La energía eléctrica TECNOLOGÍA

Transcripción

1 La energía eléctrica TECNOLOGÍA

2 La obtención de la energía eléctrica Las diversas formas de energía primaria se transforman en energía eléctrica en unas instalaciones llamadas centrales eléctricas. Energía primaria CENTRAL ELÉCTRICA Energía eléctrica Química (combustibles) Cinética (Viento, olas,...) Potencial (Agua embalsada) Nuclear (Uranio, plutonio,...) Radiante (Sol)

3 Las centrales eléctricas En todas las centrales eléctricas (salvo las fotovoltaicas) tiene lugar el siguiente proceso: La energía primaria se transforma en energía cinética (movimiento) de un fluido (agua, vapor o gas). El movimiento del fluido se transforma en el giro de un eje en una máquina denominada TURBINA. El giro de un eje se transforma en energía eléctrica en una máquina denominada ALTERNADOR.

4 Las centrales eléctricas Energía primaria Transformación CENTRAL ELÉCTRICA Energía cinética de un fluido Turbina Giro de un eje Alternador Energía eléctrica

5 La turbina En la turbina, el choque del fluido contra unos álabes o unas paletas provoca el giro de su eje. Dependiendo del tipo de fluido, hay diversos tipos de turbinas: Turbinas hidráulicas: el fluido es AGUA Turbinas de vapor: el fluido es VAPOR DE AGUA Turbinas de gas: el fluido es un GAS (aire, CO 2,... )

6 Las turbinas hidráulicas El agua incide a presión o a gran velocidad sobre las paletas de la turbina hidráulica, haciendo girar su eje. Turbina Kaplan Las turbinas hidráulicas más utilizadas en las centrales son las turbinas Kaplan y las turbinas Pelton. Turbina Pelton

7 Las turbinas hidráulicas Las turbinas se ubican en las centrales a la salida del conducto de agua procedente de la presa o pantano.

8 Las turbinas hidráulicas Kaplan Rodetes de turbinas Kaplan

9 Las turbinas hidráulicas Pelton Rueda de cucharas de una turbina Pelton

10 El vapor a presión generado en una caldera empuja las paletas de una rueda y hace girar el eje al que va unida. El vapor muerto (ya usado y sin presión) se condensa y se devuelve de nuevo a la caldera. Las turbinas de vapor

11 Las turbinas de vapor El vapor a presión es guiado a través de unas boquillas para que haga más fuerza sobre los álabes o las paletas. Vapor a presión Eje de giro Boquillas de guiado Álabes Vapor muerto Rueda móvil de una turbina de vapor

12 Las turbinas de vapor Para aprovechar mejor la energía del vapor, algunas turbinas disponen de varias ruedas móviles y varias ruedas fijas. Turbina de vapor de varias ruedas La función de las ruedas fijas es guiar el vapor para que incida con más fuerza sobre la siguiente rueda móvil. Ruedas fijas Ruedas móviles

13 Las turbinas de gas El gas puede ser aire, dióxido de carbono (CO 2 ), helio o los gases producidos en un proceso de combustión. Turbina de gas con compresor

14 Las turbinas de gas Eje de ruedas móviles de una turbina de gas

15 Las turbinas de gas Eje de ruedas móviles de una turbina de gas

16 El alternador El alternador es una máquina capaz de convertir el giro de su eje en energía eléctrica. Su funcionamiento se basa en el principio de inducción electromagnética. Si se desplaza un conductor en presencia de un campo magnético se induce en él una fuerza electromotriz o tensión. O bien... Si se somete un conductor fijo a un campo magnético variable también se induce en él una tensión.

17 La inducción electromagnética Experimento de Faraday: Cuando se mueve un conductor dentro del campo magnético de un imán, aparece en él una fuerza electromotriz que da lugar a una corriente eléctrica inducida.

18 El alternador El principio de inducción electromagnética. En los alternadores, los conductores son espiras colocadas formando una bobina que tiene un movimiento de giro.

19 Hay alternadores de bobinas móviles e imanes fijos y alternadores de bobinas fijas e imanes móviles. Alternadores de bicicleta El alternador Bobina móvil Eje Bobina fija Imán móvil Imán fijo

20 El alternador Cuando se necesita producir mucha corriente eléctrica, como en las centrales, se requieren imanes de gran potencia, por lo que se recurre a los electroimanes. bobina barra de hierro Cuando una barra de hierro tiene arrollada una bobina por la que circula una corriente eléctrica, se convierte en un imán. Se le llama electroimán. Electroimán

21 El alternador Los alternadores están formados por una parte fija, denominada estator, y una parte móvil que gira en su interior denominada rotor. Constitución de un alternador

22 El alternador Los alternadores de las centrales eléctricas tienen los electroimanes en el rotor y las bobinas en el estátor. Bobinas Rotor Estátor Electroimanes El giro de los electroimanes del rotor produce un campo magnético variable que induce una fuerza electromotriz o tensión en las bobinas del estátor.

23 Los turboalternadores A veces la turbina y el alternador están agrupados en una misma máquina que se denomina turboalternador Turbina Alternador Turboalternador

24 Tipos de centrales eléctricas Las centrales eléctricas se diferencian por el tipo de energía primaria que utilizan: Centrales hidroeléctricas...agua embalsada Centrales térmicas no nucleares...combustibles Centrales térmicas nucleares...uranio, plutonio,... Centrales eólicas...viento Centrales térmicas solares...sol Centrales solares fotovoltaicas... Sol Centrales geotérmicas... Calor de la Tierra Centrales mareomotrices... Mareas Centrales de biomasa... Materia orgánica

25 Las centrales hidroeléctricas o hidráulicas El agua procedente de una presa incide a presión o a gran velocidad sobre las paletas de las turbinas hidráulicas, que a su vez hacen girar los rotores de los alternadores.

26 Las centrales hidráulicas de gravedad En las centrales de gravedad, el agua que pasa por las turbinas sigue por el cauce del río. Se usa una sola vez.

27 Las centrales hidráulicas de bombeo En las centrales de bombeo, el agua se recoge en un embalse inferior y es bombeada por la noche hacia el embalse superior.

28 Las centrales hidroeléctricas Alternadores en el interior de una central hidroeléctrica

29 Las centrales hidroeléctricas Alternadores de una central hidráulica

30 Las centrales hidroeléctricas

31 Las centrales hidroeléctricas

32 Las centrales hidroeléctricas

33 Las centrales hidroeléctricas La fuerza del agua a la salida de la turbina

34 Las centrales térmicas no nucleares Utilizan combustibles fósiles: petróleo, gas natural o carbón.

35 VAPOR Las centrales térmicas no nucleares Se caracterizan por sus altas y delgadas chimeneas por las que se expulsan a la atmósfera los contaminantes gases de la combustión. GASES

36 Las centrales térmicas no nucleares GASES VAPOR

37 Las centrales térmicas no nucleares Lo que sale por la torre de refrigeración es sólo vapor de agua, el cual no es contaminante. GASES VAPOR

38 Cada neutrón puede romper átomos vecinos y desprender nuevos neutrones y así sucesivas veces dando lugar a una reacción en cadena. La energía nuclear Cuando un neutrón choca contra un átomo de uranio, éste se divide en dos átomos más pequeños y se desprenden varios neutrones. Neutrones Cuando se rompen los átomos de uranio se libera una gran cantidad de energía, que se llama energía nuclear. Átomos de uranio

39 Las centrales térmicas nucleares Utilizan combustible nuclear: uranio y plutonio. En el reactor nuclear se produce la fisión de los átomos. La energía obtenida es muy barata, pero en caso de accidente hay mucho peligro.

40 Las centrales térmicas nucleares Vista aérea de la central nuclear Vandellós II (Tarragona) MW

41 Las centrales térmicas nucleares Detalle del reactor de Vandellós II

42 Las centrales térmicas nucleares Central nuclear José Cabrera (Guadalajara) Situada junto al río Tajo, fue la primera central nuclear que se construyó en España en Era de muy poca potencia (160 MW). Se cerró en 2006.

43 Las centrales térmicas nucleares Torres de refrigeración en una central nuclear. Lo que sale de ellas es sólo vapor de agua. VAPOR

44 Los residuos nucleares son un grave problema pues siguen siendo muy contaminantes incluso durante miles de años. Los residuos nucleares Los residuos se recubren de hormigón y se introducen en contenedores o bidones que se depositan en cementerios nucleares o se vierten al mar.

45 En España tenemos un cementerio nuclear para residuos de media y baja actividad (contaminantes como máximo unos 300 años) en El Cabril (Córdoba). Los residuos nucleares

46 El riesgo nuclear En 1986 se produjo en Chernobil (Ucrania) el mayor accidente nuclear de la historia. Una explosión en uno de los reactores liberó 200 toneladas de material radiactivo a la atmósfera. El equivalente a 500 bombas como la de Hiroshima.

47 El riesgo nuclear Los efectos de la radiación son espeluznantes: cáncer, leucemia, malformaciones congénitas, enfermedades degenerativas,...

48 El riesgo nuclear Los efectos son prolongados: Entre 1986 y 2000 se produjo un incremento masivo de la incidencia del cáncer de tiroides en la zona afectada por el accidente de Chernobil, sobre todo en los niños. Grupo de edad ó + TOTAL Incidencia del cáncer de tiroides

49 La energía del viento La energía cinética del viento se ha utilizado desde muy antiguo a través de los molinos de viento. Pero no para producir electricidad.

50 Los aerogeneradores Hoy día se utilizan unos aparatos llamados aerogeneradores.

51 Los aerogeneradores La velocidad de giro de las aspas es demasiado baja para producir electricidad en el generador, por lo que es necesario un mecanismo de transmisión multiplicador.

52 Los aerogeneradores Los aerogeneradores pueden ser de diversos tipos y tamaños.

53 Las centrales eólicas Los aerogeneradores se concentran en parques eólicos. Parque eólico

54 Parques eólicos Las centrales eólicas

55 Las centrales eólicas

56 La energía que nos llega del Sol es inmensa, pero es demasiado dispersa. Su aprovechamiento requiere grandes superficies de captación y sistemas de concentración. La energía del sol En las centrales térmicas solares se aprovecha la energía solar concentrándola en una zona pequeña para calentar un fluido térmico a alta temperatura. La concentración de los rayos solares puede realizarse mediante helióstatos o mediante colectores solares.

57 Los helióstatos Los helióstatos son espejos que reflejan los rayos solares con objeto de concentrarlos en un punto. Los helióstatos modernos se van orientando automáticamente conforme el sol cambia de posición en el cielo a lo largo del día.

58 Las centrales térmicas solares Los helióstatos concentran los rayos solares en una caldera, situada sobre una torre, en la cual un fluido térmico (aceite, sodio, etc) alcanza una alta temperatura. CALDERA HELIÓSTATOS

59 Las centrales térmicas solares En el generador de vapor, el fluido térmico le comunica el calor al agua y se genera vapor a presión el cual se lleva a la turbina que mueve el alternador eléctrico.

60 Las centrales térmicas solares En las centrales térmicas solares de torre es necesaria una gran superficie de captación para conseguir las altas temperaturas necesarias en la caldera.

61 Los colectores solares Los colectores solares, debido a su forma parabólica, son capaces de concentrar los rayos solares en el tubo con fluido térmico que pasa por su foco. Colector solar parabólico Tubería con fluido térmico

62 Los colectores solares Los colectores solares también se orientan automáticamente en dirección al sol a lo largo del día. Como los girasoles.

63 Las centrales térmicas solares Los colectores solares se agrupan formando centrales térmicas solares.

64 Los paneles fotovoltaicos Las células fotovoltaicas transforman directamente la luz solar en electricidad de baja tensión. Las células se agrupan formando paneles fotovoltaicos.

65 Los paneles fotovoltaicos Los paneles fotovoltaicos más habituales suelen ser fijos. Sin embargo, también los hay que se orientan hacia el sol automáticamente. Panel fijo Panel orientable

66 Los paneles fotovoltaicos La energía eléctrica generada se almacena en baterías o acumuladores. Esto permite disponer de energía cuando no hay sol (de noche o días nublados).

67 Los acumuladores de energía eléctrica La capacidad y tamaño de los acumuladores dependerá de la potencia de la instalación y de la autonomía que queramos conseguir. Cuarto de acumuladores de una instalación de 250 kw

68 Las centrales solares fotovoltaicas Los paneles fotovoltaicos se pueden agrupar en centrales eléctricas solares fotovoltaicas. Sin embargo, actualmente están en fase de desarrollo y todavía tienen problemas de rentabilidad. Por lo que requieren subvenciones.

69 Las instalaciones fotovoltaicas autónomas Actualmente, la energía fotovoltaica tiene mayor interés para abastecer de electricidad a lugares alejados de las líneas de distribución eléctrica como: las casas rurales,...

70 Las instalaciones fotovoltaicas autónomas sistemas de regadío,...

71 Las instalaciones fotovoltaicas autónomas pequeñas embarcaciones,...

72 Las instalaciones fotovoltaicas autónomas etc,...

73 Las centrales solares En Tabernas (Almería) se investigan las últimas tecnologías en el aprovechamiento de la energía solar.

74 Las centrales eólico-solares También se está experimentando con centrales eólico-solares. El aire calentado por el sol sube a través de una chimenea en la que se instala una turbina y un generador.

75 La energía geotérmica El interior del planeta Tierra es una inmensa bola de material fundido a muy altas temperaturas (más de 4000 ºC en el núcleo y hasta 6000 ºC en su centro).

76 La energía geotérmica La temperatura de la tierra sube unos 3 ºC por cada 100m que profundizamos; sin embargo, en algunas zonas las capas calientes del interior están más cerca de la superficie. Volcanes Géiseres

77 La energía geotérmica En estas zonas podemos inyectar agua fría a través de perforaciones hasta las capas de rocas calientes y extraerla en forma de vapor o de agua caliente. Rocas porosas Rocas impermeables

78 Las centrales geotérmicas Si la temperatura es elevada podemos obtener electricidad

79 La calefacción geotérmica Si la temperatura conseguida es baja (por debajo de 80 ºC) no podemos obtener electricidad pero se puede utilizar para calefacción.

80 El potencial geotérmico en Europa En España hay muy pocas posibilidades de obtener energía de origen geotérmico.

81 Las mareas Las mareas se deben a la atracción gravitatoria que ejercen La Luna y, en menor medida, el Sol sobre el agua de mares y océanos.

82 Las centrales mareomotrices Puede aprovecharse algún entrante del mar en la costa para construir un dique con unos turbogeneradores por los que se hace pasar el agua al subir y bajar la marea. MAR DIQUE MAR DIQUE COSTA COSTA DIQUE MAR COSTA

83 Las centrales mareomotrices Cuanto mayor sea la diferencia de altura entre la marea alta y la marea baja, con mayor fuerza pasará el agua por las turbinas y mayor cantidad de energía eléctrica podremos producir. En la bahía de Fundy (Canadá) la diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar llega hasta los 19 m.

84 Las centrales mareomotrices Central mareomotriz en la desembocadura del río La Rance (Francia). Con una diferencia de altura de 8,5 m, esta central tiene una potencia de KW.

85 Distribución de mareas Distribución de la diferencia de altura del nivel de mar entre pleamar y bajamar.

86 La energía de las olas Las olas son producidas por la acción del viento sobre la superficie del agua, provocando un movimiento ascendente y descendente de la misma.

87 Aprovechamiento de la energía de las olas Sistema de columna de agua oscilante Cuando el agua sube, empuja el aire hacia arriba pasando por la turbina. Cuando el agua baja, succiona el aire hacia abajo volviendo a pasar por la turbina.

88 Aprovechamiento de la energía de las olas Sistema de columna de agua oscilante Unas válvulas que se abren y cierran automáticamente en función de la dirección del aire, hacen que éste circule a través de la turbina siempre en la misma dirección, girando ésta siempre en el mismo sentido.

89 Aprovechamiento de la energía de las olas Pato de Salter Unos flotadores terminados en pico suben y bajan empujados por el movimiento de las olas, accionando unas bombas de agua que alimentan a unos turbogeneradores. El sistema es complicado y de muy bajo rendimiento.

90 La biomasa La biomasa es la materia orgánica contenida en los seres vivos (animales y vegetales) o la que procede de sus desechos. De toda la biomasa, la que se utiliza para producir energía es: Residuos procedentes de la agricultura Cultivos energéticos Estiércol del ganado Parte de los residuos sólidos urbanos (basura)

91 Se aprovechan la leña procedente de la tala de árboles, los restos de las podas, los rastrojos de la siega de las cosechas, etc Residuos agrícolas

92 Cultivos energéticos Son cultivos cuya finalidad no es la obtención de alimentos sino su aprovechamiento energético. Se cultivan con este fin el girasol, la remolacha, la caña de azúcar, la uva, etc. Remolacha Uva Girasol Caña de azúcar

93 Estiércol del ganado El estiércol del ganado se aprovecha para producir un gas combustible denominado biogás.

94 Residuos sólidos urbanos e industriales Se utiliza la materia orgánica y los plásticos no reciclables contenidos en la basura y en los residuos industriales. De la materia orgánica se obtiene biogás mientras que los plásticos se queman directamente.

95 Central de biomasa biomasa turbina vapor agua bomba humos Central de biomasa Combustible de apoyo

96 Transporte y distribución de la electricidad Centrales eléctricas Transformador reductor Transformador elevador Red eléctrica de Alta Tensión Red eléctrica de Media Tensión Gran industria Pequeña industria Uso doméstico y comercial Transformador reductor Red eléctrica de Baja Tensión

97 Líneas eléctricas Línea de Alta tensión Línea de Media tensión Línea de Baja tensión

98 Subestación y transformadores Subestación Transformadores