UDI 1 - ENERGÍA ELÉCTRICA

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1 UDI 1 - ENERGÍA ELÉCTRICA 1. IMPORTANCIA DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA Es la energía más importante de nuestro tiempo por las grandes aplicaciones que tiene (máquinas industriales, electrodomésticos, iluminación, informática, telecomunicaciones, etc.). Es una energía de tipo secundario porque se genera al transformar una energía primaria (combustibles fósiles, agua, luz, viento, etc.). 2. DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA La energía eléctrica generada en los alternadores de las centrales eléctricas es de 25 kv de corriente alterna trifásica. La tensión se eleva a 400 kv para poder transportarla con menores pérdidas y cables de sección más pequeña. Cuando la red se acerca a las ciudades y polígonos industriales se reduce hasta los 400 V trifásicos y 230 V monofásicos en las subestaciones y centros de transformación. 3. TIPOS DE CENTRALES ELÉCTRICAS Y PRODUCCIÓN EN ESPAÑA - No renovables (61%): - Renovables (39%): - Térmica (76 %) - Hidroeléctrica - Nuclear (24%) - Solar fotovoltaica - Solar de espejos - Eólica (mayor %) - Geotérmica - Biomasa - Maremotriz - Olas - Corrientes marinas 4. CENTRAL TÉRMICA Una central térmica es aquella en la que el calor producido por la combustión de un combustible fósil, calienta el agua hasta obtener vapor a presión que mueve los álabes de una turbina, cuyo eje está acoplado al alternador, que es el que produce la energía eléctrica.

2 CENTRAL DE COGENERACIÓN Es un tipo de central térmica donde se produce energía eléctrica y calefacción. Partes de una central térmica: Chimenea Torre de enfriamiento Caldera Caldera Condensador Turbina Alternador Transformador LA CALDERA DE VAPOR La caldera de vapor es un generador de calor que se emplea en las centrales térmicas para obtener vapor de agua a presión a partir del agua líquida calentada. El combustible utilizado en la caldera puede ser carbón (en desuso), fuelóleo, gasóleo, gas natural o biomasa (residuos agrícolas, forestales, animales y urbanos). Después de la combustión se producen gases contaminantes que se expulsan a la atmósfera mediante una chimenea. Chimenea Vapor de agua Agua líquida

3 LA TURBINA La turbina es una máquina rotativa cuyo eje está acoplado (unido) al eje del alternador. Tiene unas aspas, llamadas álabes, que son movidas por el agua (en las centrales hidroeléctrica) o por vapor de agua a presión (en las centrales térmicas y nucleares). El movimiento de rotación (energía mecánica) que se consigue en el eje de la turbina, se transmite al alternador para producir energía eléctrica de corriente alterna a una tensión de 25 kilovoltios ( voltios). TURBINA Vapor de agua a presión ALTERNADOR Eje de giro acoplado de la turbina al alternador (energía mecánica) Energía eléctrica a 25 kv de corriente alterna (CA) EL CONDENSADOR Y LA TORRE DE REFRIGERACIÓN El condensador es la parte de una central térmica o nuclear que se encarga de enfriar el vapor de agua que hay a la salida de la turbina para que condense y obtener agua líquida. El agua vuelve a la entrada de la caldera (central térmica) o reactor nuclear (central nuclear), formando un ciclo cerrado de agua al evaporarse y luego condensarse. Para enfriar el vapor, el condensador utiliza agua procedente de un río o de una torre de refrigeración, donde circula en circuito cerrado (ver imagen).

4 EL ALTERNADOR El alternador es una máquina eléctrica rotativa que transforma la energía mecánica de rotación de su eje, acoplado a la turbina, en energía eléctrica de corriente alterna trifásica. La tensión de salida del alternador es de 25 kv ( voltios). La parte que gira del alternador (rotor) está formada por imanes que crean un campo magnético. La parte fija del alternador (estator) está formada por 3 bobinas (una por cada fase L1 - L2 - L3 ) donde aparecen las corrientes inducidas cuando gira el rotor. Estator (bobina) Estator (bobina) Rotor (imán) Estator (bobina) EL TRANSFORMADOR El transformador es una máquina estática (sin movimiento) que sirve para subir o bajar la tensión (voltaje) de una corriente alterna, formado por 2 bobinas de cobre que están arrolladas sobre un núcleo de chapa de acero. Al pasar la corriente eléctrica por una de las bobinas, se crea un campo magnético que fluye a través del núcleo de chapa y llega a la segunda bobina, dando lugar a que en ella aparezcan unas corrientes eléctricas inducidas. Aplicaciones: - Subestaciones de las centrales eléctricas (25 kv del alternador a 400 kv). - Centros de transformación (para bajar, en escalones, a 230 V). - Fuentes de alimentación o cargadores (para bajar a 12 o 5 V). Núcleo de chapa de acero 25 kv 400 kv Bobinas de cobre

5 5. CENTRAL NUCLEAR Las centrales nucleares aprovechan la enorme cantidad de energía que se produce en las reacciones nucleares en cadena. Hay 2 tipos de reacciones nucleares: - De fisión: en ellas los neutrones bombardean a los núcleos de los átomos de uranio, que al dividirse generan mucha energía. Esta reacción es la que se emplea en las centrales nucleares. - De fusión: se unen dos núcleos de átomos de hidrógeno y se produce mucha energía. Esta reacción es la que tiene lugar en las estrellas. Una central nuclear es similar a una central térmica con la diferencia de que la generación del vapor se produce en un reactor nuclear en lugar de en una caldera. EL REACTOR NUCLEAR El reactor nuclear es la parte de una central nuclear donde tienen lugar las reacciones nucleares de fisión, en cadena, que tienen lugar en unas barras de uranio, al ser bombardeado por neutrones. Las reacciones nucleares desprenden una gran cantidad de energía que se emplea para calentar un fluido. Este fluido se encarga de calentar el agua para convertirla en vapor que moverá una turbina.

6 El reactor dispone de unas barras de control que absorben neutrones y reducen las reacciones nucleares. Vapor Barras de control Agua Barras de uranio Fluido DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD EN LAS CENTRALES NUCLEARES Para evitar las fugas radiactivas se emplean los siguientes dispositivos: - El edificio del reactor nuclear es de hormigón con un espesor de pared de 1 metro. - El núcleo del reactor está dentro de una vasija de acero de 12,5 cm de espesor. - El uranio, en forma de pastillas, se introduce en tubos muy resistentes de circonio. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS CENTRALES NUCLEARES Ventajas: - Producen mucha energía, lo que permite utilizar menos combustibles fósiles en las centrales térmicas, que son muy contaminantes para el aire. - Escasa contaminación en el sitio donde se encuentra la central nuclear. Desventajas: - Riesgo de fugas radiactivas que son muy perjudiciales para la salud (producen cáncer). - Problema del almacenaje de los residuos de uranio, que mantienen la radiactividad durante miles de años. - Algunos países utilizan el uranio de las centrales para fabricar bombas nucleares.

7 6. CENTRAL HIDROELÉCTRICA Aprovechan la energía cinética del agua para mover una turbina acoplada a un alternador. TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS - Central de pasada (de agua fluyente): el río se desvía y el agua llega a una cámara de carga de donde parte la tubería forzada hasta la turbina. El agua que sale de la turbina se devuelve al río. - Central de reserva: una presa permite almacenar el agua en un embalse. Mediante unas compuertas, se regula la llegada del agua a las turbinas, que se sitúan en el pie de la presa. - Central de bombeo: disponen de 2 embalses, uno superior con el agua del río, y otro inferior, a la salida de las turbinas. Cuando hay demanda de energía eléctrica, funciona como una central normal, pero el agua que sale de las turbinas se almacena en el embalse inferior. Cuando hay menos demanda de energía, las turbinas funcionan como bombas al girar en sentido contrario y se trasvasa el agua desde el embalse inferior al superior.

8 7. CENTRAL SOLAR FOTOVOLTAICA El panel solar fotovoltaico está formado por varias células que convierten la luz en corriente eléctrica. Cada célula produce entre 0,4 y 0,5 voltios y están fabricadas de material semiconductor (silicio). 8. CENTRAL SOLAR FOTOVOLTAICA CONCENTRADA (CPV) Este sistema utiliza varios espejos cóncavos de 20 cm que reflejan los rayos de sol y los concentran en un pequeño panel fotovoltaico de 1 cm de lado, situado en el centro.

9 De esta forma se necesita menos superficie de panel al ser mayor la radiación solar que recibe. Los espejos se montan en unos paneles que se mueven siguiendo la trayectoria del sol. 9. CENTRAL SOLAR TORRE-HELIOSTATOS Estas centrales disponen de un campo de espejos planos (heliostatos) que reflejan la luz del sol y la concentran en la parte superior de una torre donde está el horno solar, en el que hay un fluido que alcanza altas temperatura y se utiliza para calentar el agua, convirtiéndose en vapor para mover una turbina acoplada a un alternador que produce energía eléctrica. 10. CENTRAL SOLAR DE ESPEJOS PARABÓLICOS (CSP) Disponen de espejos parabólicos que concentran los rayos solares para calentar un fluido que circula por una tubería y alcanza los 400º C.

10 El fluido pasa al generador de vapor, donde se produce el vapor de agua que mueve los alabes de la turbina acoplada a un alternador que produce energía eléctrica. Los espejos parabólicos se mueven siguiendo la trayectoria del sol. Durante la noche o en caso de lluvia, se colocan hacia abajo. 11. CENTRAL EÓLICA Aprovechan la energía del viento para producir electricidad en los aerogeneradores, normalmente de eje horizontal de 3 palas. Aerogenerador (exterior)

11 Aerogenerador (interior)

12 12. CENTRAL GEOTÉRMICA Puede ser de 2 tipos: CENTRAL DE BAJA TEMPERATURA Sirven para calefacción mediante radiadores por donde circula el agua hasta 90ºC. CENTRAL DE ALTA TEMPERATURA El agua sale de la tierra en forma de vapor que mueve a una turbina acoplada a un alternador que produce energía eléctrica. Torre de enfriamiento Alternador Turbina Condensador 13. CENTRAL DE BIOMASA Es una central térmica cuyo combustible es la biomasa. COMPOSICIÓN DE LA BIOMASA

13 EQUIVALENCIA ENTRE LA ENERGÍA OBTENIDA POR BIOMASA Y OTRAS FUENTES DE ENERGÍA 14. CENTRAL MAREMOTRIZ Aprovechan la gran diferencia de altura que hay entre la bajamar y la pleamar en algunos lugares. Se construye una presa o dique con compuertas para la entrada y salida del agua al embalse. El agua mueve unas turbinas acopladas a alternadores que producen energía eléctrica.

14 15. CENTRAL DE OLAS 16. CENTRAL DE CORRIENTES MARINAS Hay varios sistemas (Langstrom - Seagen - Thawt - Vivace) que permiten aprovechar la energía de las corrientes de agua profundas de los mares. Turbinas de 3 palas de 20 metros

15 17. IMPACTO MEDIOAMBIENTAL Cualquier actividad humana supone un cierto consumo de energía. Junto con la electricidad, consumimos a diario otras energías, procedentes principalmente de combustibles fósiles. El consumo de energía, en sus distintas etapas, tiene una serie de repercusiones, normalmente negativas, para el medio ambiente. EXTRACCIÓN DE RECURSOS NATURALES Supone el agotamiento de muchos yacimientos, con lo que se tienen que buscar otros nuevos. Resulta en ocasiones perjudicial para el entorno. El consumo masivo de leña sigue suponiendo la desaparición de enormes masas forestales.

16 TRANSPORTE DEL COMBUSTIBLE Los oleoductos y gaseoductos pueden sufrir accidentes, dando lugar a vertidos incontrolados e incendios. Los petroleros pueden encallar o sufrir accidentes, dando lugar a vertidos que originan mareas negras, que afectan a la vida de muchas especies animales y vegetales y que contaminan las costas. Los barcos metaneros presentan los mismos riesgos. GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD Las centrales térmicas convencionales emiten grandes cantidades de CO2, gas que puede incrementar el efecto invernadero, además de óxidos de azufre y de nitrógeno que pueden causar lluvia ácida. Por otro lado, el circuito de refrigeración de estas centrales altera las condiciones biológicas del agua empleada, que procede del mar o de un río. Las centrales nucleares dan lugar a residuos nucleares, potencialmente peligrosos y de difícil gestión. Además, existe un riesgo de contaminación en caso de accidente. Las centrales hidroeléctricas alteran el ciclo natural de los ríos, inundan grandes espacios y deterioran el ecosistema de la zona. USO DE LA ENERGÍA FINAL Los combustibles que empleamos en los vehículos y en los sistemas de calefacción emiten una serie de gases y partículas, similares a los que despiden las centrales térmicas convencionales. Cada vez que encendemos un aparato eléctrico estamos consumiendo una energía cuya obtención ha originado diversos problemas medioambientales, tanto en las etapas de extracción y transporte de los recursos como en la de generación de energía. 18. AHORRO ENERGÉTICO