para crear energía eléctrica utilizable. [6]
La segunda ley de la termodinámica conceptualiza que la entropía de un sistema cerrado nunca puede disminuir. En lo que respecta a las centrales eléctricas, la ley dicta que el calor debe fluir desde un cuerpo a alta temperatura hacia un cuerpo a baja temperatura (el dispositivo en el que se genera la electricidad). [4] Esta ley es particularmente pertinente para las centrales térmicas que obtienen su energía de la combustión de una fuente de combustible . [1]
Todas las centrales eléctricas se crean con el mismo objetivo: producir energía eléctrica de la forma más eficiente posible. Sin embargo, a medida que la tecnología ha evolucionado, las fuentes de energía utilizadas en las centrales eléctricas también han evolucionado. [1] La introducción de formas de energía más renovables/sostenibles ha provocado un aumento en la mejora y creación de ciertas centrales eléctricas. [1]
.jpg/1280px-Diablo_Dam_(from_WA_SR_20).jpg)
Las centrales hidroeléctricas generan energía utilizando la fuerza del agua para hacer girar los generadores. Se pueden clasificar en tres tipos diferentes: embalse, desviación y almacenamiento por bombeo. [7] Las centrales hidroeléctricas de embalse y desviación funcionan de manera similar en el sentido de que cada una implica la creación de una barrera para evitar que el agua fluya a un ritmo incontrolable y luego controlar el caudal de agua para pasar a través de las turbinas para crear electricidad a un nivel ideal. Los ingenieros civiles hidráulicos se encargan de calcular los caudales y otros cálculos volumétricos necesarios para hacer girar los generadores según las especificaciones de los ingenieros eléctricos. [8] Las centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo funcionan de manera similar, pero solo funcionan en las horas pico de demanda de energía. En las horas de calma, el agua se bombea cuesta arriba y luego se libera en las horas pico para que fluya desde una elevación alta a una baja para hacer girar las turbinas. [9] El conocimiento de ingeniería necesario para evaluar el rendimiento de las centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo es muy similar al de las centrales de embalse y desviación.
.jpg/1280px-Komatsu_bulldozer_pushing_coal_in_Power_plant_Ljubljana_(winter_2017).jpg)
Las centrales térmicas se dividen en dos categorías diferentes: las que crean electricidad quemando combustible y las que crean electricidad a través de un motor primario. Un ejemplo común de una central térmica que produce electricidad mediante el consumo de combustible es la central nuclear. Las centrales nucleares utilizan el calor de un reactor nuclear para convertir el agua en vapor. [1] Este vapor se envía a través de una turbina que está conectada a un generador eléctrico para generar electricidad. Las centrales nucleares representan el 20% de la generación de electricidad de Estados Unidos . [10] Otro ejemplo de una central eléctrica que quema combustible es la central eléctrica de carbón . Las centrales eléctricas de carbón generan el 50% del suministro eléctrico de los Estados Unidos. [10] Las centrales eléctricas de carbón funcionan de manera similar a las centrales nucleares en que el calor del carbón quemado alimenta una turbina de vapor y un generador eléctrico. [1] Hay varios tipos de ingenieros que trabajan en una central térmica. Los ingenieros mecánicos mantienen el rendimiento de las centrales térmicas mientras mantienen las plantas en funcionamiento. [11] Los ingenieros nucleares generalmente se encargan de la eficiencia del combustible y la eliminación de los desechos nucleares; sin embargo, en las centrales nucleares trabajan directamente con el equipo nuclear. [12] Los ingenieros eléctricos se ocupan de los equipos de generación de energía, así como de los cálculos. [13]
Las plantas de energía solar obtienen su energía de la luz solar, a la que se puede acceder a través de la energía fotovoltaica (PV). Los paneles fotovoltaicos, o paneles solares , se construyen utilizando células fotovoltaicas que están hechas de materiales de sílice que liberan electrones cuando se calientan con la energía térmica del sol. El nuevo flujo de electrones genera electricidad dentro de la célula. [14] Si bien los paneles fotovoltaicos son un método eficiente para producir electricidad, se queman después de una década y, por lo tanto, deben reemplazarse; sin embargo, su eficiencia, costo de operación y falta de ruido / contaminantes físicos los convierten en una de las formas de energía más limpias y menos costosas. [1] Las plantas de energía solar requieren el trabajo de muchas facetas de la ingeniería; los ingenieros eléctricos son especialmente cruciales en la construcción de los paneles solares y su conexión a una red, y los ingenieros informáticos codifican las propias células para que la electricidad pueda producirse de manera efectiva y eficiente, y los ingenieros civiles juegan el papel muy importante de identificar áreas donde las plantas solares pueden recolectar la mayor cantidad de energía. [11]
Las plantas de energía eólica , también conocidas como turbinas eólicas, obtienen su energía del viento conectando un generador a las aspas del ventilador y utilizando el movimiento de rotación causado por el viento para alimentar el generador. [15] Luego, la energía generada se devuelve a la red eléctrica. Las plantas de energía eólica se pueden implementar en grandes extensiones abiertas de tierra o en grandes cuerpos de agua como los océanos; dependen de estar en áreas que experimentan cantidades significativas de viento. [1] Técnicamente, las turbinas eólicas son una forma de energía solar en el sentido de que dependen de los diferenciales de presión causados por el calentamiento desigual de la atmósfera de la Tierra. [15] Las turbinas eólicas solicitan conocimientos de ingenieros mecánicos, eléctricos y civiles. El conocimiento de la dinámica de fluidos con la ayuda de ingenieros mecánicos es crucial para determinar la viabilidad de las ubicaciones de las turbinas eólicas. [16] Los ingenieros eléctricos garantizan que la generación y transmisión de energía sea posible. [13] Los ingenieros civiles son importantes en la construcción y utilización de turbinas eólicas. [17]
La ingeniería de plantas de energía abarca un amplio espectro de disciplinas de ingeniería. El campo puede requerir información de ingenieros mecánicos, químicos, eléctricos, nucleares y civiles.
Los ingenieros mecánicos trabajan para mantener y controlar la maquinaria que se utiliza para alimentar la planta. [12] Para trabajar en este campo, los ingenieros mecánicos requieren una licenciatura en Ingeniería y aprobar la licencia tanto del Examen de Ingeniería Profesional (PE) como del Examen de Ingeniería Fundamental (FE). Los ingenieros mecánicos tienen roles adicionales que deben considerarse en función de sus carreras. Cuando trabajan en plantas de energía térmica, los ingenieros mecánicos se aseguran de que la maquinaria pesada, como las calderas y las turbinas, funcionen en condiciones óptimas y que se genere energía de forma continua. [12] Los ingenieros mecánicos también trabajan con las operaciones de la planta. En las plantas de energía nuclear e hidráulica, los ingenieros trabajan para asegurarse de que se mantenga la maquinaria pesada y se realice el mantenimiento preventivo.
Los ingenieros eléctricos trabajan con aparatos eléctricos y se aseguran de que los instrumentos y aparatos electrónicos funcionen a nivel de empresa y estatal. [13] Requieren licencias que aprueben tanto el Examen de Ingeniería Profesional (PE) como el Examen de Ingeniería Fundamental (FE). También se prefiere que tengan una licenciatura aprobada por la Junta de Acreditación de Ingeniería y Tecnología, Inc. (ABET) y experiencia en el campo antes de obtener un puesto de nivel inicial.
Los ingenieros nucleares desarrollan e investigan métodos, maquinaria y sistemas relacionados con la radiación y la energía en niveles subatómicos. [12] Requieren experiencia en el lugar y una licenciatura en ingeniería. Estos ingenieros trabajan en plantas de energía nuclear y requieren licencias para ejercer mientras trabajan en la planta de energía. Requieren experiencia laboral, aprobar el Examen de Ingeniería Profesional (PE), el Examen de Ingeniería Fundamental (FE) y un título de una escuela aprobada por la Junta de Acreditación para Ingeniería y Tecnología, Inc. (ABET). [12] Los ingenieros nucleares trabajan con el manejo de material nuclear y las operaciones de una planta de energía nuclear. Estas operaciones pueden variar desde el manejo de desechos nucleares, experimentos con material nuclear y diseño de equipo nuclear. [18]
Los ingenieros civiles se centran en la construcción, los gastos y la edificación de la planta de energía. [19] Los ingenieros civiles deben aprobar el Examen de Ingeniería Profesional (PE), el Examen de Ingeniería Fundamental (FE) y un título de una escuela aprobada por la Junta de Acreditación de Ingeniería y Tecnología, Inc. (ABET). [19] Trabajan para garantizar la estructura de la planta de energía, la ubicación y el diseño y la seguridad de la planta de energía.
Si bien existen muchas disparidades entre las disciplinas de ingeniería mencionadas anteriormente, todas ellas cubren material relacionado con la transmisión de calor o electricidad. Obtener un título de una escuela acreditada por ABET en cualquiera de estas disciplinas es esencial para convertirse en ingeniero de plantas de energía. [20] También hay muchas asociaciones a las que los ingenieros calificados pueden unirse, incluida la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Energía (ASOPE).
La operación y el mantenimiento de las centrales eléctricas consisten en optimizar la eficiencia y la potencia de salida de las centrales eléctricas y garantizar su funcionamiento a largo plazo. [21] Estas centrales eléctricas son de gran escala y se utilizan para suministrar energía a comunidades e industrias.No se incluyen los generadores de energía eléctrica domésticos individuales . [1]
El diseño de una central eléctrica consiste en diseñar nuevos sistemas de centrales eléctricas. [4] Existen muchos tipos de centrales eléctricas y cada uno de ellos requiere conocimientos específicos, así como un trabajo en equipo interdisciplinario, para construir un sistema moderno. [1]
{{cite book}}: Verificar |url=valor ( ayuda )CS1 maint: location (link){{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{citation}}: CS1 maint: location (link)Brighthub Engineering. Consultado el 18 de abril de 2018.
