UNIDAD: GENERACIÓN Y TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA.

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1 CURSO: 3º ESO UNIDAD: GENERACIÓN Y TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA. RESUMEN DE LA UNIDAD 1.- INTRODUCCIÓN Conceptos: - Energía: capacidad de los cuerpos para producir trabajo. - Principio de conservación de la energía: La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Por ejemplo la energía que posee un cuerpo debido a su altura (potencial), se transforma en energía cinética al caer al suelo (cinética). - Masa (La masa es una propiedad física de las partículas o los objetos que mide su inercia, es decir, su resistencia a modificar su estado de movimiento cuando se le aplica una fuerza. Tradicionalmente se la conoce como la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Su unidad es el kg) - Fuerza: Capacidad para desplazar o deformar. Fuerza peso: Debido a la gravedad F = m (kilogramos) x a(m/s 2 )= Newtons -Trabajo: sólo si hay desplazamiento. T(julios) = F (N) X d(metros) =Julios - Potencia(vatios)=Trabajo(julios)/tiempo (segundos) - Energía (capacidad de los cuerpos para producir trabajo) E = Potencia x tiempo (segundos)= Julios 2.- FUENTES DE ENERGÍA ENERGÍAS RENOVABLES No contaminan, no se agotan. Solar eólica geotérmica mareomotriz etc ENERGÍAS NO RENOVABLES Contaminan, se agotan. - Combustibles fósiles 1

2 - Nuclear (Uranio y sus isótopos (enriquecido)) 3.- PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. Corriente continua: mismo sentido, misma intensidad. Corriente alterna: Sentido e intensidad varían con el tiempo GENERACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA. Ley de Inducción electromagnética o Ley de Faraday: Cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético se induce en dicho conductor una fuerza electromotriz (tensión) que da lugar a una corriente eléctrica. 2

3 Un alternador es una máquina que genera corriente alterna y su funcionamiento se basa en la ley de Faraday CENTRALES TÉRMICAS CONVENCIONALES 3

4 ALTERNADOR QUEMADOR (combustibles fósiles) CALDERA TURBINA CONDENSADOR BOMBA QUEMADOR: Quema combustibles fósiles produciendo calor. CALDERA: El calor generado calienta el agua que hay en la caldera provocando su evaporación. TURBINA: El vapor a alta presión pasa por unas tuberías y llega hasta la cámara donde choca contra la turbina haciendo que se mueva (gire). El eje de la turbina hace que se mueva el eje del alternador produciendo energía eléctrica. CONDENSADOR: El vapor de agua, una vez hecho su trabajo en la turbina pasa al condensador donde se enfría y se condensa. BOMBA: El agua (proveniente del condensador) es impulsada de nuevo a la caldera para que comience un nuevo ciclo. IMPACTOS: Instalación atmosférico acuático terrestre Central térmica de combustión Emisión de gases contaminantes y partículas sólidas que provocan el incremento del efecto invernadero y la lluvia ácida. Acidificación de ríos y lagos. Mareas negras por derrame accidental en el transporte de hidrocarburos. Agresión por explotaciones mineras, sobre todo a cielo abierto. Derrame de hidrocarburos en la extracción y transporte. Contaminación visual e impacto paisajístico. Deterioro de los monumentos por la 4

5 caída de lluvia ácida CENTRALES TÉRMICAS NUCLEARES REACTOR NUCLEAR DE FISIÓN - Combustible: U- 235 Y U -238 (isótopos). - Barras de control: Sirven para detener la reacción. - Moderador: material que sirve para mantener la reacción en cadena. CALDERA TURBINA ALTERNADOR CONDENSADOR Explicación - componentes: BOMBA REACTOR: La reacción de fisión (en el reactor nuclear) provoca calor. 5

6 CALDERA: El calor generado calienta el agua que hay en la caldera provocando su evaporación. TURBINA: El vapor a alta presión pasa por unas tuberías y llega hasta la cámara donde choca contra la turbina haciendo que se mueva (gire). El eje de la turbina hace que se mueva el eje del alternador produciendo energía eléctrica. CONDENSADOR: El vapor de agua, una vez hecho su trabajo en la turbina pasa al condensador donde se enfría y se condensa. BOMBA: El agua (proveniente del condensador) es impulsada de nuevo a la caldera para que comience un nuevo ciclo. IMPACTOS: Instalación atmosférico acuático terrestre Central nuclear Poco contaminante, si no se producen accidentes. Calentamiento localizado de ríos y lagos por el uso de agua como refrigerante, que provoca la proliferación de algas. Presenta problemas con el almacenamiento de residuos radiactivos. Contaminación visual e impacto paisajístico. Residuos de baja y media actividad: durarán como máximo 300 años. Residuos de alta actividad: se mantienen activos durante mucho tiempo; algunos, como el uranio, miles de millones de años CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE ACUMULACIÓN Aprovechan la altura de agua acumulada (energía potencial) para mover una turbina acoplada a un alternador y producir energía eléctrica. 6

7 IMPACTOS: Instalación atmosférico acuático terrestre Central hidroeléctrica Limpia. Problemas ecológicos en los ecosistemas acuáticos por interrupción del curso del río y generación de microclimas. Inundación de terrenos fértiles y zonas habitadas PARQUES EÓLICOS La fuerza del viento mueve las hélices acopladas al alternador. El aerogenerador consta de: - GÓNDOLA: multiplicador de velocidad, generador. - ROTOR: tripala, similar a hélice aviones. - TORRE: 60-70m. 7

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9 IMPACTOS: Instalación atmosférico acuático terrestre Parques eólicos Ruido. Muerte de aves al impactar con las aspas. Limpia. Contaminación visual e impacto paisajístico CENTRALES MAREOMOTRICES Consiste en utilizar la subida y bajada de las mareas para mover una turbina acoplada a un alternador y producir energía eléctrica. IMPACTOS: Instalación atmosférico acuático terrestre Central mareomotriz Limpia. Alteración de la vida marina debido a los diques. Contaminación visual e impacto paisajístico. 9

10 3.6.- CENTRALES HELIOTÉRMICAS Los rayos del sol son reflejados por los heliostatos hacia el receptor de calor y la temperatura alcanzada calienta la caldera provocando vapor que moverá la turbina. IMPACTOS: Instalación atmosférico acuático terrestre Central solar Limpia. Limpia. Contaminación visual e impacto paisajístico. Contaminación mínima por la industria fabricante de paneles y colectores CENTRALES FOTOVOLTAICAS. Algunos materiales emiten electrones cuando incide luz sobre ellos. La circulación de estas cargas eléctricas crea una corriente eléctrica. A este fenómeno se le llama efecto fotoeléctrico. Estos materiales forman las células solares o fotovoltaicas. Un panel solar está formado por varias células solares. El silicio es un material semiconductor que debidamente dopado puede producir corriente eléctrica a partir de la luz que incide sobre él. 10

11 IMPACTOS: Instalación atmosférico acuático terrestre Central fotovoltaica Limpia. Limpia. Contaminación visual e impacto paisajístico. Contaminación mínima por la industria fabricante de paneles y colectores CENTRALES GEOTÉRMICAS. Una central geotérmica es un lugar donde se aprovecha el calor interno de la Tierra. Para aprovechar esta energía es necesario que se den temperaturas muy elevadas a poca profundidad. Sólo así es posible aprovechar el agua caliente o el vapor de agua generados de forma natural. El funcionamiento de una central geotérmica es bastante simple: consta de una perforación practicada a gran profundidad sobre la corteza terrestre (unos 5 km), con objeto de obtener una temperatura mínima de 150º C, y en la cual se han introducido dos tubos en circuito cerrado en contacto directo con la fuente de calor. 11

12 Desde la superficie se inyecta agua fría a través de uno de los extremos del tubo, la cual se calienta al llegar al fondo formando vapor de agua y regresando a chorro a la superficie a través del otro tubo. En el extremo de éste está acoplada una turbina-generador que suministra la energía eléctrica para su distribución. El agua enfriada es devuelta de nuevo al interior por el primer tubo para repetir el ciclo. IMPACTOS: Instalación atmosférico acuático terrestre Central geotérmica Limpia. Limpia. El impacto visual suele ser considerable si las plantas geotérmicas se ubican en campos geotérmicos que suelen coincidir con espacios de gran valor natural y paisajístico (géiseres, termas, etc.) 12

13 4.- TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas. Para ello, los niveles de energía eléctrica producidos deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar la tensión se reduce la corriente que circulará, reduciéndose las pérdidas por Efecto Joule. Con este fin se remplazan subestaciones elevadoras en las cuales dicha transformación se efectúa empleando transformadores, o bien autotransformadores. De esta manera, una red de transmisión emplea usualmente voltajes del orden de 220 kv y superiores, denominados alta tensión, de 400 o de 500 kv. Red de transporte: Nace a partir de la estación elevadora y transporta la energía eléctrica a muy alta tensión para reducir pérdidas. Red de reparto: Nace a partir de la subestación de transformación que hace una primera reducción de tensión. Estas redes acercan la energía a los núcleos de consumo. Red de distribución en media tensión: Nace a partir de la estación reductora de distribución y desde ella se alimenta directamente a industria y a los núcleos urbanos. Redes de baja tensión: Nacen a partir de los centros de transformación que se encuentran dentro de los núcleos urbanos y suministran energía a viviendas, etc. 13

14 5.- TEORÍA DE TRANSFORMADORES Como ya dijimos en el punto anterior, para disminuir las pérdidas de energía en el transporte es necesario para una misma potencia a suministrar bajar la intensidad en la línea, ya que la potencia de pérdidas viene dada por la fórmula: P pérdidas = R x I 2 Como la potencia a suministrar es P = V x I, para poder mantenerla constante necesitamos en caso de bajar la intensidad, subir la tensión. Esto lo podemos conseguir mediante un transformador. Un transformador es una máquina estática de corriente alterna capaz de modificar las características de tensión e intensidad de la misma. P1 = V1 x I1; P2 = V2 x I2; P1 = P2 por el principio de conservación de la energía. Un transformador no funciona con corriente continua. 6.- EL AHORRO ENERGÉTICO - En el hogar: Aislamiento, iluminación de bajo consumo. - En la industria: Simplificar desplazamientos de materiales, Buen mantenimiento de equipos, reciclaje de residuos. - En el transporte: Transportes colectivos, Motores de bajo consumo, biocarburantes, etc. - Producción y transporte de la energía: Ampliar el uso de la energía renovable, acercar centros de fabricación a los de consumo, cogeneración. 14

15 CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LA UNIDAD: - Identificar transformaciones de energía en aparatos eléctricos que utilizamos cotidianamente. - Describir el funcionamiento básico de las principales centrales eléctricas en funcionamiento en nuestro país. -Comparar los procedimientos empleados para producir energía eléctrica en las diferentes centrales. - Describir cómo se lleva a cabo el transporte de energía eléctrica desde las centrales eléctricas hasta los lugares de consumo. ACTIVIDADES 1.- Indica las unidades de las siguientes magnitudes: - Masa: - Aceleración: - Fuerza: - Trabajo: - Energía: - Energía eléctrica: 2.- Cómo se define energía? 3.- Cuáles son las diferencias entre las energías renovables y las no renovables? 4.- Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear de fisión y otra de fusión nuclear? 5.- Diferencia entre corriente continua y corriente alterna. 4.- Para qué sirve el multiplicador de un aerogenerador? 6.- Si para calentar la comida hacen falta 1000 kcal, Cuántos julios se necesitarán? Y si usamos electricidad Cuántos Kwh necesitamos? 1Kcal = 4180 J = 4,18 KJ 1KWh = J = 3600 KJ 7.- Qué combustibles se pueden utilizar en las centrales térmicas convencionales? 15

16 8.- Cuál es la misión del moderador en una central nuclear? Y la de las barras de control? 9.- Explica con tus palabras como funciona una central hidroeléctrica Indica en qué se parecen las centrales térmicas convencionales a las centrales heliotérmicas Cuál es el mayor inconveniente de una central heliotérmica? Y de un parque eólico? 12.- Cómo funciona un aerogenerador? 13.- Cómo se puede hacer girar el generador en una central térmica? 14.- Puede una central mareomotriz situarse en cualquier playa? Qué se necesita? 15.- Explica el funcionamiento de una central geotérmica Indica el recorrido de la energía eléctrica desde su origen hasta los lugares de consumo Por qué es necesario generar la electricidad en forma de corriente alterna? 18.- Un transformador de 1000/200 V tiene 5000 espiras en el primario. Sabiendo que el secundario es recorrido por una corriente de 5 A, calcular: a) m b) N2 c) I1 d) P 19.- Un transformador de W tiene 500 espiras en el primario y 2000 en el secundario. Sabiendo que la tensión en el primario es de 220 V, calcular: a) Tensión en el secundario b) Intensidad en el secundario Un transformador de 3000 espiras en el primario y 300 en el secundario es recorrido por una corriente de 2 A en el primario. Sabiendo que la tensión en el primario es de 600 V. Calcular: a) m b) I2 c) V2 d) P 21.- Di en cada una de las centrales de generación de energía eléctrica vistas en la unidad si utilizan energía renovable o no renovable. 16