Administración y operaciones de la central

La mayoría de la gente está familiarizada con los aspectos admi- nistrativos y operativos de la generación de energía hidroeléctrica, que suelen dar el perfil público de la organización. La administración de la central eléctrica trabaja para garantizar la prestación de un servicio fiable. Entre el personal administrativo se encuentran los empleados de oficina, que desempeñan funciones comerciales y técnicas, y la dirección. Entre el personal de operaciones se cuentan los gerentes y supervisores de planta y los operadores de proceso.
La generación de energía hidroeléctrica es una operación de proceso pero, a diferencia de otras, como las existentes en la industria química, muchas centrales hidroeléctricas carecen de personal de operaciones. Los equipos se manejan por control remoto, a veces a gran distancia. Casi toda la actividad laboral se centra en el mantenimiento, reparación, modificación y mejora de la central y los equipos. Esta forma de funciona- miento exige sistemas eficaces que permitan pasar el control de producción a mantenimiento para evitar una puesta en marcha inesperada.

GENERACION DE ENERGIA HIDROELECTRICA

Los seres humanos aprendieron a aprovechar la energía del agua corriente hace muchos milenios. Durante más de un siglo, la electricidad se ha generado utilizando la energía hidráulica. La mayoría de la gente asocia el aprovechamiento de la energía hidráulica al represado de ríos, pero también puede generarse energía hidroeléctrica aprovechando las mareas.
Las operaciones de generación de energía hidroeléctrica cubren una extensión inmensa y muchos climas, desde el permafrost ártico hasta los bosques pluviales ecuatoriales. La ubicación geográfica de las centrales eléctricas influye en las situaciones peligrosas que puedan darse, ya que riesgos laborales como insectos o animales agresivos o incluso plantas venenosas varían dependiendo del lugar.
Una central hidroeléctrica consta generalmente de una presa que almacena una gran cantidad de agua, un aliviadero que libera el agua sobrante de forma controlada y una casa de máquinas. La central hidroeléctrica también puede contar con diques y otras estructuras de control y contención del agua, que no participan directamente en la generación de electricidad. La casa de máquinas contiene canales de conducción que hacen pasar el agua a través de unas turbinas que convierten el caudal lineal en caudal rotativo. El agua cae por las palas de la turbina o fluye horizontalmente a través de ellas. La turbina y el generador están interconectados. De este modo, la rotación de la turbina hace girar el rotor del generador.
El potencial de energía eléctrica del caudal de agua es el producto de la masa de agua por la altura de caída y la acelera- ción gravitatoria. La masa depende de la cantidad de agua disponible y de su caudal. El diseño de la central eléctrica deter- mina la altura de caída. En la mayoría de los diseños se intro- duce el agua desde un punto situado cerca de la parte superior de la presa y se descarga por la parte inferior al cauce fluvial existente aguas abajo. De este modo, se optimiza la altura mien- tras se mantiene un caudal razonable y controlable.
En la mayoría de las centrales hidroeléctricas modernas, los turbogeneradores están orientados verticalmente (son las cono- cidas estructuras que sobresalen del piso principal de las centrales). Sin embargo, casi toda la estructura está situada por debajo de lo que puede verse en el piso principal. Se trata del foso del generador y, por debajo de éste, del foso de la turbina y las tuberías de alimentación y descarga. A estas estructuras y a los canales de conducción de agua sólo se entra ocasionalmente. En las centrales más antiguas, el turbogenerador es de orien- tación horizontal. El eje de la turbina sobresale de una pared hacia el interior de la casa de máquinas, donde se conecta al generador. Este último se parece a un enorme y anticuado motor eléctrico de carcasa abierta. Como testimonio de la calidad de diseño y construcción de estos equipos, algunas insta- laciones de fin de siglo todavía continúan en funcionamiento. En ciertas centrales modernas se han incorporado versiones actualizadas de los diseños antiguos. En ellas, el canal de agua rodea completamente el turbogenerador y el acceso tiene lugar a través de una camisa tubular que atraviesa el canal.
En los devanados del rotor del generador se genera un campo magnético. La energía de este campo procede de baterias ácidas de plomo o alcalinas de níquel cadmio. El movimiento del rotor y el campo magnético presente en sus devanados inducen un campo electromagnético en los devanados del estator. El campo electromagnético inducido crea la energía eléctrica que se suministra a la red. La tensión eléctrica es la presión eléctrica origi- nada por el caudal de agua. Para mantener la presión eléctrica
—es decir, la tensión— a un nivel constante, hay que modificar el caudal de agua que pasa por la turbina en función de la demanda o de cambio de condiciones.
El flujo de electricidad puede producir un chisporroteo, por ejemplo en el conjunto excitador del rotor, que puede generar ozono, el cual, incluso a niveles bajos, resulta perjudicial para la goma de las mangueras contra incendios y otros materiales.
Los generadores de energía hidroeléctrica producen altas tensiones e intensidades muy altas. Los conductores de los gene- radores se conectan al transformador de la unidad y desde éste a un transformador de potencia. El transformador de potencia incrementa la tensión y reduce la intensidad para su transmisión
a larga distancia. Una baja intensidad minimiza la pérdida de energía por calentamiento durante la transmisión. En algunos sistemas se emplea como aislante el gas hexafluoruro de azufre en lugar de los aceites convencionales. El chisporroteo eléctrico puede descomponer este aislante en productos notablemente más peligrosos que el compuesto original.
Los circuitos eléctricos contienen disyuntores que pueden desconectar el generador de la red eléctrica de forma rápida e impredecible. En algunas unidades se emplea un chorro de aire comprimido para romper la conexión. Cuando actúa una unidad de este tipo, se produce un altísimo ruido de impacto.

PERFIL GENERAL: PRODUCCION Y DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA

En 1993, la producción mundial de electricidad alcanzó los 12,3 trillones de kilovatios-hora (Naciones Unidas 1995).
(Un kilovatio-hora es la cantidad de electricidad necesaria para encender diez bombillas de 100 vatios durante 1 hora.) Los datos de Estados Unidos, país que produjo por sí solo el 25 % de la energía total, nos dan la medida de este esfuerzo. La industria eléctrica norteamericana, que combina entidades de propiedad pública y privada, generó 3,1 trillones de kilovatios-hora en 1993 a partir de más de 10.000 generadores (Departamento de Energía de EE.UU., 1995). La p+arte de esta industria que está en manos de inversores privados emplea a 430.000 personas en operaciones eléctricas y de mantenimiento, con unos ingresos anuales de 200 billones de dólares.
La electricidad se genera en centrales que utilizan combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón), energía nuclear o energía hidráulica. En 1990, por ejemplo, el 75 % de la energía eléctrica de Francia se obtuvo de centrales nucleares. En 1993, el 62 % de la electricidad generada en todo el mundo procedió de combustibles fósiles, el 19 % de la energía hidráulica y el 18 % de la energía nuclear. Otras energías renovables, como la eólica, la solar, la geotérmica o la biomasa, representan sólo una pequeña parte de la producción eléctrica mundial. Desde las centrales que la generan, la electricidad se transmite a través de redes interconectadas a los sistemas locales de distribución y, de ahí, a los consumidores.
Los trabajadores que hacen posible todo esto son principalmente varones y poseen un alto grado de cualificación técnica y de conocimiento del “sistema”. Las tareas que desempeñan son bastante variadas y presentan elementos en común con la construcción, la fabricación, la manipulación de materiales, el transporte y las comunicaciones. En los artículos siguientes se describen con detalle algunas de estas operaciones. En los artículos dedicados a las normas de mantenimiento eléctrico y a los problemas ambientales se destacan también importantes iniciativas normativas del Gobierno norteamericano que afectan a la industria eléctrica.

Pasta química y recuperación

La pasta química se produce disolviendo químicamente la lignina dispuesta entre las fibras de la madera, con lo cual se separan éstas sin dañ arse de forma sustancial. Como en estos procesos se eliminan muchos de los componentes no fibrosos de la madera, los rendimientos son normalmente del 40 al 55 %.
El procedimiento implica la cocció n de las astillas y los reactivos en solució n acuosa en un reactor (digestor, Figura 72.8) que puede funcionar por lotes o de forma continua. En la cocción discontinua, el digestor se carga de astillas a través de una abertura superior, se añ aden los digestores químicos, y el contenido se cuece a temperatura y presió n elevadas. Una vez se termina la cocció n, se libera la presió n “soplando” fuera del digestor la pasta delignificada hacia un tanque de contenció n. Entonces se repite la secuencia. En la digestió n continua, las astillas precocidas con vapor se introducen en el digestor a un ritmo constante. Las astillas y los reactivos se mezclan en la zona de impregnació n, en la parte superior del digestor, y entonces se van desplazando desde la zona superior de cocció n a la inferior y a la zona de lavado, antes de soplarlas al tanque.
Hoy día, en muchas de las operaciones de preparació n de pasta, los digestores químicos se recuperan. De este modo pueden reconstituirse a partir del licor de cocció n empleado, y ademá s se recupera energía calorífica quemando los compo- nentes orgá nicos de la madera disueltos. La electricidad y el vapor resultantes suministran parte, si no la totalidad, de las necesidades energé ticas de la fá brica.

Pasta mecánica

Las pastas mecá nicas se producen triturando la madera contra una piedra o entre placas metá licas, para que se separen las fibras. La acción de las má quinas rompe estas fibras de celulosa, por lo que la pasta resultante es má s dé bil que la separada químicamente. La lignina que une la celulosa a la hemicelulosa no se disuelve, simplemente se ablanda, permitiendo que las fibras se asienten fuera de la estructura de la madera. El rendimiento (proporció n de la madera inicial en la pasta) suele ser superior al 85 %. Algunos mé todos mecá nicos de formació n de pasta utilizan tambié n productos químicos (por ejemplo, las pastas quimiomecánicas); sus rendimientos son má s bajos porque eliminan más cantidad de materiales no celuló sicos.
En la elaboració n de la pasta por raspado de la madera sobre una muela de piedra, el mé todo mecánico más antiguo e histó ri- camente el má s usual, las fibras se extraen de trozos cortos de tronco presionados contra un cilindro rotatorio abrasivo. En la refinadora de pasta mecá nica (Figura 72.7), que ganó popula- ridad al hacerse comercialmente viable en el decenio de 1960, se introducen astillas de madera o serrín a travé s del centro de un disco de la refinadora, donde se desmenuzan en trozos má s pequeñ os al presionarlos a travé s de rejas y ranuras cada vez má s estrechas. (En la Figura 72.7, las refinadoras se encuentran en el centro de la fotografía y sus grandes motores está n a la izquierda. Las astillas se introducen a travé s de las tuberías de gran diá metro y la pulpa sale por las má s estrechas.) Una variante de esta té cnica es la elaboració n de pasta termomecánica, en la que las astillas se cuecen al vapor antes y durante el refino, normalmente bajo presión.
Uno de los primeros mé todos de producció n de pasta meca- no-química implica la precocció n de los troncos con vapor antes de hervirlos en licores de pasta química, y su paso posterior a travé s de molinos con muelas de piedra para obtener pastas de “madera quimiomolida”. El tratamiento moderno de pasta mecá nico-química emplea discos refinadores con tratamiento químico (p. ej., bisulfato só dico, hidró xido só dico), durante o despué s del refinado. Las pastas así producidas se denominan mecano-químicas o termomecanouímicas, segú n el refino se haya producido a presió n atmosfé rica o a alta presión. Muchas organizaciones han hecho modificaciones especializadas de estas últimas, desarrollá ndolas y patentá ndolas.

ELABORACION DE LA PASTA

Al elaborarse la pasta, los enlaces dentro de la estructura de la madera se rompen mecá nica o químicamente. Las pastas químicas se pueden producir en medio alcalino (por ejemplo, sulfato o kraft) o en medio á cido (por ejemplo, sulfito). La mayor parte de la pasta se obtiene por el procedimiento al sulfato, seguida por los mé todos mecá nicos (semiquímico, termomecánico y mecá nico) y por el procedimiento al sulfito (Figura 72.5). Los procesos de elaboració n de la pasta difieren en el rendimiento y la calidad del producto, y en los mé todos químicos, en los productos químicos utilizados y en la proporció n que puede recuperarse para reutilizació n.

Problemas especiales de las operaciones de elaboración de contrachapado y tableros de partículas

Los secaderos de chapas en las fábricas de contrachapado pueden producir una neblina azul característica, compuesta por productos extractivos volátiles de la madera, como los terpenos y los ácidos de las resinas. Este problema tiende a aumentar en el interior de las fábricas, pero también puede darse en los penachos de vapor de agua de los secadores. Las fábricas de contrachapado y tableros de partículas suelen quemar los residuos de la madera para obtener calor para las prensas. Es posible utilizar métodos para el control de vapor y partículas, respectivamente, en estas emisiones aéreas.
Las aguas de lavado y otros efluentes líquidos de las fábricas de contrachapado y tableros de partículas pueden contener las resinas de formaldehído utilizadas como colas; sin embargo, actualmente es práctica habitual reciclar las aguas residuales para preparar las mezclas de colas.

Final de Industria de la Madera