Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica
La presa retiene el agua del río, provocando un gran embalse. Debajo de la presa se encuentra la sala de máquinas con grupos de alternadores.
El agua almacenada llega a las turbinas y se introduce en ellas a través de una corriente fuerte y forzada.
Encima de la turbina hay un eje, un alternador y un generador de corriente continua (8) que genera un campo magnético en las bobinas del motor, consiguiendo así una corriente alterna de intensidad media.
Con los transformadores se eleva la tensión y, a través del parque de distribución o directamente, se alimentan las líneas de la red de transporte.
Funcionamiento de una Central Termoeléctrica
Carbón
El carbón pasa por un molino donde se tritura en forma de polvo fino para facilitar su combustión. Del molino se envía a los quemadores de la caldera a través de corrientes con aire precalentado.
Fuel
Se almacena en grandes depósitos que tienen reserva para uno o dos meses. El fuel se precalienta para que adquiera la fluidez necesaria y se inyecta a los quemadores.
Gas Natural
Normalmente llega a la central en gasoductos a alta presión y se regula mediante una estación reductora de presión antes de ser llevado a los quemadores.
Tipos de Centrales Eléctricas
Centrales de Base o Principales
No se detienen, solo si requieren mantenimiento. Por lo demás, no paran porque poner en marcha una central nuclear es muy costoso.
Centrales de Punta
Cubren las demandas en horas concretas (horas punta). Son las que inyectan gran cantidad de energía en muy poco tiempo y de forma abrupta.
Centrales de Reserva
Tienen como objetivo sustituir a otras en caso de avería o contingencia.
Centrales de Bombeo
Aprovechan la energía sobrante para bombear el agua de nuevo a un depósito superior y, en las horas punta, la aprovechan para proporcionar energía a la red.
Centrales de Cogeneración
Este tipo de central produce energía eléctrica utilizando un combustible y aprovechando el calor residual para obtener agua caliente para la calefacción, el vapor, fluidos que calienten, etc., según las necesidades de la zona donde está ubicada la central.
Funcionamiento de una Central de Cogeneración
El combustible se quema en un generador de vapor y el vapor producido acciona un grupo turbina-alternador para obtener energía eléctrica. El vapor procedente de la turbina calienta una caldera que proporciona agua caliente para servicios domésticos o procesos industriales. Posteriormente, el agua caliente es retornada al generador de vapor para reiniciar el ciclo. Si el vapor no dispone de suficiente energía térmica para calentar el agua de la caldera, esta se obtiene con un quemador auxiliar.
Centrales Nucleares
Es una central termoeléctrica donde la fuente de energía se obtiene a través de la fisión de los átomos de uranio y plutonio.
Estas centrales actúan como base en el sistema eléctrico, ya que su diseño requiere un funcionamiento con paradas mínimas y con una carga constante.
Reactor Nuclear
Es el componente más importante de las centrales nucleares, es como el núcleo.
El reactor es el sistema que permite producir y controlar reacciones en cadena, haciendo posible el aprovechamiento de la energía térmica que se obtiene para la generación del vapor de agua que impulsa la turbina en el generador eléctrico.
Sus partes son:
- Vaso del reactor: Es un recipiente que contiene la fuente de neutrones y el combustible nuclear.
- El moderador: Tiene la función de reducir la velocidad de los neutrones.
- Las barras de control: Su misión es regular el número de fisiones que se producen en el interior del reactor.
- El refrigerante: Tiene la función de enfriar el reactor, evitando un sobrecalentamiento.
Funcionamiento de una Central Nuclear
La energía generada en el núcleo del reactor es extraída y transportada por el agua refrigerante, que actúa en circuito cerrado y a presión elevada, y se transmite al circuito secundario en los generadores de vapor. El vapor acciona la turbina acoplada al alternador. La energía eléctrica producida se entrega a la red después de elevar la tensión con los transformadores.
Después de su paso por la turbina, el vapor vuelve al estado líquido en el condensador, pasando de nuevo al generador de vapor impulsado por las bombas de condensación y de alimentación. Allí se vaporiza nuevamente, cerrando así el circuito.
El agua de refrigeración del condensador forma un circuito abierto. Se alimenta directamente del río o del mar, es impulsada por las bombas de circulación, pasa por el condensador y retorna al río o al mar. Si el caudal del río es escaso y puede causar contaminación térmica, el agua se enfría previamente pasando por las torres de refrigeración.
Distribución de la Energía Eléctrica
Los centros que generan energía generalmente se encuentran alejados de los centros de consumo. Por lo tanto, para que la energía llegue a un máximo número de usuarios y puedan disponer de ella con comodidad, es necesaria una infraestructura formada por las redes de transporte y distribución. Son las dos grandes redes de líneas eléctricas.
Líneas Eléctricas
Son el conjunto de conductores, aisladores y accesorios destinados al transporte y a la distribución de la energía eléctrica. Pueden ser aéreas (los conductores se mantienen a una cierta altura de la tierra) o subterráneas (los conductores están enterrados o dentro de canalizaciones).
Estaciones Eléctricas (Subestaciones)
También llamadas subestaciones, son instalaciones destinadas a la transformación de la energía eléctrica y a la conexión entre dos líneas.
Energía Solar
La intensidad solar es suficiente para generar energía en las ciudades, aunque varía dependiendo de las condiciones meteorológicas, de si es de día o de noche, o de la contaminación atmosférica.
Centrales Termosolares (Conversión de Energía Solar a Térmica)
Concentración: Se usan los colectores de concentración que buscan concentrar todo el calor solar en un punto o una línea para conseguir temperaturas de hasta 300 ºC, lo suficiente para generar vapor de agua y electricidad.
Sistemas de Alta Temperatura
Se colocan muchos espejos que apuntan hacia un punto concreto, consiguiendo así que todo el calor se dirija hacia la caldera (el punto focal).
Centrales Solares de Concentración
Campo de Heliostatos
Los heliostatos son espejos con un sistema que sigue la trayectoria del sol, y solo aprovechan la radiación directa. Su procedimiento es similar al de concentración (DCS), pero su rendimiento es más elevado debido a la alta temperatura que se consigue en el fluido primario.
Energía Geotérmica
La energía geotérmica es aquella que se consigue con el calor interno de la Tierra.
No se puede construir un pozo en cualquier lugar. Debe haber un terreno que se adapte a una temperatura concreta, un flujo que caliente los acuíferos y la existencia de una capa impermeable que evite la disipación del sistema termal agua-roca.
Tipos de Yacimientos Geotérmicos
En función de la temperatura del fluido que se extrae de los yacimientos geotérmicos, se consideran de energía alta o baja:
Baja Energía
La temperatura del fluido está por debajo de 90 ºC. Solo es suficiente para uso doméstico, para calefacciones o para calentar invernaderos.
Alta Energía
La temperatura es superior a 150 ºC. Se utiliza para obtener energía eléctrica.
Energía Eólica
Es el aprovechamiento energético del viento. Sin embargo, el viento no siempre es constante ni tiene una dirección constante.
Cómo se Produce la Energía con una Aeroturbina
Se utilizan las aeroturbinas, que también se llaman molinos de viento.
Sistema de Captación
Se trata de extraer una parte de la energía cinética del viento con un sistema de captación formado por unas palas que giran de manera solidaria en un eje, obteniendo así energía mecánica. Se usan materiales que pesen poco (excepto las palas, que deben tener cierta masa para girar eficientemente).
Sistema de Orientación
Las palas giran dependiendo de la dirección del viento.
Sistema de Regulación
Es el que controla la velocidad porque, aunque nos beneficie para generar energía, puede dañar la estructura del aerogenerador.
La energía mecánica que se obtiene en el eje del rotor se transmite normalmente a través de un multiplicador (cuyo sistema adapta la baja velocidad de rotación del eje a una velocidad más alta) a un generador eléctrico.
Los aerogeneradores pueden ser de eje vertical u horizontal, aunque los horizontales son más desarrollados y tienen mayor rendimiento.
Elementos Principales de una Aeroturbina
- Torre: Es la estructura de soporte del molino. Se coloca alta para evitar turbulencias.
- Cimentación: Proporciona estabilidad y soporte.
- Góndola: Alberga el generador y los mecanismos de control.
Clasificación de las Fuentes de Energía
- Primarias-Secundarias
- Renovables-No Renovables
- Convencionales-No Convencionales
Tipos de Carbón
Turba (TORBA)
Tiene mucha humedad y se forma en zonas pantanosas llamadas turberas. Tiene poco poder calorífico y solo se puede utilizar para consumo doméstico en zonas cercanas.
Lignitos (LIGNITS)
Son carbones de origen reciente con bajo poder calorífico. Se utilizan cerca del sitio de extracción. Minas al aire libre.
Hullas (HULLES)
Son carbones grasos, con un alto contenido de carbono y gran poder calorífico, impermeables y de fácil destilación.
Antracitas (ANTRACITES)
Son los carbones más antiguos, de mayor poder calorífico. Tienen un aspecto brillante y se encuentran a gran profundidad, por lo que la extracción es muy difícil y costosa.
Aplicaciones del Carbón
Como Combustible de Uso General
Se utiliza en centrales térmicas, para su combustión y obtención de energía.
Proceso de Destilación Seca
Se somete el carbón a una temperatura muy alta y se obtiene: combustible para la industria siderúrgica, combustible para uso doméstico, y productos químicos (aceites, plásticos, fertilizantes, medicamentos, perfumes, etc.).
Proceso de Gasificación
Mediante la reacción del carbón al entrar en contacto con el vapor de agua, se obtiene el gas de síntesis, que es utilizable directamente como combustible o para la obtención de gas natural sintético o hidrocarburos.
Transformación del Petróleo en Productos de Consumo
En las refinerías se llevan a cabo una serie de procesos que sirven para separar los diferentes componentes del petróleo. Los más característicos son: la destilación fraccionada, el cracking (craqueo), la polimerización y la reformación.
Destilación Fraccionada
Consiste en calentar el petróleo hasta la evaporación, para luego enfriarlo progresivamente y obtener los componentes condensados y separados en función de su punto de ebullición. Se efectúa con dos torres de destilación o columnas de fraccionamiento.
Craqueo (Cracking)
Consiste en la descomposición de los aceites más pesados para obtener otros más ligeros (gasolinas). El proceso se puede hacer a temperaturas y presiones elevadas (Craqueo térmico) o con la presencia de catalizadores químicos (Craqueo catalítico).
Polimerización
Es lo contrario al craqueo. Convierte los compuestos más ligeros (butano, propano) en compuestos más pesados (gasolinas o gasóleos).
Reformación
Se usa para mejorar las características de las gasolinas. Se realiza a altas temperaturas y en presencia de un catalizador, como el platino.
Los productos obtenidos se pueden usar directamente o como materias primas para la industria petroquímica.
Uso Directo
- Gas butano y propano: Combustible industrial y doméstico.
- Éter de petróleo: Disolventes.
- Gasolina, gasóleo, fuel o queroseno: Combustible para motores y calefacciones.
- Aceites lubricantes.
- Ceras: Velas, lubricantes.
- Asfalto: Pavimento, antihumedad.
Uso en la Industria Petroquímica
- Plásticos.
- Fibras sintéticas (poliéster, por ejemplo).
- Detergentes.
- Caucho sintético, para la fabricación de neumáticos.
- Disolventes y pintura.
- Insecticidas, explosivos y productos farmacéuticos.
Aplicaciones del Gas Natural
- Industria, comercio y viviendas.
- Centrales Térmicas mixtas.
- Instalaciones de cogeneración (producción simultánea de energía eléctrica y calor útil).
- Industria petroquímica.
Un gas combustible es capaz de reaccionar con el oxígeno del aire de forma rápida y con desprendimiento de calor.
Los gases que se comercializan están agrupados en tres familias, con características similares, que se pueden utilizar sin necesidad de cambiar la instalación, y con resultados de combustión equivalentes.
La Energía Nuclear (Concepto)
La energía nuclear se obtiene de las reacciones que se producen en los núcleos de los átomos, llamadas reacciones nucleares. Es la energía que se obtiene a través de la energía que hay en los núcleos de los átomos.
Impacto Ambiental y Contaminación
La Lluvia Ácida
Las centrales eléctricas, fábricas, maquinaria y coches queman combustibles, por lo tanto, son productores de gases contaminantes. Hay unos óxidos de azufre y de nitrógeno que son muy peligrosos y contaminantes que se liberan a la atmósfera cuando se queman estos combustibles. Estos entran en contacto con el vapor de agua, luz solar y oxígeno y se transforman en ácido sulfúrico y ácido nítrico. Cuando estos ácidos son arrastrados por la lluvia, se produce la lluvia ácida, que provoca un aumento de la acidez en los lagos y los ríos.
Las Nieblas Fotoquímicas (Smog)
A falta de viento, se crea encima de las ciudades una cúpula de aire caliente que, cargada de partículas generadas por el humo de los coches, las centrales térmicas, industrias, etc., queda retenida como una niebla contaminante y no se levanta.