PLANIFICACIÓN DE SESIÓN DE APRENDIZAJE

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1 PLANIFICACIÓN DE SESIÓN DE APRENDIZAJE GRADO UNIDAD SESIÓN HORAS TERCERO 8 5/8 2 TÍTULO DE LA SESIÓN Dónde encontramos las centrales hidroeléctricas en el Perú? APRENDIZAJES ESPERADOS COMPETENCIAS CAPACIDADES INDICADORES Explica el mundo físico, basado en conocimientos científicos. Comprende y aplica conocimientos científicos y argumenta científicamente. Sustenta que las formas de obtener energía eléctrica en el Perú son fundamentalmente hidroeléctrica y termoeléctrica. SECUENCIA DIDÁCTICA INICIO: 15 minutos Al iniciar la sesión, el docente recuerda a los estudiantes la importancia de la investigación y el trabajo cooperativo durante el desarrollo de la sesión. El docente presenta una imagen sobre las centrales de producción de energía eléctrica en el Perú (Anexo 1). El docente expone la imagen para que los estudiantes puedan comprender e interpretar los datos y también puedan reconocer qué tipo de central eléctrica está cerca de su región.

2 El docente pregunta: Qué central eléctrica alimenta de energía a la ciudad a la que pertenecemos? Los estudiantes responden ordenadamente, unos muestran desconocimiento y el docente interviene para aclarar sus dudas. Los estudiantes responden las preguntas, las cuales permiten recoger sus saberes previos. El docente remarca que en términos generales las centrales hidroeléctricas y térmicas son las que proveen de energía al Perú, mientras que minoritariamente las centrales solares, eólicas u otras proveen energía en menor cantidad. DESARROLLO: 60 minutos El docente forma grupos de 5 estudiantes y los enumera como grupo 1, grupo 2, grupo 3, etc. Dependiendo de la cantidad de estudiantes se forman una cantidad de grupos. El docente pregunta de manera general: Qué formas de obtener energía eléctrica conoces? Pide que cada grupo analice las láminas sobre cómo se obtiene la energía eléctrica, elabore un organizador gráfico, y exponga sobre la forma de obtener energía que le corresponde a su grupo Se entrega a los grupos impares las láminas de centrales hidráulicas y a los grupos pares las láminas de centrales termoeléctricas (Anexo 2). Los estudiantes deben elaborar organizadores visuales para exponerlos según la técnica del museo y así compartir sus observaciones y conclusiones. Para esta actividad el docente les concede 20 minutos. Los estudiantes exponen sus trabajos y el docente clarifica sus dudas a cada grupo mientras va recorriendo la exposición. Los estudiantes participan en la consolidación del tema. CIERRE: 15 minutos El docente entrega una ficha de Metacognición (Anexo 3). TAREA A TRABAJAR EN CASA Desarrolla las actividades de evaluación de la página 255 del libro de texto. En una lámina del mapa del Perú ubica las principales centrales eléctricas. Indaga sobre la contaminación de los residuos industriales. MATERIALES O RECURSOS A UTILIZAR Para el docente: -MINISTERIO DE EDUCACIÓN (2013). Rutas del aprendizaje. Fascículo general 4. Ciencia y Tecnología. Lima: Ministerio de Educación. -Ministerio de Educación (2015). Rutas del aprendizaje. VII ciclo. Área Curricular de Ciencia, Tecnología y Ambiente. Lima: Ministerio de Educación. -Ministerio de Educación (2012). Manual para el docente del libro de Ciencia, Tecnología y Ambiente de 3. Grado de Educación Secundaria. Lima: Grupo Editorial Norma. Equipo multimedia. Para el estudiante: -Ministerio de Educación (2012). Libro de Ciencia, Tecnología y Ambiente de 3. Grado de Educación Secundaria. Lima:. Grupo Editorial Norma. -Papelógrafos, plumones, colores. ANEXOS Anexo 1: ficha Centrales eléctricas de generación mayores a 18 MW. Anexo 2: ficha Centrales hidroeléctricas y centrales termoelectricas. Anexo 3: ficha Ficha de metacognición

3 ANEXO 1 Centrales Eléctricas de Generación mayores a 18 MW Extraído de:

4 ANEXO 2 Ficha de Central hidroeléctrica. 1. Qué es una central hidroeléctrica? Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser: Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica. Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW. Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia. 2. Componentes principales de una central hidroeléctrica La presa, que se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. Rebosaderos, elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de máquinas. Destructores de energía, que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía: o Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos. o Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída. Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas,

5 alternadores ) y elementos de regulación y control de la central. Turbina. Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua. Alternador. Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica. Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones. En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormigón. Su construcción está siempre condicionada a las condiciones geográficas. Por eso, la mejor solución es construir un túnel de carga, aunque el coste de inversión sea más elevado. La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000 m y hormigón para saltos de agua de 500 m. Válvulas, dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías. Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado golpe de ariete, que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica. La presa La presa es el primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica. Se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. Con la construcción de una presa se consigue un determinado desnivel de agua, que es aprovechado para conseguir energía. La presa es un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografía del terreno y del curso del agua donde se tiene que situar. Las presas se pueden clasificar, según el material utilizado en su construcción, en presas de tierra y presas de hormigón. Las presas de hormigón son las más resistentes y las más utilizadas. Hay tres tipos de presas de hormigón en función de su estructura: Presas de gravedad. Son presas de hormigón triangulares con una base ancha que se va haciendo más estrecha en la parte superior. Son construcciones de larga duración y que no necesitan mantenimiento. La altura de este tipo de presas está limitada por la resistencia del terreno. Presa de vuelta. En este tipo de presas la pared es curva. La presión provocada por el agua se transmite íntegramente hacia las paredes del valle por el efecto del arco. Cuando las condiciones son favorables, la estructura necesita menos hormigón que una presa de gravedad, pero es difícil encontrar lugares donde se puedan construir. Presas de contrafuertes. Tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. En general, se utilizan en terrenos poco estables y no son muy económicas.

6 La turbina hidráulica Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energía en las centrales hidráulicas. Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua. Su componente más importante es el rotor, que tiene una serie de palas que son impulsadas por la fuerza producida por el agua en movimiento, haciéndolo girar. Las turbinas hidráulicas las podemos clasificar en dos grupos: Turbinas de acción. Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente en energía cinética. Tienen como característica principal que el agua tiene la máxima presión en la entrada y la salida del rodillo. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton. Turbinas de reacción. Son las turbinas en que solamente una parte de la energía de presión del agua se transforma en energía cinética. En este tipo de turbinas, el agua tiene una presión más pequeña en la salida que en la entrada. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Kaplan. Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. A continuación se enumeran sus características técnicas y sus aplicaciones más destacadas: Turbina Pelton. También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para lossaltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposición horizontal del eje. Turbina Francis. Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100 % del caudal máximo. Pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical pero, en general, la disposición más habitual es la de eje vertical.

7 Turbina Kaplan. Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada. En el siguiente juego interactivo puedes comprender mejor la relación entre el caudal y la altura en las centrales hidroeléctricas. 3. Tipos de centrales hidroeléctricas Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas, ya que las características del terreno donde se sitúa la central condicionan en gran parte su diseño. Se podría hacer una clasificación en tres modelos básicos: Centrales de agua fluyente. En este caso no existe embalse, el terreno no tiene mucho desnivel y es necesario que el caudal del río sea lo suficientemente constante como para asegurar una potencia determinada durante todo el año. Durante la temporada de precipitaciones abundantes, desarrollan su máxima potencia y dejan pasar agua excedente. En cambio, durante la época seca, la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en verano. Centrales de embalses. Mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales donde se almacena un volumen considerable de agua por encima de las turbinas. El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Con el embalse puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque completamente durante algunos meses, cosa que sería imposible con una central de agua fluyente. Estas centrales exigen, generalmente, una inversión de capital más grande que la de agua fluyente. Dentro de estos tipos existen dos variantes de centrales:

8 Centrales a pie de presa: en un tramo de río con un desnivel apreciable se construye una presa de una altura determinada. La sala de turbinas está situada después de la presa. Centrales por derivación de las aguas: las aguas del río son desviadas mediante una pequeña presa y son conducidas mediante un canal con una pérdida de desnivel tan pequeña como sea posible, hasta un pequeño depósito llamado cámara de carga o de presión. De esta sala arranca una tubería forzada que va a parar a la sala de turbinas. Posteriormente, el agua es devuelta río abajo, mediante un canal de descarga. Se consiguen desniveles más grandes que en las centrales a pie de presa. Centrales de bombeo o reversibles. Son un tipo especial de centrales que hacen posible un uso más racional de los recursos hidráulicos. Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energía eléctrica es máxima, estas centrales trabajan como una central hidroeléctrica convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y después queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día de menor demanda, el agua es bombeada al embalse superior para que vuelva a hacer el ciclo productivo. 4. Funcionamiento de una central hidroeléctrica La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad. Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central. El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión. El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe. 5. Ventajas e inconvenientes de las centrales hidroeléctricas Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son: No necesitan combustibles y son limpias. Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío, como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas. Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos.

9 Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido. En contra de estas ventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes: El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales eléctricas. La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estación. Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados. En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados. 6. Impacto ambiental de las centrales hidroeléctricas Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética limpia. Aun así, existen determinados efectos ambientales debido a la construcción de centrales hidroeléctricas y su infraestructura. La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles: Sumerge tierras, alterando el territorio. Modifica el ciclo de vida de la fauna. Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas). Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la composición del agua embalsada y el microclima. Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalúan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.

10 El docente puede usar el siguiente enlace para mostrar cómo funciona una central hidroeléctrica. Extraido de Ficha de Central termoeléctrica 1. Qué es una central térmica convencional? En las centrales térmicas convencionales (o termoeléctricas convencionales) se produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fueloil o gas natural, mediante un ciclo termodinámico de agua-vapor. El término convencionales sirve para diferenciarlas de otras centrales térmicas, como las nucleares o las de ciclo combinado. 2. Componentes principales de una central térmica convencional Caldera. En este espacio el agua se transforma en vapor, cambiando su estado. Esta acción se produce gracias a la combustión del gas natural (o cualquier otro combustible fósil que pueda utilizar la central), con la que se generan gases a muy alta temperatura que al entrar en contacto con el agua líquida la convierten en vapor. El agua que se transforma en vapor circula por unas cañerías llamadas serpentines, donde se produce el intercambio de calor entre los gases de la combustión y el agua. Turbina de vapor. Máquina que recoge el vapor de agua y que, gracias a un complejo sistema de presiones y temperaturas, consigue que se mueva el eje que la atraviesa. Esta turbina normalmente tiene varios cuerpos, de alta, media y baja presión, para aprovechar al máximo el vapor de agua. El eje que atraviesa los diferentes cuerpos está conectado con el generador. Generador. Máquina que recoge la energía mecánica generada en el eje que atraviesa la turbina y la transforma en eléctrica mediante inducción electromagnética. Las centrales eléctricas transforman la energía mecánica del eje en una corriente eléctrica trifásica y alterna. 3. Funcionamiento de una central térmica convencional El funcionamiento de las centrales termoeléctricas convencionales es el mismo independientemente del combustible que se utilice. Sin embargo, sí hay diferencias en el tratamiento previo que se hace al combustible y del diseño de los quemadores de las calderas de las centrales.

11 Centrales de carbón. Donde el combustible debe ser triturado previamente. Centrales de fueloil. Donde el combustible se calienta para una utilización más fácil. Centrales de gas natural. Que no precisa almacenaje, llegando así directamente por gaseoductos. Centrales mixtas. Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo necesarios los tratamientos previos anteriormente citados. Una vez el combustible está en la caldera, se quema. Esto provoca que se produzca energía calorífica que se utilizará para calentar agua y así transformarla en vapor a una presión muy elevada. A partir de este vapor se hace girar una turbina y un alternador para que este produzca electricidad. La electricidad generada pasa por un transformador para aumentar su tensión y así transportarla reduciendo las pérdidas por Efecto Joule. El vapor que sale de la turbina se envía a un elemento llamado condensador para convertirlo en agua y así retornarlo a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor. 4. Impactos medioambientales de las centrales térmicas convencionales La incidencia de este tipo de centrales sobre el medio ambiente se produce de dos maneras básicas: Emisión de residuos a la atmósfera Este tipo de residuos provienen de la combustión de los combustibles fósiles que utilizan las centrales térmicas convencionales para funcionar y producir electricidad. Esta combustión genera partículas que van a parar a la atmósfera, pudiendo perjudicar el entorno del planeta. Por eso, las centrales térmicas convencionales disponen de chimeneas de gran altura que dispersan estas partículas y reducen, localmente, su influencia negativa en el aire. Además, las centrales termoeléctricas disponen de filtros de partículas que retienen una gran parte de estas, evitando que salgan al exterior. Transferencia térmica Algunas centrales térmicas (las denominadas de ciclo abierto) pueden provocar el calentamiento de las aguas del río o del mar. El docente puede usar el recurso interactivo para recrear la forma de producir electricidad entrando al siguiente enlace: Extraido de :

12 ANEXO 3 Ficha de Metacognición Qué aprendí? Cómo lo aprendí? Cómo me sentí cuando aprendí? Por qué es importante lo que aprendí? Qué más necesito aprender para mejorar?