Generación, transporte y distribución de la energía eléctrica.

Transcripción

1 Generación, transporte y distribución de la energía eléctrica. Estas tres fotos representan tres formas diferentes de obtener energía eléctrica: La linterna se ilumina gracias a la energía eléctrica que proporcionan las pilas. La bicicleta dispone de una dinamo que genera energía eléctrica para el alumbrado. La calculadora solar obtiene energía eléctrica del panel fotovoltaico. Generación de la energía. Como acabas de observar, la energía eléctrica se consigue de varias formas: Mediante transformaciones químicas. Por ejemplo, como ocurre en las pilas. Haciendo girar un generador eléctrico. Es el caso de todas las centrales eléctricas, a excepción de las fotovoltaicas. Recogiendo luz solar con un panel fotovoltaico. Es el método empleado en las centrales solares fotovoltaicas. La principal forma de producir energía eléctrica es la que se consigue dando movimiento a una turbina que mueve un generador eléctrico. La mayor parte de las centrales eléctricas están basadas en este dispositivo. La diferencia está en el método empleado para hacer girar la turbina. Transporte y distribución de electricidad.

2 Para usar la electricidad es necesario llevar la corriente eléctrica desde las centrales de producción hasta los lugares en los que se consume; es decir, es necesario transportarla y distribuirla por los cables eléctricos. La cantidad de energía que se transporta en la unidad de tiempo depende de las características de la línea eléctrica; esto es, del cable. Para comprender mejor el proceso de transporte y distribución debemos saber el concepto de potencia eléctrica. La potencia eléctrica (P) es la energía eléctrica consumida por unidad de tiempo. Siendo: P = potencia (expresada en vatios, W). V = tensión (expresada en voltios, V). P = V I I = intensidad (expresada en amperios, A). Para transportar grandes cantidades de energía eléctrica, debemos tener en cuenta que: 1. Cuanta más intensidad transporten, los cables eléctricos deben tener mayor sección. 2. A mayor intensidad, gran parte de la energía eléctrica se pierde al transformarse en calor, porque al circular más intensidad hay más choques entre los electrones y el material del cable conductor. Por tanto, si queremos transportar energía eléctrica, debemos aumentar el voltaje y disminuir la intensidad. Por ejemplo, si queremos obtener una potencia de MW, podemos transportar: V con una intensidad de A V con una intensidad de A. La potencia disipada, por kilómetro de cable, en el primer caso (9.300 A) será 0,76MW, y en el segundo caso (1.700 A), mucho menor: 0,025 MW. El transformador. Para cambiar la tensión e intensidad de la corriente eléctrica se utiliza un transformador. El transformador puede ser elevador (sube la tensión, baja la intensidad) o reductor (baja la tensión, sube la intensidad).

3 V1 I1 = V2 I2 Las altas tensiones son peligrosas para el uso doméstico, ya que existe el riesgo de electrocución. Por esta razón se deben colocar transformadores elevadores de tensión a la salida de los centros de producción y transformadores reductores a la entrada de los centros de consumo. INSTALACIÓN ATMOSFÉRICO ACUÁTICO TERRESTRE Líneas eléctricas de alta tensión. Generación de campos magnéticos y eléctricos de elevada intensidad con consecuencias sobre los seres vivos todavía no contrastadas por la comunidad científica. Se recomienda establecer una distancia de seguridad de 100 m como mínimo a las instalaciones o viviendas. Limpia. Contaminación visual y estética. ACTIVIDADES (para hacerlas en el cuaderno) Qué tipo de generadores utilizará un coche? Dónde almacena la energía eléctrica?. Solución: Los coches disponen de un generador que está conectado mediante una correa y una polea al motor. Cuando el coche está parado, puede necesitar energía eléctrica para arrancar o para encender las luces. Para ello, dispone de una batería que almacena electricidad mientras el motor está en marcha. Dónde se encuentra el transformador reductor de tensión de tu localidad?. Solución: Buscad las líneas de alta tensión aéreas y mirad hacia dónde van. Estas líneas de alta tensión están conectadas con los transformadores reductores de tensión de los centros de consumo. Centrales eléctricas. Fuentes de energía convencionales.

4 Los principales tipos de centrales donde se genera el mayor porcentaje de electricidad son las centrales térmicas de combustión, las centrales térmicas nucleares y las centrales hidroeléctricas. Centrales térmicas de combustión. En estas centrales se obtiene energía eléctrica a partir de un combustible: petróleo, gas o carbón. Observa ahora el esquema de una central térmica. 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 caída de lluvia ácida. ACTIVIDADES (para hacerlas en el cuaderno) Qué combustibles se pueden utilizar en las centrales térmicas?. Podríamos usar leña?

5 Solución: Las centrales térmicas utilizan combustibles fósiles, como son el carbón, el petróleo y el gas natural. Estos combustibles tienen un gran poder calorífico. Las centrales nucleares también son térmicas, pero, en este caso, emplean combustible nuclear: uranio o plutonio. La leña es un combustible que podríamos utilizar en la central térmica, pero su poder calorífico es mucho menor que el de los combustibles fósiles, por lo que, para conseguir un buen rendimiento, sería necesaria mucha cantidad de combustible. Centrales térmicas nucleares. Si bombardeamos núcleos de átomos de uranio con neutrones, algunos se parten, dando lugar a núcleos más pequeños. En este proceso se emite una gran cantidad de energía (energía nuclear) y de neutrones que, a su vez, pueden romper otros núcleos. Cuando ocurre esto, se produce una reacción en cadena. Un núcleo produce la fisión de otros núcleos y estos, a su vez, la de otros, y así hasta agotar el combustible. Observa el esquema de una central nuclear: INSTALACIÓN Central nuclear. ATMOSFÉRICO Poco contaminante, si no se producen accidentes. ACUÁTICO Calentamiento localizado de ríos y lagos por el uso de agua como refrigerante, que provoca la proliferación de algas. TERRESTRE Presenta problemas con el almacenamiento de residuos radiactivos. Contaminación visual e impacto paisajístico. ACTIVIDADES (para hacerlas en el cuaderno)

6 Realiza un diagrama de una central nuclear, indicando las transformaciones energéticas que se realizan. Solución: E. química E. térmica E. mecánica E. eléctrica Uranio --> Reactor --> Turbina --> Alternador --> Transformador --> Red eléctrica. (Se debe refrigerar el Reactor para evitar que se caliente en exceso). Qué función tienen las barras de control? Y el refrigerante? Investiga y localiza en un mapa de España las centrales nucleares que hay en funcionamiento. Solución: Las barras de control sirven para frenar la reacción. El refrigerante sirve para extraer el calor del núcleo. Según el tipo de central, este calor puede pasar a otro circuito, que es el que evapora el agua que pasa por las turbinas, o ser este mismo circuito el que pasa por las turbinas, debiendo estar estas en el edificio de contención. Los refrigerantes también son diferentes según el tipo de central. Centrales hidroeléctricas. En las centrales hidráulicas se aprovecha la energía que posee la masa de agua acumulada a una determinada altura para mover una turbina acoplada a un alternador que generará electricidad. El funcionamiento de una central hidroeléctrica es el siguiente: INSTALACIÓN ATMOSFÉRICO ACUÁTICO TERRESTRE

7 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. ACTIVIDADES (para hacerlas en el cuaderno) Qué función cumple el grupo turbina-generador en una central hidroeléctrica? Solución: La función de ambos es transformar la energía mecánica que tiene una determinada masa de agua debido a la altura, en energía eléctrica. La turbina es un dispositivo con una corona de paletas, dispuestas alrededor de un eje central, que gira debido al paso del agua. La turbina y el alternador están acoplados mediante un eje, de forma que ambos giran solidariamente y, de esta manera, el alternador genera electricidad. Explica con tus propias palabras cómo funciona una central hidroeléctrica. Solución: 1. Se construye un embalse utilizando el agua de un río. 2. El agua cae desde el embalse por un canal efectuado en la presa. 3. El agua llega a la turbina, un elemento con paletas dispuestas alrededor de un eje central que sigue el paso del agua. 4. La turbina está acoplada a un generador eléctrico. El movimiento de la turbina se convierte así en electricidad de bajo voltaje. 5. Después, la corriente eléctrica se convierte en corriente con alto voltaje que será distribuida a través de los tendidos eléctricos. 6. El agua se recoge en un desagüe y se emplea para regar, por ejemplo. Energías alternativas. Aunque la gran mayoría de la energía se produce en las centrales térmicas ya estudiadas, existen otras instalaciones cuyo objetivo es también obtener energía. Son las fuentes de energía alternativas, con menos repercusiones negativas para el medio ambiente. Centrales solares. Podemos diferenciar dos tipos de centrales solares eléctricas dependiendo de cómo se realice la transformación energética: centrales solares térmicas y centrales solares fotovoltaicas. Central solar térmica. El procedimiento es el mismo que en las centrales que acabamos de estudiar: se calienta agua para generar vapor y así poder mover la turbina acoplada a un generador. La diferencia es que para calentar el agua se utiliza directamente la radiación del Sol.

8 INSTALACIÓN ATMOSFÉRICO ACUÁTICO TERRESTRE Contaminación visual e impacto paisajístico. Central solar. Limpia. Limpia. Contaminación mínima por la industria fabricante de paneles y colectores. Central solar fotovoltaica. 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. Los paneles fotovoltaicos generan corriente continua, pero la electricidad que se consume en nuestras casas es de corriente alterna. Para transformar la corriente continua en corriente alterna se utiliza un elemento que se llama convertidor. Observa cómo se genera electricidad en un panel solar.

9 La corriente eléctrica generada por los paneles fotovoltaicos puede consumirse en el momento o acumularse en un sistema de baterías. Así se podrá disponer de la energía eléctrica fuera de las horas de Sol. Para mejorar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos suelen colocarse sobre un elemento que se orienta con el Sol siguiendo su trayectoria, desde el amanecer hasta el anochecer, con el fin de que los rayos siempre incidan perpendicularmente al panel y obtener así un mayor rendimiento. ACTIVIDADES (para hacerlas en el cuaderno) 11. Indica en qué se parecen las centrales térmicas de carbón o petróleo y las centrales solares térmicas. Solución: Los dos tipos de centrales realizan la transformación de la energía de la misma forma. En ambos casos utilizan la energía calorífica para transformarla en electricidad. Las centrales térmicas convencionales consiguen la energía térmica mediante el consumo de combustibles fósiles. La central solar aprovecha la energía de la radiación solar para producir energía térmica. Para conseguir electricidad, se calienta agua hasta convertirla en vapor. El vapor, a gran presión y temperatura, mueve una turbina conectada a un generador eléctrico. 12. Los paneles fotovoltaicos no se conectan a la red eléctrica cuando están apartados de ella. Puedes decir algún sitio donde colocarías estos paneles?. Solución: Existen muchas aplicaciones para estos paneles solares. Algunas de estas aplicaciones son: Puestos de auxilio en la carretera. Iluminación en zonas apartadas. Coches solares. Naves espaciales. Casas de campo. 13. Cuál crees que es el mayor inconveniente de las centrales térmicas solares?. Solución: Los paneles solares generan poca energía y, para conseguir una cantidad de energía aceptable, requieren grandes espacios.

10 Parques eólicos. Un parque eólico es una instalación en la que se aprovecha la energía del viento para generar energía eléctrica. Está constituido por un conjunto de aerogeneradores en los que el movimiento de las aspas se aprovecha para obtener energía eléctrica. Por qué tres palas? Cuando los ingenieros diseñan los aerogeneradores, deben tener en cuenta que el número de palas óptimo de la turbina depende de: La velocidad del viento. La estabilidad cuando se mueve. El rendimiento. El peso y el precio de los materiales. Cuando el viento tiene velocidades muy altas, es suficiente con un número pequeño de palas. Además, los aerogeneradores con un número impar de palas son más estables. Cada aerogenerador está constituido por los siguientes elementos básicos: INSTALACIÓN ATMOSFÉRICO ACUÁTICO TERRESTRE Parques eólicos. Ruido. Muerte de aves al impactar con las aspas. Limpia. Contaminación visual e impacto paisajístico. ACTIVIDADES (para hacerlas en el cuaderno)

11 14. Cómo funciona un aerogenerador? Solución: El viento a gran velocidad hace girar las aspas del rotor. Un sistema multiplicador de velocidad transmite el movimiento a un generador, que induce una corriente eléctrica. 15. Para qué sirve el multiplicador de un aerogenerador? Solución: La velocidad que adquiere el rotor no es suficientemente alta como para que el alternador induzca una corriente eléctrica. El multiplicador es un sistema de transmisión por engranajes que aumenta la velocidad de giro del rotor para adaptarla a la que necesita el generador con el fin de inducir corriente. 16. Investiga en qué zonas de España existen parques eólicos. Solución: Respuesta libre. Se puede buscar en internet un mapa con las zonas donde existen más parques eólicos. La energía de la biomasa. El término biomasa incluye toda materia viva, o cuyo origen sea la materia viva. La biomasa es una de las fuentes de energía más primitivas. Actualmente puede considerarse un combustible alternativo al carbón, petróleo o gas, debido a su bajo impacto ambiental (solo desprende en su combustión el gas CO2) y a su renovación a corto plazo. Podemos usar como biomasa: Residuos forestales o agrícolas. Por ejemplo, ramas procedentes de la poda de árboles o de restos de bosques quemados o talados. Cultivos energéticos. Plantaciones de cultivos de crecimiento rápido y destinadas entre otros usos a la producción de energía. Por ejemplo, la soja. En este caso, durante la fase completa (desarrollo del cultivo, cosecha, transporte del mismo, etc.) se consigue incluso una reducción global de CO2 atmosférico. Residuos sólidos urbanos (RSU). Las basuras que generamos pueden usarse para producir biogás y, a partir de él, energía.

12 INSTALACIÓN ATMOSFÉRICO ACUÁTICO TERRESTRE Biomasa Emisión de CO2. Limpia. Limpia. Reduce la acumulación de residuos sólidos. Energía geotérmica. El interior de la Tierra es una fuente continua de calor. En algunas zonas, este calor aflora a la superficie y puede ser aprovechado para calentar agua, producir energía eléctrica, etc. La energía del interior terrestre se llama energía geotérmica. Esta fuente de energía es aprovechable sobre todo en zonas volcánicas, donde la diferencia de temperatura del interior terrestre y de la superficie es mayor. INSTALACIÓN ATMOSFÉRICO ACUÁTICO TERRESTRE Geotérmica Vapores geotérmicos contaminantes: CO2 y ácido sulfúrico. Contamina aguas próximas con sustancias como arsénico, boro y amoniaco, que se encuentran en el interior terrestre. Riesgo de hundimiento de instalaciones. En Lanzarote usan el calor procedente de una grieta volcánica (donde se alcanzan 400ºC a pocos centímetros del suelo) para cocinar.

13 En Islandia, la calefacción de muchas casas aprovecha la energía geotérmica. Desgraciadamente, la energía geotérmica solo se puede aprovechar de manera rentable en algunas regiones. Energía maremotriz. Para aprovechar el movimiento de subida y bajada del agua durante las mareas, se construyen centrales maremotrices cerca de la costa. Aunque la diferencia entre la marea alta y baja en mitad del océano es de apenas 1 metro, en algunas costas esta diferencia llega a alcanzar los 15 metros. En estas zonas es interesante aprovechar las mareas para generar energía. INSTALACIÓN ATMOSFÉRICO ACUÁTICO TERRESTRE Maremotriz Limpia. Alteración de la vida marina debido a los diques. Contaminación visual e impacto paisajístico. Las fuentes de energía en el futuro. Existen otras fuentes de energía. Una de las más prometedoras son las pilas de combustible, que utilizan hidrógeno para producir una corriente eléctrica. Esta fuente de energía se emplea ya para mover autobuses en algunas grandes ciudades, como Barcelona, Madrid o Amsterdam. No obstante, la energía del futuro será probablemente la fusión nuclear. Mediante reacciones nucleares como las producidas en el interior del Sol se genera una gran cantidad de energía con un combustible casi inagotable: el hidrógeno, que puede obtenerse del agua de mar, por ejemplo. Además, estas reacciones de fusión apenas producen residuos. Actualmente, las únicas formas que tenemos de evitar el agotamiento de algunos recursos energéticos y de conservar mejor el planeta son: 1. Hacer un uso racional de la energía.

14 2. Diversificar las fuentes de energía, fomentando el uso de las renovables. 3. Aumentar la eficiencia de la producción eléctrica y seguir desarrollando métodos para utilizar fuentes de energía eficientes, ecológicas e inagotables. 4. Reducir el impacto ambiental en centrales térmicas de combustibles fósiles empleando técnicas eficaces para reducir la toxicidad de los gases producidos durante la combustión. Relaciona las siguientes fuentes de energía con el tipo de energía que poseen. Sol Biomasa Hidráulica Eólica Carbón, gas, petróleo Energía radiante (luz) Energía química Energía mecánica Energía térmica Energía eléctrica Nuclear Solución: Sol energía radiante y energía térmica. Biomasa energía química. Hidráulica energía mecánica. Eólica energía mecánica. Carbón, gas, petróleo energía química. 18. Enumera en qué otras formas de energía puedes transformar la energía eléctrica. Pon un ejemplo de máquinas que realicen cada transformación. Solución: Respuesta libre. Ejemplo: energía eléctrica en energía mecánica en un ventilador o en un exprimidor. 19. Clasifica en renovables o no las siguientes fuentes de energía: Gas natural Bioalcohol Uranio Aceite vegetal Viento Madera Petróleo Carbón Gas metano Hidráulica

15 Solución: RENOVABLES - Bioalcohol. Aceite vegetal. Viento. Madera. Hidráulica. NO RENOVABLES - Gas natural. Uranio. Petróleo. Gas metano. 20. Un frigorífico puede servir de calefacción? Solución: El frigorífico emite calor al exterior por su parte posterior, y por eso se pone una rejilla que facilita esa emisión al aire, pero es una «calefacción» muy poco rentable. 21. Por qué al perforar un pozo petrolífero sale un chorro de petróleo hacia arriba? Solución: El chorro sale porque en la descomposición de los animales se formó no solo el petróleo, sino también gases, que al no poder salir están fuertemente comprimidos. Al perforar el pozo, empujan al petróleo hacia arriba con mucha fuerza. 22. Cómo podemos hacer girar el generador de una central térmica? Solución: El vapor que sale de la caldera, a gran presión y temperatura, pasa por una turbina formada por varias hélices. El vapor choca con las hélices, que obligan a girar a la turbina. El generador eléctrico que está unido a la turbina gira junto con esta y con el movimiento se genera electricidad. 23. Los residuos radiactivos son un gran problema. Una solución que se propuso es lanzarlos al espacio. Crees que esto tiene algún inconveniente? Otras soluciones son almacenarlos en minas o en fosas marinas. Qué ventajas e inconvenientes deduces en este caso? Solución: El mayor inconveniente es que en lugares tan inaccesibles no se puede controlar que estos residuos no tengan escapes de radiación, sobre todo cuando su vida media puede ser de miles de años. Además, dejamos a las generaciones futuras un problema que deberíamos solucionar nosotros. 24. Qué transformaciones energéticas ocurren al: a.) Planchar con vapor. b.) Lavar con agua caliente. Solución: A.) Plancha con vapor. E. ELÉCTRICA --> (Resistencia) --> E. TÉRMICA (calor). B.) Lavar con agua caliente. E. ELÉCTRICA --> (Motor y resistencia) --> E. MECÁNICA (movimiento) y E. TÉRMICA (calor). 25. Qué diferencias existen entre una central hidráulica y una minicentral? Busca las ventajas e inconvenientes. Solución: La principal diferencia es la potencia que proporciona y, por tanto, el tamaño. Menor de 5000 kw para la minicentral. El funcionamiento y los elementos que las forman son los mismos. La principal ventaja de las minicentrales es que pueden situarse en muchos más cauces, no necesitan presas tan grandes. Incluso en algunos casos no necesitan presa, puesto que basta con desviar el cauce del río y, después de hacerlo pasar por las turbinas, devolver el agua al río.