También descubriremos cómo llega la energía eléctrica hasta nuestros hogares y qué podemos hacer para utilizarla de modo eficiente.

Transcripción

1 La naturaleza nos ofrece una gran cantidad de fuentes de energía que es necesario conocer para utilizar del modo más racional posible. A partir de ellas, es posible obtener distintas formas de energía que pueden luego ser transformadas. De esto se ocupan las centrales eléctricas, tanto las convencionales como las alternativas. Las analizaremos con detalle y valoraremos sus ventajas e inconvenientes. También descubriremos cómo llega la energía eléctrica hasta nuestros hogares y qué podemos hacer para utilizarla de modo eficiente. Llamamos energía a la capacidad de producir trabajo. Toda actividad que realizamos en la vida cotidiana precisa de energía y es imprescindible para que exista la vida. La energía se manifiesta de muchísimas formas: calor, luz, movimiento ; pero posiblemente sea la electricidad la manifestación de la energía que más se aprovecha en países industrializados debido a: Su facilidad de obtención. Su sencillez en el transporte. La gran variedad de transformaciones a que puede ser sometida. Para producir energía eléctrica lo único que necesitamos es un dispositivo que cree y mantenga una diferencia de potencial entre dos puntos para que se pueda producir un flujo de electrones, es decir, la corriente eléctrica. TRANSFORMACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA FUENTE DE ENERGÍA ENERGÍA PRIMARIA DENOMINACIÓN TRANSFORMACIÓN Sol Radiante E. fotovoltaica E. eléctrica E. heliotérmica E. eléctrica y térmica Agua de los ríos Mecánica E. hidráulica E. eléctrica y mecánica Viento Mecánica E. eólica E. eléctrica y mecánica Agua del mar Mecánica E. maremotriz E. eléctrica y mecánica Agua del mar Térmica E. hidrotérmica E. eléctrica Calor interno de la Tierra Térmica E. geotérmica E. eléctrica y térmica Combustibles fósiles Química E. química E. eléctrica, térmica y mecánica Materia orgánica Química E. de la biomasa E. eléctrica y térmica Desintegración atómica Nuclear E. atómica E. eléctrica Página 1 10

2 Dada la importancia de la energía eléctrica en la sociedad actual, las distintas fuentes de energía se han clasificado en tres grupos: Energías no renovables o convencionales. Energías renovables o alternativas. Energías potencialmente renovables. Se les suele llamar convencionales, puesto que son las que se han utilizado desde la antigüedad. Dentro de este grupo encontramos a los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural) y a los minerales radiactivos (uranio y plutonio habitualmente). Se han clasificado como no renovables por dos causas concretas: a) Se agotarán en un periodo de tiempo no muy largo y, además b) Son bastante contaminantes del medio ambiente. Son aquellas en las que se convierte la energía química de un combustible (carbón, petróleo o gas) en energía eléctrica. Página 2 10

3 El ciclo de funcionamiento de este tipo de centrales es el siguiente: El calor generado por la combustión se emplea para calentar el agua contenida en una caldera. El agua hierve y produce vapor que, a alta presión, es conducido hasta las turbinas. La energía del vapor mueve una turbina de vapor que, a su vez, acciona el rotor del alternador eléctrico. Tras accionar la turbina, el vapor de agua se enfría en un condensador y en las torres de refrigeración, y regresa a la caldera para repetir el ciclo. Las centrales térmicas son las más potentes y permiten obtener energía eléctrica de forma continua en cualquier lugar, independientemente de sus condiciones climáticas. El principal inconveniente de las centrales térmicas es la contaminación atmosférica y terrestre que produce la emisión de residuos sólidos y gaseosos procedentes de la combustión. Son aquellas en las que se convierte la energía de fisión de materiales radiactivos (uranio y plutonio) en energía eléctrica. El ciclo de funcionamiento de las centrales nucleares es muy similar al de las térmicas: El reactor nuclear, donde se produce la fisión, libera grandes cantidades de energía y ha de ser refrigerado, de modo que el agua del circuito de refrigeración, que circula a presión, se calienta a altísimas temperaturas. El agua caliente a presión es transportada hasta un intercambiador, donde transfiere la energía térmica a otro circuito y regresa al reactor para ser calentada de nuevo. Página 3 10

4 El vapor generado en el segundo circuito mueve una turbina que, a su vez, acciona el rotor del alternador eléctrico. Después de enfriarse en el condensador y en las torres de refrigeración, regresa al intercambiador para repetir el ciclo. El interés de estas centrales reside en la gran cantidad de energía que se produce a partir de masas relativamente pequeñas de material fisionable. De hecho, producen aproximadamente un tercio de toda la energía eléctrica que se consume en nuestro país. Por el contra, las centrales nucleares, que prometían ser una alternativa, han resultado ser problemáticas, en gran parte debido a la necesidad de establecer complejos sistemas de seguridad para evitar catástrofes de graves consecuencias, como la de Chernobil (Ucrania) en Además, plantean un problema de difícil solución: la eliminación de los residuos radiactivos. En España, en la actualidad, siguen operativas seis centrales nucleares: la de Ascó (Tarragona), con dos reactores gemelos, la de Almaraz (Cáceres) con la misma estructura, la de Trillo (Guadalajara), la de Cofrentes (Valencia), la de Vandellós II (Tarragona), la de Santa María de Garoña (Burgos), todas estas con un solo reactor y la última a punto de finalizar su vida útil, que se estima en alrededor de unos 40 años aproximadamente para los reactores nucleares. Son aquellas en las que se convierte la energía potencial (E p = mgh) del agua en movimiento en energía eléctrica. Las centrales hidroeléctricas se construyen en presas. Página 4 10

5 El funcionamiento es el siguiente: El agua embalsada en las presas se bombea para que coja una determinada altura y se deja caer, descendiendo por una tubería hasta el nivel inferior de la presa, en el cauce de los ríos, el agua desciende por acción de la gravedad. Se transforma en energía eléctrica al golpear el grupo turbina-alternador. No se considera una energía limpia por los enormes impactos sociales y medioambientales: deforestación, pérdida de biodiversidad y grandes desplazamientos poblacionales. Su expansión es limitada porque la mayoría de los ríos importantes ya cuentan con una o varias centrales. Ventajas de este tipo de energía: los embalses tienen otras utilidades como el regadío y el suministro de agua a poblaciones cercanas. Los costes de explotación y mantenimiento son bajos. Inconvenientes de este tipo de energía: no es continua; produce impacto acústico, visual o paisajístico, edáfico, biológico. Se les suele llamar alternativas, puesto que son energías relativamente nuevas surgen como alternativa a las convencionales. Entre ellas vamos a estudiar las siguientes: minicentral hidroeléctrica, eólica, solar, maremotriz, olamotriz, geotérmica. Se han clasificado como renovables por dos causas concretas: a) Son infinitas. b) No son contaminantes del medio ambiente. Son aquellas en las que se convierte la energía potencial (E p = mgh) del agua en movimiento en energía eléctrica. Las minicentrales hidroeléctricas se construyen en saltos de agua de los cauces de los ríos y deben mantener un caudal mínimo en el río. No existe embalse y dejan pasar el agua excedente. Se consideran energías renovables por ofrecer posibilidades de crecimiento, debido a la diversidad de caudales que aún son susceptibles de ser aprovechados con las nuevas tecnologías. Página 5 10

6 Ventajas de este tipo de energía: no se agota y no contamina. El funcionamiento es el siguiente: Por medio de canalizaciones se hace una derivación del caudal del río (respetando el caudal ecológico), de forma que se consiga un desnivel respecto al nivel del río. El salto del agua mueve una turbina, que a su vez mueve el generador. Inconvenientes de este tipo de energía: produce impacto visual; el caudal de algunos ríos en verano es escaso o nulo. Son aquellas en las que se convierte la energía cinética (E c = 1 2 mv2 ) del viento en energía eléctrica. Los dispositivos empleados en este tipo de centrales reciben el nombre de aerogeneradores. Los aerogeneradores se suelen instalar en llanuras elevadas en las que no haya obstáculos para que el viento circule a bastante velocidad. La velocidad mínima a la que debe circular el viento para aprovechar su energía, suele ser 3 m/s. Página 6 10

7 El funcionamiento es el siguiente: Cuando los sensores del aerogenerador detectan viento, el sistema lo orienta en la dirección del viento. Si el viento supera los 3 m/s hace girar las aspas del aerogenerador que están conectadas a la turbina y ésta al alternador, produciendo de este modo energía eléctrica. Si el viento es demasiado fuerte (>25 m/s) se produce una parada del aerogenerador. Ventajas de estén tipo de energía: no se agota y no contamina. Inconvenientes de este tipo de energía: no es continua; produce impacto acústico, visual o paisajístico, edáfico, biológico. Son aquellas en las que se aprovecha directamente la energía solar (térmica) del sol para transformarla en energía eléctrica. El aprovechamiento de la energía se lleva a cabo habitualmente a partir de las llamadas placas solares, en las que se almacena energía. Es la única central eléctrica que no necesita una turbina para generar electricidad. En España la orientación adecuada para aprovechar en todo momento la mayor cantidad de energía proveniente del sol es en dirección sur con una inclinación de unos 20º. Página 7 10

8 El funcionamiento es el siguiente: A recibir la radiación, los paneles solares generan una corriente eléctrica continua. Esta corriente pasa a un inversor dónde se transforma en corriente eléctrica alterna. En el centro de transformación se eleva la tensión y se inyecta a la red de distribución. En algunos casos se utilizan para obtener energía a gran escala las centrales heliotérmicas o parques solares. Ventajas de este tipo de energía: no se agota y no contamina ni su obtención ni su aprovechamiento. Inconvenientes de este tipo de energía: no es continua; contamina la fabricación o una posible rotura de las placas; produce impacto visual o paisajístico, edáfico, biológico. Se aprovecha la diferencia del nivel del mar (E p = mgh) entre la marea alta y la marea baja para generar energía eléctrica. El mecanismo se basa en construir en el estuario de un río o en alguna bahía, un dique provisto de esclusas (túneles u orificios) en las que se instalan los grupos turbinaalternador, que hacen que se produzca la energía de la siguiente forma: Durante la marea alta se permite la entrada de agua del mar a través de las esclusas al interior de la desembocadura del río. El agua mueve las turbinas y los alternadores y se genera energía eléctrica. Cuando baja la marea, el agua vuelve a salir y acciona de nuevo las turbinas y los alternadores, con lo que se obtiene otra vez energía eléctrica. Ventajas de este tipo de energía: no se agota y no contamina. Inconvenientes de este tipo de energía: no es continua; produce impacto visual o paisajístico, edáfico, biológico, acústico. Página 8 10

9 En la actualidad sólo hay una central maremotriz operativa en el mundo y es la del estuario del río Rance, en Francia, debido al bajo rendimiento de estas. Se aprovecha el movimiento de las olas (E c = 1 2 mv2 ) del mar para generar energía eléctrica. Este tipo de centrales todavía están en fase experimental y se están desarrollando proyectos de investigación en Noruega. Mismas ventajas e inconvenientes que las centrales maremotrices. Se aprovecha el calor interno de la Tierra (energía térmica) para generar electricidad. En la corteza terrestre la temperatura aumenta hasta 30ºC por cada kilómetro de profundidad en la parte superior. Este tipo de centrales sólo es factible en los llamados puntos calientes (zonas con actividad volcánica o de origen volcánico), en los que la temperatura de la Tierra es anómalamente alta. Por ejemplo, en Lanzarote a sólo 3 metros de profundidad la temperatura es de alrededor de 400ºC. La energía eléctrica se obtiene del modo siguiente: Se inyecta agua a presión por unas canalizaciones situadas en estos puntos calientes, que inmediatamente se transforma en vapor de agua. Este vapor de agua sobrecalentado es el que se encarga de accionar el grupo turbina-alternador para producir energía eléctrica. Ventajas de este tipo de energía: no se agota y no contamina. Inconvenientes de este tipo de energía: no es continua; produce impacto visual o paisajístico, edáfico, biológico, acústico. Página 9 10

10 Este tipo de fuentes de energía no se pueden clasificar dentro de ninguno de los grupos anteriores, puesto que no cumplen las condiciones, puesto que pueden ser infinitas siempre que el ritmo de extracción no supere el de regeneración y son algo contaminantes, aunque no tanto como las no renovables. Se basan en el aprovechamiento de la energía calorífica de la materia orgánica para transformarla en energía eléctrica. La biomasa más antigua que se conoce es la quema de madera, pero en la actualidad se puede utilizar como biomasa, la basura, los restos de rastrojos, de podas, se elaboran distintos aceites y biocombustibles a partir de sustancias diversas como el hueso de las aceitunas, frutas de deshecho, aceites usados, etc. Ventajas de este tipo de energía son: su bajo coste de producción; los residuos son mínimos y el agua caliente que se utiliza se puede aprovechar por las casas cercanas. Inconvenientes de este tipo de energía: no se pueden transportar a otros lugares, no es continua y la construcción de estas centrales provoca alteraciones en el medio ambiente. Página 10 10