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TECNOLOGÍA 3º LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
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LA PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
1.- Introducción
Cualquiera de las actividades que realizamos a diario precisa del empleo de energía. En otros tiempos solo se podía recurrir al esfuerzo físico de personas o animales, al calor de la leña ardiendo o a la fuerza del aire y del agua al mover los molinos. Actualmente en nuestra sociedad las dos formas de energía más empleadas son los combustibles fósiles y la electricidad.
Los combustibles
El extraordinario poder energético de los combustibles, desde la madera hasta los combustibles fósiles como el carbón, el gasóleo, la gasolina o el gas natural, se aprovecha de forma directa en algunas aplicaciones tan comunes como el cocinado de alimentos, la calefacción. En los medios de transporte son insustituibles por la dificultad de almacenar la energía eléctrica.
La energía eléctrica
La mayoría de las máquinas y aparatos que utilizamos habitualmente funcionan con energía eléctrica. La energía que reciben se transforma en su interior produciendo a su salida diferentes tipos de efectos, como calor, luz, imágenes, sonidos o movimientos.
La facilidad con que se transporta y se transforma en multitud de efectos convierte a la electricidad en el tipo de energía más empleado en la mayoría de aplicaciones.
La producción de energía eléctrica
Para que funcionen pequeños aparatos eléctricos, teléfono móvil, radio, es basta con la energía eléctrica que suministran las pilas o baterías. Sin embargo, la mayoría de máquinas y aparatos eléctricos necesitan más cantidad de energía, que debe ser suministrada, de forma constante, a través de la red eléctrica.
Las centrales eléctricas
Esta producción de energía eléctrica se lleva a cabo en las centrales eléctricas. En este tipo de instalaciones se realiza la transformación de la energía del sol, del viento, del agua o de los combustibles en energía eléctrica. En este tema aprenderás los diferentes tipos de centrales que se emplean hoy en día.
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La mayoría de las centrales utilizan grupos de turbina-alternador para producir electricidad:
Las turbinas están constituidas por un eje giratorio y unas aspas o álabes que son impulsadas por la fuerza de corrientes de agua por vapor. El sistema de aspas de un aerogenerador eólico también es una turbina.
El alternador es una máquina cuyo principio de funcionamiento está basado en el “efecto electromagnético”, si un conductor eléctrico se mueve en las proximidades de un electroimán se genera en el conductor un voltaje.
El alternador está formado por un eje giratorio formado por grandes electroimanes
que giran movidos por el eje de la turbina al que está unido. Este giro produce un voltaje en las bobinas (cables enrollados) del estator (parte fija del alternador. De allí salen los cables que suministran la energía eléctrica.
2.- Clasificación de las centrales eléctricas
Recursos energéticos
Llamamos así, a las materias o fenómenos procedentes de la naturaleza y de los que nos aprovechamos para producir la energía que empleamos. El viento, el petróleo, el sol, la fuerza del agua o materiales como el uranio son “recursos energéticos”.
Dependiendo de que el recurso que se emplee para generar energía se agote o la naturaleza lo renueve, los recursos energéticos pueden ser renovables o no renovables.
Son energías renovables: La eólica, la hidráulica, la solar.
Son energías no renovables: La procedente de combustibles (térmica) y la nuclear.
De igual forma se pueden clasificar las centrales eléctricas entre renovables y no renovables. Otra clasificación se puede hacer atendiendo a la importancia que hoy en día tienen los distintos tipos de centrales, así, podemos clasificarlas entre:
Centrales convencionales: se llevan utilizando desde hace tiempo (todo el siglo XX), producen la mayor parte de la energía eléctrica. Son las centrales térmicas, las nucleares y las grandes centrales hidroeléctricas.
Centrales alternativas: son las últimas que se han puesto en marcha. Se emplean menos que las convencionales pero su utilización va en aumento. Aprovechan
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recursos renovables, son más limpias que las anteriores. Son las centrales eólicas, las solares, las minihidráulicas y las geotérmicas.
3.- Centrales eléctricas convencionales
Mediante estos tres tipos de centrales se genera la mayor cantidad de la energía eléctrica que consumimos.
3.1.- Centrales hidroeléctricas
Funcionamiento Mediante una presa se construye un embalse en el curso de un río. Gracias a los embalses se aprovecha el agua en el momento adecuado (riegos, consumos humano o industrial), cuando se desembalsa el agua, circula a través de una turbina, que mueve un alternador que genera la energía eléctrica.
El agua que sale de la turbina es aprovechada para otros usos.
Inconvenientes aunque es una energía limpia (no produce contaminación), genera problemas en los ecosistemas de los ríos y en las poblaciones que deben de ser inundadas por los embalses.
3.2.- Centrales térmicas de combustión
Funcionamiento Se utilizan como combustibles, carbón, gasóleo, fuel y gas natural. El combustible se introduce a la caldera donde se pone en combustión. El calor generado en la caldera sirve para calentar toda una red de tuberías construidas dentro de la caldera, por esta tubería circula agua. Al calentarse el agua se convierte en vapor a alta presión (imagina una olla a presión). Este vapor mueve la turbina que a su vez mueve el alternador que genera la energía eléctrica. A la salida de la turbina sale el vapor a baja presión, este vapor se conduce a través de tuberías a la torre de refrigeración donde se enfría y se convierte de nuevo en agua para que pase a través de la caldera.
Caldera
Turbina
Alternador
Torre de refrigeración
Chimenea de salida de humos.
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Inconvenientes generan gases contaminantes y cenizas que provocan el efectos invernadero (calentamiento de la atmósfera) y la lluvia ácida (daña la naturaleza).
La extracción de los combustibles genera numerosos problemas, impacto paisajístico en zonas mineras o accidentes en el transporte del petróleo.
3.3.- Centrales térmicas nucleares
Funcionamiento es el mismo que el de una central térmica pero en lugar de generarse el calor en la caldera al quemar un combustible, este calor se genera en un reactor nuclear. En dicho elemento se producen reacciones de fisión (reacciones atómicas) en materiales como el Uranio o el Plutonio. Estas reacciones generan una gran cantidad e calor que es convertido en electricidad igual que en una central térmica.
Reactor nuclear
Turbina
Alternador
Torre de refrigeración
Inconvenientes si no se producen accidentes no se produce contaminación del aire. Los residuos nucleares son muy peligrosos durante muchos años (debido a su radiactividad) y un accidente de una central nuclear es muy peligroso para las poblaciones próximas.
4.- Centrales eléctricas no convencionales
4.1.- Parques eólicos
Es la energía alternativa más desarrollada.
Funcionamiento está formado por un conjunto de máquinas llamadas aerogeneradores. Cuando el viento los hace girar generan la energía eléctrica. Están formados por un rotor (normalmente de 3 palas), elemento que convierte la fuerza del viento en energía mecánica de un eje, este eje está acoplado a un alternador que genera la energía eléctrica.
Inconvenientes genera impacto paisajístico afeando el paisaje y son peligrosos para las aves. Es necesario que sople el viento.
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4.2.- Centrales solares.
4.2.1.- Solar térmica mediante un sistema de helióstatos (espejos que reflejan la luz del sol) se concentra la radiación solar en un sistema de tuberías por las que circula agua, esta agua se calienta y se convierte en vapor. El vapor mueve una turbina que mueve un alternador. El vapor que sale de la turbina debe de ser refrigerado para convertirse nuevamente en agua.
Inconvenientes es una energía limpia pero sólo se puede utilizar en zonas con muchas horas de sol al año. Hacen falta grandes extensiones de terreno para generar cantidades de energía importantes.
4.2.2.- Solar fotovoltaica existen algunos materiales que al recibir luz se generan una circulación de electrones. Estos materiales se utilizan para construir placas solares fotovoltaicas. Estas placas se utilizan en instalaciones eléctricas aisladas (casas en el campo, señales de tráfico, satélites). También existen centrales solares formadas por un conjunto de placas las cuales se orientan automáticamente hacia el sol mediante un motor.
Inconvenientes para generar cantidades importantes de energía harían falta muchas placas.
4.3.- Energía de la biomasa
Se entiende por biomasa toda la materia procedente de los seres vivos. Esta biomasa se utiliza como combustible en centrales de combustión térmicas. Los gases de su combustión, generan efecto invernadero, aunque no son tan contaminantes como los combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas natural).
Se puede utilizar como biomasa:
Residuos forestales o agrícolas, poda de árboles, estiércol de animales.
Cultivos energéticos, plantaciones de cultivos dedicados a producir combustibles (biodiesel).
R.S.U. Residuos sólidos urbanos, la basura que generamos se utiliza para generar biogás que sirve como combustible.
Inconvenientes, generan gases de efecto invernadero.
4.4.- Energía geotérmica
El calor del interior de la tierra se aprovecha en algunas zonas del mundo (zonas con actividad volcánica) para calefacción en casas o generar electricidad mediante turbina-alternador.
Inconvenientes existen muy pocas zonas donde sea aprovechable.
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4.5.- Energía maremotriz
En algunas costas la diferencia de altura del mar entre la marea alta y la marea baja es de algunos metros, esta diferencia de alturas es aprovechada en una central maremotriz de forma similar a como se aprovecha en las centrales hidroeléctricas, a través de una turbina-alternador, para generar energía eléctrica. Este sistema sólo se utiliza a nivel experimental.
Por el día la marea alta se acumula en algún tipo de embalse. Por la noche la altura del mar baja y se puede aprovechar la salida del agua embalsada para mover una turbina.
Inconvenientes alteración de la vida marina, impacto visual en la costa.
PREGUNTAS
1. ¿Cuáles son las dos formas de energía que consumimos principalmente?
2. ¿Porqué se emplean combustibles como energía de los medios de transporte?
3. ¿Qué ventajas tiene la energía eléctrica sobre otras formas de energía?
4. ¿Qué función tiene una turbia?
5. ¿Qué función tiene un alternador? ¿En qué efecto está basado?
6. Señala qué energías son renovables y cuales no renovables.
7. Señala qué centrales de producción son convencionales y no convencionales.
8. Completa la tabla siguiente:
Tipo de central ¿Dónde y cómo se genera el calor?
Nuclear
Térmica
Solar térmica
Central de biomasa
Central geotérmica
El calor generado convierte el ................ en .................... a alta presión. Este ........... mueve la ................... que hace girar el ................... que produce la energía eléctrica.
9. ¿Para qué se emplea en las centrales térmicas las torres de refrigeración? ¿Y la chimenea?
10. ¿Porqué las centrales nucleares no tienen chimenea? ¿Qué elemento hace las funciones de la caldera? ¿Qué elemento hace las funciones de el combustible?
11. Completa un cuadro con los inconvenientes que presenta cada tipo de central eléctrica.
Central eléctrica Inconvenientes
12. ¿En qué tipo de central se convierte directamente una energía en energía eléctrica?
13. ¿Qué es la biomasa? ¿Cómo se emplea para generar energía eléctrica?
