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Apuntes sobre la energía y sus formas y las distintas maneras de transformarla a través de las centrales eléctricas
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ENERGÍA ELÉCTRICA
ENERGIA ELECTRICA
INDICE
• CONCEPTO DE ENERGIA
• ENERGIA ELECTRICA– GENERACION. CENTRALES ELECTRICAS– TRANSPORTE– DISTRIBUCIÓN
• FORMAS DE ALMACENAR LA ENERGIA
ELECTRICA
ENERGIA
DEFINICIÓN
Capacidad que tienen los cuerpos para
realizar un trabajo
UNIDADES
JULIO (J) : Trabajo que realiza una fuerza de 1 Newton (N) al desplazar su punto de aplicación un metro (m) en su misma
direcciónKILOWATIO·HORA (KWh): trabajo realizado
por una maquina de 1 KW de potencia durante una hora de funcionamiento. Equivale a
3.600.000 Julios.CALORIA (Cal): cantidad de calor necesario
para elevar, a la presion normal, un gramo de agua desde 14.5ºC a 15.5ºC. Equivale a 4.18
Julios
FORMAS DE MANIFESTARSE LA ENERGIA
ELECTRICA
CALORIFICA
LUMINOSA
QUIMICA
MECANICA
ESTUFA
PAR TERMOELECTRICO
LA
MP
AR
A
CE
LU
LA
FO
TO
EL
EC
TR
ICA
MO
TOR
GEN
ER
AD
OR
PILASPILAS
ELECTROLISIS
FORMAS DE LA ENERGIA
ENERGIA POTENCIAL
ENERGIA CINETICAENERGIA MECANICA
ENERGIA ELECTRICA
ENERGIA SONORA
ENERGIA NUCLEAR
ENERGIA LUMINOSA
ENERGIA CALORIFICA
ENERGIA QUIMICA ENERGIA INTERNA
ENERGIA ELECTROMAGNETICA
Asociada a la posición de un cuerpo situado por encima del
sueloDebida al movimiento de los
cuerpos
resultado de la suma de la potencial y la cinética
Producto de la corriente eléctrica
Asociada a las ondas sonoras
Contenida en los núcleos de los átomos
Debida a la acción de los campos electromagnéticos producidos por la
corriente electrica
Asociada a las formas de energía que un cuerpo posee en su interior
Consecuencia del movimiento de las moléculas
Asociada a la posición de un cuerpo situado por encima del
suelo
Debido a la composición o descomposición de las sustancias
EL TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA IMPLICA TRES PROCESOS
ELEVACIÓN DEL VOLTAJE
DISEÑO Y CONSTRUCCION RUTA CABLES ALTA TENSION
REDUCCION DEL VOLTAJE
FASE DE DISTRIBUCIÓN
Debido a las grandes distancias que la electricidad ha de recorrer, y
con objeto de que no existan perdidas de energía significativas
(por efecto Joule), el voltaje de salida de la central se eleva
mediante transformadores a unos valores muy altos que pueden
variar entre 220.000 V y 380.000 V.
Por medio de torres que sostienen los cables se
transporta a grandes distancias
Se instalan subestaciones transformadoras en varios puntos
intermedios con el fin de ir reduciendo el voltaje hasta unos
20.000 V
Distribucion a los nucleos urbanos a partir de los denominados centros de transformación que la reducen a los
220/380 V apta para el consumo domestico e industrial.
ENERGIA ELECTRICA: GENERACION, TRANSPORTE Y DISTRIBUCION
GENERACI ONEn 1820 Oersted observo , cuando la corriente eléctrica circula por un hilo metálico que esta situado cerca de una brújula, la aguja de estase mueve. Por tanto demostró que toda corrienteeléctrica produce un campo magnético.
Poco despues Faraday demostro que si se mueveun iman cerca de un hilo metalico dispuesto enforma de espiral o bobina, por este ultimo circulaelectricidad.
Lo mismo sucede cuando se mueve la bobina yse mantiene fijo el iman: se consigue tambien unacirculacion de corriente.
Esta es la base de las CENTRALES ELECTRICAS ACTUALES:se trata de instalaciones que hacen girar camposmagneticos de gran intensidad cerca de grandesbobinas, dando asi lugar a la generacion de una corriente electrica.
CENTRALESELECTRICAS
Una central electrica es una instalacion capaz de convertir la energia mecanica , obtenidamediante otras fuentes de energiaprimaria, en energia electrica.
En general la energia mecanicaprocede de la transformacion de la energia potencial del aguaalmacenada en un embalse; dela energia termica suministrada al agua mediante la combustion delcarbon , gas natural o fuel, o a travesde la energia de fision del uranio.
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICACENTRALES ELÉCTRICAS
Una CENTRAL ELÉCTRICA es una
instalación cuyo objetivo es producir energía eléctrica.
La energía que utilizan las centrales electricas para
alcanzar su objetivo se llama ENERGÍA PRIMARIA
Para producir energía eléctrica se realizan diversas transformaciones energéticas, primero de la energía primaria en energía mecánica cinética, y de ésta
en energía eléctrica.
ENERGIA PRIMARIA
ENERGÍA MECANICA CINÉTICA
ENERGÍA ELECTRICA
ENERGIA PRIMARIA
ENERGÍA MECANICA CINÉTICA
TURBINA
Las máquinas encargadas de transformar la energía primariaen energía mecánica cinética se
llaman TURBINAS, y son movidas por agua, vapor, gas, etc.
ENERGÍA MECANICA CINÉTICA
ENERGÍA ELECTRICA
ALTERNADOR
Los ALTERNADORES son los encargados
de transformar la energía mecánica
cinética en energía eléctrica
Al conjunto de Turbina y Alternador se le denomina
TURBOALTERNADOR
Al conjunto de Turbina y Alternador se le denomina
TURBOALTERNADOR
TURBINASTURBINAS
Máquina rotativa que transforma en energía mecánica la energía
potencial y cinética del agua, vapor o gas.
Máquina rotativa que transforma en energía mecánica la energía
potencial y cinética del agua, vapor o gas.
PARTESPARTESDISTRIBUIDORDISTRIBUIDOR
RODETERODETE
TIPOS DETURBINASTIPOS DETURBINAS
PELTONPELTON
FRANCISFRANCIS
KAPLANKAPLAN
PELTONPELTON
FRANCISFRANCIS
KAPLANKAPLAN
ALTERNADORESALTERNADORES
Máquina rotativa que transforma la energía mecánica la energía mecánica cinética
producida en la turbina en energía eléctrica
(produciendo corriente alterna).
Máquina rotativa que transforma la energía mecánica la energía mecánica cinética
producida en la turbina en energía eléctrica
(produciendo corriente alterna).
PARTESPARTESESTATORESTATOR
ROTORROTOR
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Si entre los polos norte y sur de un potente imán hacemos girar una espira o una bobina cuyos
extremos estén conectados a dos anillos, aislados del eje, mediante unas escobillas apararece la tensión electrica en estos anillos. Y si cerramos estos anillos mediante un circuito exterior, por
éste circula la corriente electrica.
Si entre los polos norte y sur de un potente imán hacemos girar una espira o una bobina cuyos
extremos estén conectados a dos anillos, aislados del eje, mediante unas escobillas apararece la tensión electrica en estos anillos. Y si cerramos estos anillos mediante un circuito exterior, por
éste circula la corriente electrica.
CENTRALES ELECTRICAS
TIPOS Y CARACTERISTICAS
CENTRAL HIDROELECTRICACENTRAL HIDROELECTRICA
CENTRAL HIDROELECTRICA DE BOMBEOCENTRAL HIDROELECTRICA DE BOMBEO
CENTRAL TERMICACENTRAL TERMICA
CENTRAL NUCLEARCENTRAL NUCLEAR
CENTRAL SOLAR TERMICACENTRAL SOLAR TERMICA
CENTRAL FOTOVOLTAICACENTRAL FOTOVOLTAICA
CENTRAL EOLICACENTRAL EOLICA
CENTRAL BIOMASACENTRAL BIOMASA
CENTRAL INCINERADORACENTRAL INCINERADORA
Por su facilidad de producción y transporte, la energía eléctrica generada es siempre alterna.
El transporte de esta energía se hace a través de cables eléctricos, pasando por centros de distribución y transformación capaces de llevar esta energía al usuario final, con niveles estándares de utilización (220 voltios).
TRANSPORTE Y DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA
TRANSPORTE Y DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA
Las Centrales Eléctricas utilizan alternadores para generar tensiones eléctricas de entre 12.000 V y 15.000 V.
Para transportarla se eleva la tensión hasta alcanzar tensiones de 380.000 V o 220.000 V, lo cual puede
realizarse mediante transformadores.
Las Centrales Eléctricas utilizan alternadores para generar tensiones eléctricas de entre 12.000 V y 15.000 V.
Para transportarla se eleva la tensión hasta alcanzar tensiones de 380.000 V o 220.000 V, lo cual puede
realizarse mediante transformadores.
Pero ¿por qué tensiones alternas en lugar de tensiones
continuas?¿por qué se elevan las
tensiones para transportarla la corriente?
Las tensiones generadas en las Dinamos (generadores de c.c.) son muchísimo más
bajas que las tensiones alternas generadas en los Alternadores (generadores de c.a). Además las
características de las tensiones alternas se pueden modificar con facilidad mediante los
Transformadores.
El transporte de la energía eléctrica requiere conductores, los cuales ofrecen cierta resistencia al
paso de la corriente, que se transforma en calor (efecto Joule), lo cual supone pérdidas de potencia o energía. Para evitar perdidas de potencia es por lo que se transporta a Alta Tensión (y baja intensidad).
Ver el ejemplo resuelto.
EJEMPLO 1
Supongamos que una determinada industria necesita para funcionar una potencia de 1250 KW y que la resistencia interna de los cables desde la central a la industria es
de 10 ohm. Analizar cuales son las perdidas de potencia que se producen durante el transporte en los supuestos
siguientes:
a) Utilizando una tensión eléctrica de250.000 V.b) Utilizando una tensión de 25.000 V
a) La intensidad que circula por los conductores será:
AV
PIVIP 5
000.250
10·1250 3
WRIPperd 25010·5· 22 La potencia de perdidas será:
La potencia util de la industria será: WPPP perdutil 750.124250000.125
Las perdidas de potencia por transporte es un 0.2% del total
b) La intensidad que circula por los conductores será:
AV
PIVIP 50
000.25
10·1250 3
La potencia de perdidas será: WRIPperd 000.2510·50· 22
La potencia util de la industria será:
WPPP perdutil 000.100000.25000.125
Las perdidas de potencia por transporte es un 20% del total
Una vez fabricada, la electricidad se debe transportar desde las centrales de producción hasta los centros de consumo. De esta labor se encarga una red de conducciones que cubre todo el país
La red eléctrica
La energía eléctrica no se puede almacenar tan fácilmente como el carbón o los barriles de petróleo. Una vez producida en las centrales, debe comenzar su viaje a través de líneas de alta tensión hacia los centros de consumo. La península ibérica está cubierta por una densa red de transporte de energía eléctrica, que incluye desde "autopistas" (las principales líneas de alta tensión) hasta ramales secundarios, como el cable que lleva energía al frigorífico de nuestra cocina.
El transporte de energía eléctrica a largas distancias implica una tecnología particular. Debe hacerse con el mayor voltaje posible, para reducir al mínimo las pérdidas que crea la resistencia del cable. (Resistencia = voltaje / intensidad). Los transformadores son los aparatos encargados de modificar el voltaje de la corriente.
No es fácil almacenar la energía eléctrica, pero existen métodos para hacerlo de manera más o menos indirecta.
CENTRALES REVERSIBLES O DE BOMBEO
Las centrales reversibles son centrales hidroeléctricas capaces de aprovechar la energía eléctrica sobrante que producen las centrales térmicas en las horas valle. Para ello disponen de un embalse situado en una cota inferior al embalse superior o principal.
Durante las horas punta, el agua del embalse superior fluye por las turbinas para asegurar el suministro eléctrico, almacenándose en el embalse inferior. Durante las horas valle, la electricidad excedente producida por las centrales térmicas se envía a la central de bombeo. En el caso más sencillo, el generador funciona como motor eléctrico, y la turbina envía el agua del embalse inferior al superior. En otros casos se utilizan bombas. El agua queda almacenada en el embalse superior, lista para ser usada en las próximas horas punta.
Existen actualmente 24 centrales de bombeo, con una potencia total de 5.000 MW (la potencia total hidroeléctrica es de 20.000 MW).
No es fácil almacenar la energía eléctrica, pero existen métodos para hacerlo de manera más o menos indirecta.
CENTRALES REVERSIBLES O DE BOMBEO
Las centrales reversibles son centrales hidroeléctricas capaces de aprovechar la energía eléctrica sobrante que producen las centrales térmicas en las horas valle. Para ello disponen de un embalse situado en una cota inferior al embalse superior o principal.
Durante las horas punta, el agua del embalse superior fluye por las turbinas para asegurar el suministro eléctrico, almacenándose en el embalse inferior. Durante las horas valle, la electricidad excedente producida por las centrales térmicas se envía a la central de bombeo. En el caso más sencillo, el generador funciona como motor eléctrico, y la turbina envía el agua del embalse inferior al superior. En otros casos se utilizan bombas. El agua queda almacenada en el embalse superior, lista para ser usada en las próximas horas punta.
Existen actualmente 24 centrales de bombeo, con una potencia total de 5.000 MW (la potencia total hidroeléctrica es de 20.000 MW).
FORMAS DE ALMACENARLA ENERGIA ELECTRICA
FORMAS DE ALMACENARLA ENERGIA ELECTRICA
PILAS Y BATERIAS QUIMICAS
Las pilas y baterías son capaces de almacenar electricidad en forma de energía química. A grandes rasgos, consisten en dos electrodos capaces de intercambiar cargas eléctricas positivas y negativas a través de una interfase, que se suele llamar electrolito. Si se conectan los dos electrodos con un cable, se produce una corriente eléctrica. Los electrodos son diversos compuestos químicos (por ejemplo, níquel y hierro). Producen energía eléctrica mientras se descargan, y se cargan al ser alimentados de electricidad.
Pilas y baterías no son una buena forma de almacenar electricidad comercial, pues tienen una potencia limitada y se pierde mucha energía en el proceso de conversión de energía eléctrica a energía química. No obstante, son imprescindibles para proporcionar electricidad a pequeños aparatos portátiles, con una gama de tensiones baja, en torno a los 10 v.
Las pilas y baterías desechables son un tipo de residuo potencialmente peligroso, por el tipo de sustancias que contienen. Por eso actualmente se tiende a eliminar de su composición los compuestos tóxicos y a favorecer el empleo de baterías recargables.
PILAS DE COMBUSTIBLE
Se está prestando mucha atención a las pilas de combustible, porque pueden ser una buena solución para almacenar energía de manera limpia desde el punto de vista del medio ambiente. El proceso puede funcionar descomponiendo el agua mediante una corriente eléctrica: el hidrógeno obtenido se puede almacenar y utilizarse como combustible en una pila, donde se combina con oxígeno para producir corriente eléctrica y agua como subproducto.
PILAS DE COMBUSTIBLE
Se está prestando mucha atención a las pilas de combustible, porque pueden ser una buena solución para almacenar energía de manera limpia desde el punto de vista del medio ambiente. El proceso puede funcionar descomponiendo el agua mediante una corriente eléctrica: el hidrógeno obtenido se puede almacenar y utilizarse como combustible en una pila, donde se combina con oxígeno para producir corriente eléctrica y agua como subproducto.
