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“Recursos Energéticos y Centrales Eléctricas”
Ingrid Fuentes N.Prof. de Ciencias Naturales y Física
Objetivos de Aprendizajes
- Reconocer los cambios que experimenta la energía eléctrica al pasar de una forma a otra (eléctrica a calórica, sonora, lumínica etc.) e investigar los principales aportes de científicos en su estudio a través del tiempo. (OA 8)
- Explicar la importancia de la energía eléctrica en la vida cotidiana y proponer medidas para promover su ahorro y uso responsable. (OA 11)
¿Qué es la Energía?
• La energía es una propiedad de los cuerpos según la cual éstos pueden transformar su estado o su posición u originar transformaciones en el estado o la posición de otros cuerpos.
La energía eléctrica
ES La más demandada del mundo industrializado.
DEPENDEMOS DE ELLA PARA
El transporte, las comunicaciones, la alimentación, el funcionamiento de las oficinas, etc.El bienestar y la calidad de vida en nuestras casas.
NO SE PUEDE ALMACENAR
A diferencia del carbón o del petróleo, no podemos almacenarla, lo que nos obliga a tener una extensa y compleja red de proceso de generación de esta energía, y de abastecimiento de energía eléctrica en situaciones de gran demanda.
SE PRODUCE A PARTIR
De las fuentes de energía renovables y no renovables, en diferentes tipos de centrales.
PRESENTA INCONVENIENTES
A pesar de ser una energía limpia, su proceso de producción tiene consecuencias negativas para el medio ambiente.
Formas y Transformaciones de la Energía
La energía interviene en todos los cambios que ocurren en el universo, se utiliza para calentar, iluminar, deformar, mover y para que la vida sea posible.
La energía puede manifestarse de muchas formas. Por ejemplo:
Mecánica: La energía relacionada con los cuerpos o la materia en movimiento. Puede ser:
-Cinética: la que tiene una masa moviéndose a una velocidad.
- Potencial: la que tiene un cuerpo debido a su posición en el espacio (gravedad) o a su deformación (tensión, torsión, etc.)
Cinética
Mecánica
Potencial
Formas y Transformaciones de la Energía
La energía puede manifestarse de muchas formas. Por ejemplo:-Eléctrica. La energía asociada a los electrones de la corteza de los átomos.
- Térmica. La energía asociada al calor.
- Luminosa. La energía asociada a la luz.
- Nuclear. La energía asociada a las partículas del núcleo de los átomos.
- Química. La energía asociada a las reacciones químicas.
Formas y Transformaciones de la Energía
Todas las formas de energía son convertibles, es decir, se pueden transformar las unas en las otras. Cuando la energía se utiliza, no se pierde, sólo se transforma.
Formas y Transformaciones de la Energía
Energía almacenada. Algunos cuerpos, tienen energía almacenada. Cuando se usa la energía almacenada, se puede transformar esa energía en otro tipo. Por ejemplo: Una batería (química- eléctrica)
Formas y Transformaciones de la Energía
Tarea para la casa
Fuentes de energía. Son los materiales o los fenómenos a partir de los cuales podemos obtener energía
No renovables. Son las fuentes de las que sólo existe una cantidad limitada. Ejemplo: el carbón, el petróleo o el uranio radioactivo.
Renovables. Son las fuentes de las que existe una cantidad ilimitada. Ejemplo: el sol, el viento, las mareas, etc.
Formas y Transformaciones de la Energía
¿Cómo son las centrales de producción de energía eléctrica?
TÉRMICA
NUCLEAR
HIDROELÉCTRICA
GEOTÉRMICA
SOLAR TÉRMICA
SOLAR FOTOVOLTAICA
EÓLICA
MAREMOTRIZ
Fuentes Renovables de Energía
La energía hidráulica: se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética.
El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores.
Las fuentes de energía primaria, renovables y no renovables, se aprovechan para producir energía eléctrica en centrales que suelen tener una estructura común, compuesta por:
CALDERA
En ella se quema el combustible; así, su energía química se transforma en energía térmica que calienta agua, haciendo que esta pasa a estado de vapor.
TURBINAEs un conjunto de aspas situadas sobre un eje y que giran en la misma dirección cuando pasa por ellas agua o vapor de agua. Así la energía térmica del vapor o de la caída de agua se transforma en energía cinética.
REFRIGERADOR El vapor de agua que ha movido la turbina tiene que enfriarse para volver a utilizarse.
GENERADOR
Es la parte de toda central eléctrica que transforma la energía cinética de las aspas de la turbina en electricidad.
Central Hidroeléctrica
Las centrales hidroeléctricas utilizan una energía renovable, ya que el agua almacenada en los embalses, que es la energía primaria, es repuesta por el ciclo hidrológico natural. Junto con las centrales térmicas y las nucleares, son las más utilizadas en la actualidad.Esquema de funcionamiento de una central hidroeléctrica
Compuerta
Presa
Embalse
Turbina
Generador
Transformador
Línea de transmisión
Central Termoeléctrica
Una central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor.
Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear.
Las centrales térmicas utilizan de forma general combustibles fósiles, esto es, energías no renovables, como energía primaria; otro inconveniente que presentan es que emiten gases contaminantes a la atmósfera.
Esquema de funcionamiento de una central térmica
Combustible
Caldera Vapor
AguaGenerador
Transformador
Torre de refrigeración
Línea de transmisión
Turbinas
Las centrales nucleares funcionan de un modo similar al de una central térmica, pero aquí su combustibles es uranio, que, tras una reacción nuclear, desprende una gran cantidad de energía. Su ventaja es que no emiten gases contaminantes y producen una energía barata; el inconveniente, la generación de residuos nucleares letales para los seres vivos.
Esquema de funcionamiento de una central nuclear
Reactor
Vapor
Barrasde control
Generador de vapor
Edificiode contención
Agua
Generador Transformador
Torre de refrigeración
Línea de transmisión
Turbinas
Las centrales geotérmicas se pueden aprovechar, tan solo, en zonas donde las manifestaciones geotérmicas, como géiseres y volcanes, sean más superficiales; así, su uso está muy poco extendido.
Esquema de funcionamiento de una central geotérmica
Lluvia
Circulación de agua
Agua caliente
Bombas
Agua fría
Bomba
Generador
Condensador Bomba
Terreno impermeable
Torre de refrigeración
Línea de transmisiónTurbina
Fuente de calor
Cambiador de calor
Las centrales solares térmicas constan de un campo de heliostatos, que es una gran superficie cubierta de espejos que concentran la radiación captada en un receptor, generalmente una torre, en el que se encuentran la turbina y el receptor.
Esquema de funcionamiento de una central solar térmica
Central solar de media temperatura Central solar de media temperatura
Emplean colectores que concentran la radiación solar que reciben en un elemento receptor de superficie muy reducida en las que se alcanzan temperaturas de hasta 300 ºC.
En ellas, la radiación solar incide en un campo de heliostatos (grande espejos) que concentran la radiación solar en un receptor, generalmente una torre, donde están la turbina y el generador.Colectores
Tanquesde aceite
Caldera
Vapor
Turbina
Alternador
Transformador
Colector
Tanquesde sodio
Caldera
Vapor
Turbina Alternador
Transformador
Heliostatos
Agua
Las centrales solares fotovoltaicas transforman directamente la energía solar en energía eléctrica, sin necesidad de que exista ningún elemento móvil, gracias a las células fotovoltaicas, que están fabricadas con silicio. Se utilizan, además, para suministrar electricidad a satélites y estaciones espaciales.
Esquema de funcionamiento de una célula fotoeléctrica
Dos capas de silicio
Contacto metálico superior (+)
Contacto metálico inferior (--)
Radiación solar
Las centrales eólicas aprovechan la energía del viento para producir electricidad; presenta inconvenientes, como un impacto visual negativo y la interferencia con las rutas de aves migratorias; además, se ve afectada por las condiciones meteorológicas.
Esquema de funcionamiento de un aerogenerador
Pala del rotor, generalmente construida en fibra de vidrio
Soporte o torre
Generador
Las centrales mareomotrices aprovechan la energía de las enormes masa de agua en movimiento de los mares y océanos. En la actualidad solo existe una, en Francia, ya que, a pesar de la ingente cantidad de energía que tiene el agua del mar, su aprovechamiento es muy complicado.
Esquema de funcionamiento de una central mareomotriz
En la bajamar, el agua almacenada sale hacia fuera, haciendo girar nuevamente las turbinas
En la pleamar, al agua pasa a través del dique en dirección al río, moviendo las turbinas
El agua se almacena en el río, que actúa como un pantano
Rejilla (filtro)
Turbina
El transporte de energía eléctrica:
La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar, a través de largas distancias, la energía eléctrica generada en las distintas centrales hacia los puntos de consumo.
Esta red está formada por una extensa y entramada red de cables y torres de alta tensión y numerables subestaciones que permiten que se transforme el voltaje de salida en el adecuado para las industrias o los consumidores.
Esquema de la red de transporte de energía eléctrica
Planta de generación
Red de transporte (200 kV - 400 kV)
Parque de generación
Consumo industrial
(132 kV-12,5 kV)
Consumo doméstico (220 V-380 V)
Subestaciónde distribución
Centro de control eléctrico
Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias.
Está constituida por un elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, y por elementos de soporte, que son las torres de alta tensión.
Elemento conductor
Elemento de soporte
La energía que llega de la red de transporte tiene un voltaje alto para poder recorrer largas distancias; en la subestación, mediante un transformador, se reduce esta tensión para iniciar su distribución.
Salida de la energía eléctrica al voltaje adecuado
(132 kV o menor)
Entrada de la energía eléctrica procedente de la planta de generación
(220 kV-400 kV)
El centro de control eléctrico es el responsable de la operación y supervisión coordinada en tiempo real de las instalaciones de generación y de transporte del sistema eléctrico.
Con toda la información recibida de las subestaciones se comprueba el funcionamiento del sistema eléctrico en su conjunto, y se toman decisiones para modificarlo o corregirlo si fuese necesario.
Los problemas asociados al transporte y producción de energía eléctrica:
La energía eléctrica es una energía limpia, ya que una vez obtenida apenas produce impacto ambiental, pero su proceso de producción y transporte tiene consecuencias muy negativas para el medio ambiente, tales como:
Ingreso en la atmósfera de gases y vapor de agua, responsables del efecto invernadero, la lluvia ácida, la contaminación de aguas y ríos y la destrucción del manto fértil del suelo.
Impacto visual en el paisaje de las torres de alta tensión y de los parques eólicos.
Alteración de flora y fauna fluvial por los embalses.
Escapes radiactivos y contaminación térmica de los ríos.
Actividades
Artefactos eléctricos y electrodomésticos Efectos de la energía eléctrica
Lavadora Movimiento
Radio Sonido
Copia la tabla en tu cuaderno y completa escribiendo objetos eléctricos de uso cotidiano y la transformación de la energía eléctrica respectiva, como se indica en el ejemplo:
