1. La energía y sus fuentes
La energía es una propiedad de los cuerpos relacionada con los cambios que pueden experimentar ellos mismos o que pueden producir en su entorno. Las fuentes de energía son materiales o recursos utilizados para obtener una energía que se denomina primaria.
Las fuentes de energía pueden ser:
- No renovables: sus reservas se consumen a un ritmo mayor del que se renuevan por la naturaleza. Por ejemplo: carbón, petróleo, gas natural, uranio…
- Renovables: sus reservas se consumen a un ritmo menor del que se reponen por la naturaleza. Por ejemplo: el agua, el sol, el viento, el mar, la biomasa…
Una fuente energético será alternativa si es susceptible de ser utilizada en determinado sitio, sustituyendo a las fuentes energéticas tradicionales. Una fuente energética puede ser tradicional en un sitio y alternativa en otro.
Aprovechando diversos recursos tecnológicos es posible transformar unas formas de energía en otras, entre ellas destaca la energía eléctrica.
2. Los combustibles fósiles y su utilización.
Los combustibles fósiles son aquellos que se han generado en el interior de la Tierra a lo largo de mucho tiempo. Son:
- El carbón: es el más abundante. Se emplea mayoritariamente en las centrales térmicas para generar energía eléctrica y en la industria siderúrgica (se dedica a extraer el hierro de sus minerales) para producir acero.
- El petróleo: mezcla de hidrocarburos sólidos, líquidos y gaseosos. La separación de los mismos se produce mediante destilación fraccionada (separación de sustancias aprovechando su distinta temperatura de ebullición) en las refinerías obteniéndose gasolina, gasóleo, queroseno, fuel y alquitrán.
- El gas natural: es una mezcla de hidrocarburos en estado gaseoso. el principal componente es el metano. Es un combustible doméstico para cocinas y calderas de calefacción. También se emplea en hornos industriales y centrales térmicas. Llega a España mediante gasoductos procedente del norte de África.
- El uranio: se encuentra formando parte de varios minerales como la pechblenda. Se usa en centrales nucleares, las reservas son suficientes para abastecer las centrales nucleares actuales unos ochenta años.
3. Producción y distribución de energía eléctrica.
La producción de grandes cantidades de energía eléctrica a partir de otras formas de energía, se lleva a cabo en las centrales eléctricas. Todos, excepto la fotovoltaica, utilizan grupos de turbina-alternador para producir electricidad:
- Las turbinas están constituidas por un eje giratorio y unas aspas que son impulsadas por la fuerza de corrientes de agua o por vapor de agua. Está unida al alternador al que transmite su movimiento de rotación.
- El alternador transforma el movimiento giratorio de las turbinas en electricidad. El rotor está formado por grandes electroimanes que giran movidos por el eje de la turbina al que están unidos. Este giro induce una corriente eléctrica en las bobinas del estátor o parte externa y fija del alternador. De allí salen los cables que suministran la energía eléctrica a la red en forma de corriente alterna. que oscila entre 10.000 y 20.000 voltios
Las centrales también cuentan con un parque de transformadores en donde la tensión se eleva a valores comprendidos entre 110.000 y 400.000 voltios. La energía eléctrica que se produce en las centrales se transporta hasta las zonas habitadas mediante tendidos aéreos de conductores de alta tensión. Conforme se acerca a los núcleos de población y polígonos industriales, la tensión disminuye hasta alcanzar niveles de baja tensión (220 y 380 voltios). En el interior de las poblaciones la electricidad se distribuye por conductores enterrados.
A la salida de las centrales se sube la tensión y a la entrada de las ciudades se baja la tensión.
Los cables de la electricidad ofrecen cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica que se hace mayor a medida que aumenta su longitud. Cuando esa corriente es de gran intensidad se pierde mucha energía por el calentamiento de los cables. Para evitarlo se aumenta la tensión a valores muy elevados (100.000 a 400.000 voltios) de forma que se pueda reducir la intensidad manteniendo la misma cantidad de energía transportada por unidad de tiempo. (E=V.I.t)
4. Las centrales térmicas convencionales
Producen energía eléctrica a partir de la combustión de fuel, carbón o gas natural. Estos combustibles se queman en una caldera, la energía calorífica generada es recogida por un conjunto de tuberías por las que circula agua que se convertirá en vapor de agua. Este vapor entrará a gran presión en una turbina haciéndola girar y provocando el giro del alternador donde se genera la corriente eléctrica alterna.
Actualmente se están utilizando las centrales de ciclo combinado que son de mayor rendimiento. En ellas se utilizan dos turbinas, una de gas y otra de vapor. en una central térmica sólo se aprovecha el 30% de la energía térmica producida, en las de ciclo combinado se llega al 50%.
5. Las centrales nucleares
Son centrales térmicas en las que la energía calorífica necesaria para obtener vapor de agua se consigue mediante la fisión o rotura de núcleos de uranio. El proceso de fisión se realiza en el interior de un reactor nuclear. Es no renovable, genera residuos muy peligrosos y si hay escapes radiactivos puede producir un desastre ecológico.
6. Las centrales hidroeléctricas
La altura y el volumen del agua necesarios para la central se consiguen mediante la construcción de una presa. Se abre la presa y el agua sale de su parte inferior a través de una gran tubería y llega hasta la turbina haciéndola girar a gran velocidad. el eje de la turbina está unido al alternador, qu etransforma el movimiento rotatorio de la turbina en electricidad.
Estas centrales no generan residuos pero alteran el curso natural de los ríos e inundan valles.
7. Los parques eólicos
La energía del viento o eólica es una de las fuentes renovables de energía más utilizadas. En los parque eólicos se usan aerogeneradores; cuando el viento mueve sus palas se produce un movimiento de rotación en el eje de la turbina. Un sistema de transmisión multiplica las vueltas del eje y transfiere el el movimiento de giro al eje del alternador, que genera energía eléctrica.
Los aerogeneradores deben situarse en lugares donde la velocidad del viento sea alto y las corrientes de aire sean continuas formando parques eólicos. No generan residuos pero producen contaminación acústica e impacto visual negativo.
8. Las centrales solares térmicas
La radiación solar se concentra mediante espejos móviles o helióstatos, de forma que se eleva la temperatura del agua generando vapor. En una central solar de torre central un campo de helióstatos refleja y concentra la radiación solar en un punto receptor situado en lo alto de una torre donde se encuentra el fluido (aceite) que absorbe la energía calorífica.
9. Las instalaciones fotovoltaicas
La energía solar también puede convertirse directamente en energía eléctrica mediante la utilización de células solares o fotovoltaicas. Estas células están construidas con un material semiconductor como el silicio que al absorber la luz del Sol produce el movimiento de electrones, es decir, proporciona una corriente eléctrica. Las células se unen en serie formando un módulo o panel solar fotovoltáico.
Las intalaciones fotovoltaicas pueden ser:
- Aisladas: para viviendas, calculadoras, relojes, satélites… en estas instalaciones hay un sistema de baterias para poder disponer de electricidad por las noches.
- Conectadas a la red eléctrica: como la electricidad que se obtiene es corriente continua, para incorporarla a la red eléctrica es necesario transformarla en corriente alterna mediante un inversor de corriente.
- Centrales solares fotovoltaicas: se usan campos solares formados por un gran número de módulos fotovoltaicos.
10. La energía de la biomasa
La biomasa o materia orgánica animal y vegetal que se aprovecha para usos energéticos corresponde a:
- Residuos agrícolas: residuos de podas.
- Residuos forestales: producidos en las industrias de la madera como serrines.
- Residuos sólidos urbanos: de las basuras generadas en las ciudades.
Las principales aplicaciones de la biomasa son:
- Producción de calor: mediante su combustión en una caldera para proporcionar calefaccción y agua caliente.
- Producción de electricidad: mediante su combustión en centrales térmicas
- Producción de biocarburantes: la fabricación de combustibles líquidos constituye la aplicación comercial más importante de este recurso. De la remolacha o la caña de azucar se obtiene bioetanol que puede añadirse a los motores de gasolina. Del girasol o la colza se consiguen aceites vegetales en forma de biodiesel.
11. La energía geotérmica
En algunos lugares de la Tierra se registra un aumento importante de la temperatura a poca profundidad debido a la presencia de magmas. Cuando las aguas subterráneas atraviesan estas zonas calientes de la corteza terrestre se producen fenómenos como los géiseres o las fuentes termales. El calor de estas aguas se puede utilizar para alimentar los sistemas de calefacción.
Si las temperaturas que se consiguen superan los 150 ºC, puede emplearse para evaporar agua y utilizarse para mover los grupos turbina-alternador y generar electricidad en las centrales geotérmicas.
12. La energía del agua del mar
- Energía maremotriz. Cuando la diferencia de altura entre entre la marea alta y la marea baja es de varios metros, se retiene mediante una presa el agua del mar que entra en la bahía hasta que alcanza su punto más alto y se suelta durante la marea baja. La salida del agua mueve varios grupos turbina-alternador.
- Energía de las olas. Sobre una central flotante se sitúan varios grupos de aeroturbinas. En su parte interior existe una cámara de aire en contacto con el oleaje. Al moverse las olas comprimen o succionan el aire de la cámara provocando el giro de un grupo turbina-alternador.
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