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UNIVERSIDAD LAICA ELOY ALFARO DE MANABÍ
FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
MATERIA:
INSTALACIONES ELÉCTRICAS
INTEGRANTES:
DELGADO ANCHUNDIA HENRYHINOSTROZA GARCIA MARCOS
RIVAS BAZURTO KELVIN
CURSO:
5TO SEMESTRE “A”
EXPOSICIÓN GRUPO #1 TEMA:“ENERGÍA ELÉCTRICA Y SUS
FUENTES DE GENERACIÓN”
FECHA DE ENTREGA:
26 DE ABRIL DEL 2014DOCENTE:
ING. FREDDY FRANCO
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1. Introducción
La Energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético. Como ejemplo de energía eléctrica se puede decir que es ña transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se manifiesta al encender una bombilla.
En el presente informe se presentarán detalladamente los principios en conceptos de lo que se conoce como energía eléctrica y como se ha manifestado a lo largo de la historia del hombre, recordemos que hace cientos de años la energía eléctrica no existía en los planes de la humanidad. De a poco al pasar los años y a los grandes científicos e investigadores de la época medieval es donde se da a luz este recurso necesario en la actualidad para toda la humanidad de la tierra, se podría marcar como la vital importancia el descubrimiento de la energía eléctrica para la humanidad, ya que remontada a la historia marco toda una pauta para una sociedad progresista, la generación de formas energía eléctrica ha sido los estudios constantes de los investigadores y científicos que buscaban la manera de obtener energía de cualquier forma, hoy en la actualidad todo tipo de manifestación de energía que se presenta se puede asimilar como una fuente de energía eléctrica gracias a la tecnología que avanza a pasos agigantados. Se hablara de las generaciones de forma de energía eléctrica y otras formas alternativas en el informe, la relación de una obra civil con la energía eléctrica van siempre de la mano y por eso para un estudiante de ingeniería civil es indispensable el conocimiento breve de lo que las instalaciones eléctricas puede llevar a una mejor comodidad de la obra civil.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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Grupo #1
2. ENERGÍA ELÉCTRICA Y SUS FUENTES DE GENERACIÓN
2.1. ¿QUÉ ES ENERGÍA?
Concepto presente en la naturaleza y difícil de definir. La conocemos por sus efectos o formas de aplicaciones.
- En física: “Capacidad para realizar un trabajo”.- Cinética: “la que posee un cuerpo por razón de su movimiento”.- Nuclear: “La obtenida por la fusión o fisión de núcleos atómicos”.- Radiante: “Existente en un medio físico, causada por ondas electromagnéticas”.- Potencial: “Capacidad para realizar trabajo en razón de su posición”.
En los principios de la conservación de la materia nos detalla que es similar a la conservación de la energía recordando que esta lo conforma un todo. De la cual podemos sintetizar con lo que nos detalla Albert Einstein en su teoría, diciendo que:
“La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”
(Albert Einstein, 1879 – 1955)
Podemos detallar que este principio nos detalla la forma idónea de que la energía estará constantemente en procesos de renovación pero se debe realizar un debido cuidado para la misma, recordemos que desde el punto de vista de la energía eléctrica esta conlleva varios tipos de generaciones que serán detallados más adelante.
El cómo se percibe la energía nos detalla en el siguiente cuadro donde este concepto nos permite explicar que podemos cambiar su forma para utilizarla
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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2.2. ¿QUÉ ES ENERGÍA ELÉCTRICA?
Forma de energía basada en la propiedad fundamental de la materia que se manifiesta por la atracción o repulsión entre sus partes, originada por la existencia de electrones, con carga negativa o protones con carga positiva, que puede manifestarse en reposo, como electricidad estática, o en movimiento como corrientes eléctricas y que da lugar a luz, calor, campos magnéticos, etc.
Por otra parte, eléctrico (del latín electrum), es lo que trata o guarda relación con la electricidad. Es, según los expertos, una propiedad esencial que se caracteriza por la repulsión o la atracción que se genera entre las porciones de una materia, de acuerdo a la presencia de protones (de carga positiva) o de electrones (cuyas cargas son negativas)
La energía de carácter eléctrico es la modalidad de energía respaldada en esta propiedad que surge por la diferencia de potencial entre un par de puntos. Esta diferencia permite que se establezca una corriente eléctrica (es decir, un flujo de carga que atraviesa toda la estructura de un material) entre ambos.
La capacidad para iniciar un movimiento o hacer que algo se transforme se conoce como energía. El concepto también se emplea para referirse a los recursos de origen natural que pueden tener una finalidad industrial por medio del uso de ciertas tecnologías asociadas.
Se puede hablar que la electricidad en la naturaleza se detalla desde los inicios del hombre ya que los aborígenes tenían un temor a las tormentas de rayos eléctricos. El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estática, de la cual en tiempos remotos se la asociaba con Dioses o demonios de la cual se le guardaba respeto, pero el hombre llevo su curiosidad al límite para conocer sobre la energía que transmitían los rayos y muchas cosas más que poco a poco hicieron evolucionar al ser humano. Solo en tiempos modernos se logró explicar su naturaleza como forma de energía.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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2.3. ¿CÓMO SE GENERA LA ENERGÍA ELÉCTRICA?
2.3.1. Generación. La energía eléctrica se obtiene en las centrales de generación, las cuales están determinadas por la fuente de energía que se utiliza para mover el motor. A su vez, estas fuentes de energías pueden ser renovables o no. En el grupo de las renovables se encuentran las centrales hidráulicas (hacen uso de la fuerza mecánica del agua), eólicas (viento), solares (sol) y de biomasa (quema de compuestos orgánicos de la naturaleza como combustible). Cada una de estas fuentes indicadas se puede regenerar de manera natural o artificial.
2.3.2. Transmisión. Una vez que se ha generado la energía eléctrica por alguna de las técnicas precedentes, se procede a dar paso a la fase de transmisión. Para ello, se envía la energía a las sub-estaciones ubicadas en las centrales generadoras por medio de líneas de transmisión, las cuales pueden estar elevadas (si se encuentran en torres de sustentación) o subterráneas. Estas líneas de alta tensión trasmiten grandes cantidades de energía y se despliegan a lo largo de distancias considerables.
2.3.3. Distribución. El último paso antes de obtener la electricidad en los hogares es el que corresponde a la distribución. Este sistema de suministro eléctrico tiene como función abastecer de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales.
Cabe resaltar que la energía de tipo eléctrico puede ser convertida en luz (energía luminosa). Cuando se acciona un interruptor, se incita el movimiento de electrones a través del cable conductor y se cierra un circuito eléctrico.
Es importante tener en cuenta que la energía eléctrica puede generarse de múltiples formas y reflejarse en un dinamo si se trata de una corriente de carácter continuo o en un alternador cuando se trate de corrientes alternas.
2.4. FUENTES DE GENERACIÓN ELÉCTRICA.
Con el paso del tiempo, la búsqueda de fuentes de generación eléctrica ha sido infinita, pero a nivel de estados se ven siempre limitados a los recursos que posee una nación para
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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generar energía y no comprarla a países vecinos como pasaba anteriormente en el Ecuador, en la actualidad las generaciones eléctricas más importantes se detallan a continuación:
2.5. GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA.
La generación hidroeléctrica consiste en aprovechar la energía potencial proporcionada gratuitamente por el ciclo hidrológico natural de la Tierra, ya que el agua evaporada se precipita en el continente a una altura apreciable con respecto al nivel cero de energía potencial (mar). (Uche, 2013, p. 55)
2.5.1. ¿QUÉ ES UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA?
Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en
movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas
acopladas a los alternadores.
Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:
Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.
Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.
Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.
2.5.2. COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
La presa, que se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.
Rebosaderos, elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase
por la sala de máquinas.
Destructores de energía, que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que
cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo,
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grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de
energía:
o Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de
los remolinos.
o Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la
fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que
encuentra a su caída.
Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y
elementos de regulación y control de la central.
Turbina. Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una
corriente de agua.
Alternador. Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en
eléctrica.
Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema
complejo de canalizaciones.
En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante
estructuras de hormigón. Su construcción está siempre condicionada a las condiciones geográficas.
Por eso, la mejor solución es construir un túnel de carga, aunque el coste de inversión sea más
elevado.
La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través
de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de
hasta 2000m y hormigón para saltos de agua de 500m.
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Válvulas, dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las
tuberías.
Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para
evitar el llamado “golpe de ariete”, que se produce cuando hay un cambio repentino de
presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica.
LA PRESA
La presa es el primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica. Se encarga de
contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. Con la construcción de una presa se
consigue un determinado desnivel de agua, que es aprovechado para conseguir energía. La presa es
un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografía del terreno y del curso del
agua donde se tiene que situar. Las presas se pueden clasificar, según el material utilizado en su
construcción, en presas de tierra y presas de hormigón.
Las presas de hormigón son las más resistentes y las más utilizadas. Hay tres tipos de presas de
hormigón en función de su estructura:
Presas de gravedad. Son presas de hormigón triangulares con una base ancha que se va
haciendo más estrecha en la parte superior. Son construcciones de larga duración y que no
necesitan mantenimiento. La altura de este tipo de presas está limitada por la resistencia del
terreno.
Presa de vuelta. En este tipo de presas la pared es curva. La presión provocada por el agua
se transmite íntegramente hacia las paredes del valle por el efecto del arco. Cuando las
condiciones son favorables, la estructura necesita menos hormigón que una presa de
gravedad, pero es difícil encontrar lugares donde se puedan construir.
Presas de contrafuertes. Tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes
o pilares de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base.
En general, se utilizan en terrenos poco estables y no son muy económicas.
LA TURBINA HIDRÁULICA
Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energía en las
centrales hidráulicas. Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento)
de una corriente de agua.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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Su componente más importante es el rotor, que tiene una serie de palas que son impulsadas por la
fuerza producida por el agua en movimiento, haciéndolo girar.
Las turbinas hidráulicas las podemos clasificar en dos grupos:
Turbinas de acción. Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma
completamente en energía cinética. Tienen como característica principal que el agua tiene la
máxima presión en la entrada y la salida del rodillo.
Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.
Turbinas de reacción. Son las turbinas en que solamente una parte de la energía de presión
del agua se transforma en energía cinética. En este tipo de turbinas, el agua tiene una
presión más pequeña en la salida que en la entrada.
Un ejemplo de este tipo son las turbinas Kaplan.
Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y
Kaplan. A continuación se enumeran sus características técnicas y sus aplicaciones más destacadas:
Turbina Pelton. También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas
para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de
instalación más habitual es la disposición horizontal del eje.
Turbina Francis. Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable
en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas
dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en
un caudal entre el 60 y el 100% del caudal máximo.
Pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical pero, en general, la
disposición más habitual es la de eje vertical.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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Turbina Kaplan. Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña
altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición
vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada.
En el siguiente juego interactivo puedes comprender mejor la relación entre el caudal y la altura en
las centrales hidroeléctricas.
2.5.3. TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas, ya que las características del terreno donde se sitúa
la central condicionan en gran parte su diseño.
Se podría hacer una clasificación en tres modelos básicos:
Centrales de agua fluyente. En este caso no existe embalse, el terreno no tiene mucho
desnivel y es necesario que el caudal del río sea lo suficientemente constante como para
asegurar una potencia determinada durante todo el año. Durante la temporada de
precipitaciones abundantes, desarrollan su máxima potencia y dejan pasar agua excedente.
En cambio, durante la época seca, la potencia disminuye en función del caudal, llegando a
ser casi nulo en algunos ríos en verano.
Centrales de embalses. Mediante la construcción de una o más presas que forman lagos
artificiales donde se almacena un volumen considerable de agua por encima de las turbinas.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Con el embalse puede
producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque completamente durante
algunos meses, cosa que sería imposible con una central de agua fluyente.
Estas centrales exigen, generalmente, una inversión de capital más grande que la de agua fluyente.
Dentro de estos tipos existen dos variantes de centrales:
Centrales a pie de presa: en un tramo de río con un desnivel apreciable se construye una
presa de una altura determinada. La sala de turbinas está situada después de la presa.
Centrales por derivación de las aguas: las
aguas del río son desviadas mediante una
pequeña presa y son conducidas mediante un
canal con una pérdida de desnivel tan pequeña
como sea posible, hasta un pequeño depósito
llamado cámara de carga o de presión. De esta
sala arranca una tubería forzada que va a parar a
la sala de turbinas. Posteriormente, el agua es
devuelta río abajo, mediante un canal de
descarga. Se consiguen desniveles más grandes
que en las centrales a pie de presa.
Centrales de bombeo o reversibles. Son un tipo especial de centrales que hacen posible un
uso más racional de los recursos hidráulicos.
2.5.4. FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un
embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en
electricidad.
Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a
la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de
máquinas de la central.
El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir,
va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los
álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria
en corriente alterna de media tensión.
El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un
canal de desagüe.
2.5.5. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS
Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son:
No necesitan combustibles y son limpias.
Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío,
como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones
próximas.
Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos.
Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento
reducido.
En contra de estas ventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes:
El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales
eléctricas.
La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y
puede variar de estación a estación.
Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados.
En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los
costes de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados.
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2.5.6. IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética
limpia. Aun así, existen determinados efectos ambientales debido a la construcción de centrales
hidroeléctricas y su infraestructura.
La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto
ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene
las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles:
Sumerge tierras, alterando el territorio.
Modifica el ciclo de vida de la fauna.
Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y
sedimentos, como limos y arcillas).
Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la composición
del agua embalsada y el microclima.
Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalúan
cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el
momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en
frente de la necesidad de crear un nuevo embalse. 1
2.6. GENERACIÓN TÉRMICA.
2.6.1. ¿QUÉ ES UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL?
En las centrales térmicas convencionales (o termoeléctricas convencionales) se produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fueloil o gas natural, mediante un ciclo termodinámico de agua-vapor. El término ‘convencionales’ sirve para diferenciarlas de otras centrales térmicas, como las nucleares o las de ciclo combinado.
2.6.1.1. COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL
Caldera. En este espacio el agua se transforma en vapor, cambiando su estado. Esta acción se
produce gracias a la combustión del gas natural (o cualquier otro combustible fósil que pueda
utilizar la central), con la que se generan gases a muy alta temperatura que al entrar en contacto
con el agua líquida la convierten en vapor. El agua que se transforma en vapor circula por unas
1 http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/xi.-las-centrales-hidroelectricas
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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cañerías llamadas serpentines, donde se produce el intercambio de calor entre los gases de la
combustión y el agua.
Turbina de vapor. Máquina que recoge el vapor de agua y que, gracias a un complejo sistema
de presiones y temperaturas, consigue que se mueva el eje que la atraviesa. Esta turbina
normalmente tiene varios cuerpos, de alta, media y baja presión, para aprovechar al máximo el
vapor de agua. El eje que atraviesa los diferentes cuerpos está conectado con el generador.
Generador. Máquina que recoge la energía mecánica generada en el eje que atraviesa la turbina
y la transforma en eléctrica mediante inducción electromagnética. Las centrales eléctricas
transforman la energía mecánica del eje en una corriente eléctrica trifásica y alterna.
2.6.1.2. FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL
El funcionamiento de las centrales termoeléctricas convencionales es el mismo independientemente
del combustible que se utilice.
Sin embargo, sí hay diferencias en el tratamiento previo que se hace al combustible y del diseño de
los quemadores de las calderas de las centrales.
Centrales de carbón. Donde el combustible debe ser triturado previamente.
Centrales de fueloil. Donde el combustible se calienta para una utilización más fácil.
Centrales de gas natural. Que no precisa almacenaje, llegando así directamente
por gaseoductos.
Centrales mixtas. Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo necesarios los
tratamientos previos anteriormente citados.
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Una vez el combustible está en la caldera, se quema. Esto provoca que se produzca energía
calorífica que se utilizará para calentar agua y así transformarla en vapor a una presión muy
elevada.
A partir de este vapor se hace girar una turbina y un alternador para que este produzca electricidad.
La electricidad generada pasa por un transformador para aumentar su tensión y así transportarla
reduciendo las pérdidas por Efecto Joule.
El vapor que sale de la turbina se envía a un elemento llamado condensador para convertirlo en
agua y así retornarlo a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.
En el siguiente juego interactivo puedes conocer de una manera más gráfica el funcionamiento de
una central térmica convencional.
2.6.1.3. FASES EN LA CENTRAL TÉRMICA1. Se emplea como combustible, generalmente, un derivado del petróleo llamado fuel-oil,
aunque hay centrales de gas o de carbón. Este combustible se quema en una caldera y el calor generado se transmite a agua.
2. Se calienta el agua líquida que ha sido bombeada hasta un serpentín de calentamiento (sistema de tuberías). El calentamiento de agua se produce gracias a una caldera que obtiene energía de la combustión del combustible (carbón pulverizado, fuel o gas).
3. El agua líquida pasa a transformarse en vapor; este vapor es húmedo y poco energético.4. Se sobrecalienta el vapor que se vuelve seco, hasta altas temperaturas y presiones.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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5. El vapor sobrecalentado pasa por un sistema de conducción y se libera hasta una turbina, provocando su movimiento a gran velocidad, es decir, generamos energía mecánica.
6. La turbina está acoplada a un alternador solidariamente que, finalmente, produce la energía eléctrica.
7. En esta etapa final, el vapor se enfría, se condensa y regresa al estado líquido. 2
2.6.1.4. IMPACTOS MEDIO AMBIENTALES DE LAS CENTRALES TÉRMICAS CONVENCIONALES
La incidencia de este tipo de centrales sobre el medio ambiente se produce de dos maneras básicas:
Emisión de residuos a la atmósfera
Este tipo de residuos provienen de la combustión de los combustibles fósiles que utilizan las
centrales térmicas convencionales para funcionar y producir electricidad. Esta combustión genera
partículas que van a parar a la atmósfera, pudiendo perjudicar el entorno del planeta.
Por eso, las centrales térmicas convencionales disponen de chimeneas de gran altura que dispersan
estas partículas y reducen, localmente, su influencia negativa en el aire.
Además, las centrales termoeléctricas disponen de filtros de partículas que retienen una gran parte
de estas, evitando que salgan al exterior.
Transferencia térmica
Algunas centrales térmicas (las denominadas de ciclo abierto) pueden provocar el calentamiento de
las aguas del río o del mar. Este tipo de impactos en el medio se solucionan con la utilización
de sistemas de refrigeración, cuya tarea principal es enfriar el agua a temperaturas parecidas a las
normales para el medio ambiente y así evitar su calentamiento.3
2.7. Generación eólica. Kelvin
2.8. OTRAS FUENTES DE GENERACIÓN
2.8.1. GENERACIÓN DE BIOMASA. KELVIN
2.8.2. GENERACIÓN NUCLEAR
2 http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/10/centrales-termicas.pdf
3http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionales
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Una central nuclear es una instalación industrial construida para generar electricidad a partir de la energía nuclear. Las centrales nucleares forman parte de la familia de las centrales termoeléctricas, lo que implica que utilizan el calor para generar la energía eléctrica. Este calor proviene de la fisión de materiales como el uranio y el plutonio.
Un reactor nuclear de fisión es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, disponiendo de los medios adecuados para extraer el calor generado.
Los elementos esenciales que forman un reactor nuclear son:
2.8.3. Combustible. Formado por un material fisionable, generalmente compuesto de uranio en el que tienen lugar las reacciones de fisión. Es, por lo tanto, la fuente de generación de calor.
2.8.4. Moderador. Hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos generados en la fisión, manteniendo la reacción. Se acostumbra a utilizar agua, agua pesada, helio, grafito o sodio metálico.
2.8.5. Elementos de control. Permiten controlar en todo momento la población de neutrones y mantener estable el reactor.
2.8.6. Refrigerante. Extrae el calor generado por el combustible. Generalmente se utilizan refrigerantes líquidos como el agua ligera y el agua pesada o gases como el anhídrido carbónico y el helio.
2.8.7. Blindaje. Evita que les radiaciones y los neutrones del reactor se escapen al exterior. Se acostumbra a usar hormigón, acero o plomo. Elementos de seguridad. Todas las centrales nucleares de fisión disponen de múltiples sistemas que evitan que se produzcan accidentes que provoquen una liberación de la radioactividad al exterior del reactor nuclear.
Impacto ambiental de las centrales nucleares
Cabe destacar que las centrales nucleares no envían a la atmósfera óxidos de carbono, azufre, nitrógeno ni otros elementos derivados a la combustión, como las cenizas. Por lo tanto, no contribuyen al calentamiento global, el cual es el responsable del clima del planeta o la lluvia ácida.
No obstante, debe tenerse precaución en la generación de electricidad mediante la energía nuclear, tanto en la extracción, el concentrado y
enriquecimiento del uranio como en la propia producción de energía eléctrica.
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La producción de energía eléctrica en centrales nucleares genera residuos radioactivos de larga duración que deben almacenarse en la misma central y en depósitos especiales para materiales radioactivos.
Las centrales nucleares han estado siempre sujetas a un estricto control reglamentario institucional difícil de igualar por otras actividades industriales. Esta reglamentación tiene en cuenta todas y cada una de las fases que forman el ciclo de producción, contemplando también la protección de los trabajadores, el público en general y el desmantelamiento de la central al final de su vida útil
2.9. Generación solar o fotovoltaica.
El Sol es una esfera gaseosa formada, fundamentalmente, por helio, hidrógeno y carbono. Su masa es 330.000 veces la masa de la Tierra y se estima que su edad es de unos 6.000 millones de años.
El Sol se comporta como un reactor nuclear que transforma la energía nuclear en energía de radiación, energía que llega a la Tierra. Sin embargo, no toda la energía que se produce en el Sol llega a la superficie terrestre. Al atravesar la atmósfera, la radiación pierde intensidad a causa de la absorción, la difusión y la reflexión por acción de: gases, vapor de agua y partículas en suspensión de la atmósfera.
Así, la radiación que la tierra recibe del Sol se puede dividir en:
- Radiación directa: es la que atraviesa la atmósfera sin sufrir ningún cambio en su dirección.
- Radiación dispersa o difusa: es la que recibimos después de los fenómenos de reflexión y difusión.
Podríamos decir que a la Tierra llega una gran cantidad de energía solar en forma de radiaciones. Por eso, la energía solar es un recurso energético importante a tener en cuenta.
2.9.1. ¿Qué es una central solar?
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Las centrales solares son instalaciones destinadas a aprovechar la radiación del Sol para generar energía eléctrica. Existen 2 tipos de instalaciones con las que se puede aprovechar la energía del Sol para producir electricidad:
- En la central termo-solar se consigue la generación eléctrica a partir del calentamiento de un fluido con el cual, mediante un ciclo termodinámico convencional, se consigue mover un alternador gracias al vapor generado de él.
- En la instalación fotovoltaica la obtención de energía eléctrica se produce a través de paneles fotovoltaicos que captan la energía luminosa del Sol para transformarla en energía eléctrica. Para conseguir la transformación se emplean células fotovoltaicas fabricadas con materiales semiconductores.
2.9.1.1. Centrales termo-solares
Una central termo solar es una instalación que permite el aprovechamiento de la energía del Sol para producir electricidad utilizando un ciclo térmico parecido al de las centrales térmicas convencionales. Hay diferentes esquemas de centrales termo solares, aunque las más importantes son:
- Centrales de torre central. Disponen de un conjunto de espejos direccionales de grandes dimensiones que concentran la radiación solar en un punto. El calor es transferido a un fluido que circula por el interior de la caldera y lo transforma en vapor, empezando así un ciclo convencional de agua-vapor.
- Centrales de colectores distribuidos. Utilizan los llamados colectores de concentración, que concentran la radiación solar que reciben en la superficie, lo cual permite obtener, con buenos rendimientos, temperaturas de hasta 300ºC, suficientes para producir vapor a alta temperatura, que se usa para generar electricidad o también para otros procesos industriales.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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2.9.1.2. Limitaciones de las centrales termo-solares
El desarrollo de este tipo de centrales hace frente a varias limitaciones:
- Económicas: sus costes de explotación son aún muy altos, por eso no son competitivas ante otro tipo de centrales.
- Tecnológicas: aún se deben realizar muchas mejoras para aumentar la eficiencia de los sistemas de concentración y almacenaje.
- Estacionalidad: hay que hacer frente a la variabilidad de la radiación solar y las incertidumbres meteorológicas.
2.9.2. Centrales o parques fotovoltaicos
El efecto fotovoltaico es un fenómeno físico que consiste en la conversión de la energía luminosa en energía eléctrica. La energía de radiación (fotones) que incide sobre una estructura heterogénea de material (célula fotovoltaica) es absorbida por electrones de las capas más externas de los átomos que forman este material, eso crea una corriente eléctrica interior de una tensión determinada.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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Las células se conectan en serie para formar un módulo fotovoltaico.
2.9.2.1. Funcionamiento de las centrales fotovoltaicas
El elemento básico de un parque fotovoltaico es el conjunto de células fotovoltaicas que captan la energía solar, transformándola en corriente eléctrica continua. Las células fotovoltaicas están integradas en módulos que, al unirse, formarán placas fotovoltaicas.
La corriente continua generada se envía, en primer lugar, a un armario de corriente continua donde se producirá la transformación con la ayuda de un inversor de corriente y, finalmente se lleva a un centro de transformación donde se adapta la corriente a las condiciones de intensidad y tensión de las líneas de transporte de la red eléctrica.
2.9.2.2. Limitaciones de los parques fotovoltaicos
Las tecnologías disponibles se han de optimizar para que la eficiencia de las células fotovoltaicas pueda mejorar hasta llegar a cifras del orden del 18-20%.
España es un país pionero en desarrollo de esta tecnología y se facilitan ayudas económicas a este tipo de producción eléctrica.
Impacto sobre el medio ambiente de las centrales solares
Desde el punto de vista medio ambiental, la producción de electricidad a partir de este tipo de sistemas tiene grandes ventajas:
- No genera ningún tipo de emisiones atmosféricas.- No produce fluentes líquidos.- Evita el uso de combustibles fósiles.
A pesar de esto, las grandes centrales termo-solares pueden generar un gran impacto sobre el paisaje y necesitan grandes superficies para colocar los espejos direccionales. Cabe mencionar también que una vez han terminado su vida útil, las placas fotovoltaicas dejan residuos que deben ser tratados específicamente.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
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3. Revisión bibliográfica- Definición de energía eléctrica - Qué es, Significado y
Concepto http://definicion.de/energia-electrica- https://www.melecsa.com/
- Uche, J. (2013, p. 55). La energía en el agua. Zaragoza: Universidad de Zaragoza.- http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-
electricidad/xi.-las-centrales-hidroelectricas - http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/10/centrales-termicas.pdf - http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-
electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionales -
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. (Albert Einstein, 1879 – 1955)
