323N Y TRANSPORTE DE LA ) · PDF file · 2013-01-07TECNOLOGÍA 3º ESO -...

TECNOLOGÍA 3º ESO - 1

TEMA 2: PRODUCCIÓN Y TRANSPORTE DE LA ELECTRICIDAD

1. FUENTES DE ENERGÍA. TIPOS. VENTAJAS E INCONVENIENTES En esta unidad estudiaremos las fuentes de energía y las distintas centrales eléctricas. Por energía entendemos que es la capacidad que tienen los cuerpos para producir un trabajo que, generalmente, produce cambios o transformaciones en los cuerpos. Se presenta bajo varias formas que son INTERCONVERTIBLES, por ejemplo: - De energía mecánica en eléctrica y térmica - De energía térmica en eléctrica y mecánica - De energía eléctrica en mecánica, térmica, química y luminosa - De energía química en mecánica, térmica y eléctrica - De energía radiante (solar) en energía térmica, eléctrica y química. Las características de la energía son: - Se puede transferir de un cuerpo a otro - Se mide - No se gasta, se transforma Llamamos fuente de energía a todo material o fenómeno a partir del cual podemos obtener energía útil para hacer trabajos. Vamos a clasificar las fuentes de energía en: - Según su capacidad de generación:

- Renovables, que podemos disponer sin temor a que se agoten ya que la Naturaleza es capaz de regenerar rápidamente: sol, viento, corrientes de agua, mareas, calor de la tierra...

- No renovables, que tenemos una cantidad limitada: materiales radioactivos, carbón, petróleo, gas natural...

- Según el nivel de aprovechamiento, disponibilidad y desarrollo tecnológico: • Convencionales: aquellas que generan la mayor cantidad de energía, porque hay

mayor disponibilidad y están más desarrolladas tecnológicamente. Por ejemplo las procedentes del carbón, petróleo, gas, hidráulica y nuclear.

• No convencionales o alternativas: aquellas que están en desarrollo tecnológico y que su generación conlleva un mayor coste. Por ejemplo: solar, mareomotriz,..

2.- PRODUCCIÓN GENERAL DE ENERGÍA ELÉCTRICA El ser humano en la mayor parte de sus actividades, utiliza la electricidad como fuente de energía. La usa en procesos de fabricación, en el transporte, en la agricultura, en las viviendas, y en general, en todas las actividades económicas y comerciales. La energía


eléctrica para ser usada es convertida en otra forma o tipo de energía: mecánica, térmica, radiante, química,... La producción de grandes cantidades de energía eléctrica se lleva a cabo en las centrales eléctricas. La mayoría de las centrales utilizan grupos de turbina- alternador para producir electricidad:

- Turbina: constituidas por un eje giratorio y unas aspas o álabes que son impulsadas por la fuerza de corrientes de agua o vapor de agua.

- Alternador: dispone de un rotor o núcleo formado por grandes electroimanes que giran movidos por el eje de la turbina al que está unido. Este giro constante del rotor induce una corriente eléctrica en las bobinas del estator o parte externa y fija del alternador. De allí saldrán los cables que suministran la energía eléctrica a la red en forma de corriente alterna.

3.CENTRALES HIDROELÉCTRICAS La energía hidráulica es la que poseen las masas de agua que se mueven por la superficie terrestre. El sol calienta el agua del mar y hace que se evapore, formando las nubes. Éstas transportan el agua hasta las zonas altas de los continentes donde la descargan en forma de lluvia o nieve alimentando así las corrientes de los ríos, que aumentan su caudal y su energía cinética. La energía proviene de dos formas:

- Potencial: debida a la posición elevada (saltos de agua) - Cinética: debida al flujo del agua

El modo de aprovechar esta energía y transformarla en energía mecánica primero y posteriormente en eléctrica, es mediante la instalación de centrales hidráulicas en zonas donde el caudal de agua en movimiento sea lo suficientemente elevado y regular. El funcionamiento general está basado en las turbinas hidráulicas. En la sala de turbinas se ubican los equipos encargados de transformar la energía mecánica del agua en electricidad e incorporarla posteriormente a la red eléctrica. La turbina es el


elemento central, ya que se encarga de transformar la energía cinética del agua en mecánica y transmitirla a través de su eje al alternador. El eje de la turbina transmite la energía mecánica al alternador. El alternador acoplado al eje de la turbina genera una corriente alterna de alta intensidad y baja tensión. Esta corriente posteriormente pasa a un transformador que la convierte en alta tensión y baja corriente, apta para su transporte a grandes distancias con un mínimo de pérdidas.

Los factores de los que depende la energía hidráulica son:

o Relieve del río o Clima de la zona o Rentabilidad (alto coste de las máquinas)

Existen, fundamentalmente 3 tipos de centrales hidráulicas dependiendo de su emplazamiento y del modo de captación del agua:

- Las centrales de regulación se alimentan del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales, conseguidos mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes. Esta agua es utilizada según demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas. El agua almacenada en el embalse se deriva, mediante unas tuberías hasta la sala de turbinas, que suele estar situada a pie de presa. Son centrales de gran tamaño y muy potentes que generan gran cantidad de energía eléctrica


o VENTAJAS:

� El agua embalsada puede servir para el consumo humano, riego o actividades deportivas

� Rendimiento energético alto y producción muy grande � Energía producida barata � El caudal del río está regulado � Reduce el riesgo de crecidas y

asegura agua suficiente o INCONVENIENTES:

� Los embalses inundan y destruyen zonas de cultivo, pueblos y ecosistemas fluviales

� Construcción costosa

- Central de agua fluyente: No cuentan prácticamente con reserva de agua y el caudal suministrado oscila según las estaciones del año. En invierno, desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente, y en verano, la potencia disminuye en función del caudal. Suele darse en ríos con relieve accidentado y caudal regular. El río es desviado en una zona alta mediante una presa y el agua se conduce a una pequeña cámara de carga desde donde se lanza hasta la turbina forzada que aumenta su energía cinética y mantiene constante el caudal. Una vez que el agua mueve la turbina es devuelta al caudal normal del río


o VENTAJAS:

� No modifican el paisaje ni los ecosistemas fluviales. Escaso impacto ambiental

� Construcción poco costosa � Los centros de consumo suelen estar cerca de la central

o INCONVENIENTES � Rendimiento energético menor � Dependen del caudal del río � Producen menos electricidad

- Las centrales de bombeo posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos ya que disponen de dos embalses situados a diferente nivel con lo que se compensan las diferencias ocasionadas, debido a que la demanda de energía a lo largo del día es muy variable. En las horas de mayor demanda energética la central pasa el agua como una central normal, y almacena esta agua que ha pasado por la turbina en el embalse inferior. Durante las horas del día en las que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente. Las turbinas son reversibles, con lo que pueden actuar como bombas.


4. CENTRALES TÉRMICAS DE COMBUSTIÓN 4.1. FUNCIONAMIENTO GENERAL Las centrales térmicas de combustión aprovechan el calor procedente de distintas fuentes de energía para obtener vapor de agua que moverá la turbina de vapor. Dependiendo del combustible usado encontraremos distintos tipos de centrales térmicas de combustión. Una central térmica produce energía eléctrica a través de la combustión de un combustible. El proceso de funcionamiento es el siguiente:

1. El combustible se trata adecuadamente y se lleva a la caldera u horno. 2. En la caldera tiene lugar la combustión y el calor producido es empleado para

hervir el agua que fluye por las tuberías de la caldera. Esta combustión va a producir unos gases que son muy contaminantes.

3. El vapor que alcanza temperaturas de hasta 600ºC es enviado hacia la turbina para hacerla girar a gran velocidad.

4. Al salir de la turbina, el vapor pasa por un condensador donde se transforma otra vez en agua para ser bombeada nuevamente hacia la caldera.

5. El vapor producido por el condensador es enviado a la torre de refrigeración donde se transforma en agua y es bombeada al condensador.

6. El eje de la turbina está conectado a un generador que produce la electricidad.


4.2 CARBÓN El carbón es un mineral de origen orgánico constituido básicamente por carbono. Su formación es el resultado de la condensación gradual de la materia de plantas parcialmente descompuestas a lo largo de millones de año. Hay tres tipos básicos: Las plantas, al descomponerse forman una capa llamada turba.

• El lignito se forma una vez comprimida la turba. Es el de menor valor calórico porque se formó en épocas reciente y contiene menos carbono y más agua.

• La hulla se origina por la compresión del lignito. Tiene un importante poder calorífico por lo que se utiliza en las plantas de producción de energía.

• La antracita que procede de la transformación de la hulla. es el mejor de los carbones, muy poco contaminante y de alto poder calorífico. Arde con dificultad pero desprende mucho calor y poco

Además de para producir electricidad, el carbón se usa también para:

• Usos domésticos (calefacción, cocina) • Fabricación de gas • Extracción de productos químicos (brea, pez, fenol, benceno...) utilizados en

industrias de plásticos, colorantes y productos farmacéuticos. 4.3 PETRÓLEO El petróleo es un recurso no renovable que aporta la mayor parte del total de la energía que se consume en el mundo. El petróleo es un combustible fósil mezcla de hidrocarburos sólidos, líquidos y gases. Es producto de la descomposición de microorganismos marinos que se fueron acumulando en capas sedimentarias de la


corteza terrestre. La formación de una reserva de petróleo lleva cientos de miles de años y es necesario ciertos acontecimientos para que se lleve a cabo. El petróleo se encuentra en bolsas o yacimientos. Se perfora un pozo hasta el yacimiento y se extrae por medio de tuberías. Se debe evaluar el coste de la extracción. El transporte del petróleo se realiza mediante oleoductos que cruzan enorme extensiones de tierra transportando el crudo desde los pozos de producción hasta las terminales de almacenamiento, los puntos de embarque o las refinerías El petróleo crudo debe ser sometido a un refinamiento para transformarlo en los distintos productos útiles. De este refinamiento se obtienen los distintos productos que dependen de los distintos grados de ebullición del petróleo:

• Bitumen, para asfalto, tejados, impermeabilizantes • Aceites lubricantes, ceras, abrillantadores • Fuel-oil, que se usa como combustible para barcos, fábricas, calefacción • Diesel, combustible para trenes, camiones y algunos coches • Queroseno, combustible para motores de reacción y alumbrado • Nafta, para procesos químicos • Gasolina, combustible para vehículos • Gas combustible, que es un gas embotellado y se usa para productos químicos

4.4 GAS NATURAL El gas natural es un combustible fósil mezcla de hidrocarburos gaseosos (metano, propano, butano) con otros gases. Se forma por la degradación de la materia orgánica y puede encontrarse en yacimientos junto con el petróleo o de forma aislada. Se extrae mediante pozos de extracción en los yacimientos y se transporta hacia los lugares de consumo a través de gasoductos. Cuando las distancias son grandes o no es posible la instalación de un gasoducto el gas se transporta en grandes buques cisterna para lo cual es necesario convertirlo en líquido. Las ventajas con respecto a los otros combustibles son:

� Menor impacto ambiental que el resto de combustibles (produce poco CO2) � Proporciona temperaturas más altas. � Se puede encender y apagar de forma fácil, limpia y rápida.

Los principales usos del gas natural son: • Generación de electricidad: Es una fuente importante para producir energía

eléctrica mediante turbinas de gas. • Uso doméstico: En las ciudades se usa el gas natural para cocinar y calentar las

casas. En las zonas rurales o donde no hay tuberías se utilizan las bombonas de gas natural comprimido.

• Uso industrial: El gas natural también es utilizado por numerosas industrias y también se emplea como materia prima en la fabricación de abonos nitrogenados.


• Combustible para vehículos. El gas natural comprimido es utilizado como una alternativa menos costosa y más limpia que otros combustibles.

5. CENTRALES NUCLEARES Las centrales nucleares son un tipo especial de central térmica. A diferencia de las anteriores no extraen energía del calor producido al quemar un combustible fósil sino que lo sacan de la fisión del núcleo de átomos de uranio. Es fácil reconocer una central nuclear por la presencia de un edificio de grandes dimensiones en forma de cúpula que es el edificio de contención donde se halla el reactor nuclear, el lugar donde se produce la fisión nuclear. Los núcleos de algunos átomos, como el uranio, son inestables. Esto significa que, de forma natural y en un periodo de tiempo más o menos largo, acaban rompiéndose para formar otros átomos diferentes que tienen núcleos más pequeños. Este fenómeno, la rotura del núcleo de los átomos para formar átomos más pequeños, se denomina fisión nuclear. Cuando se produce la rotura o fisión de un núcleo atómico se desprende una gran cantidad de energía que antes era utilizada por el núcleo para mantenerse unido. El uranio es el elemento utilizado en las centrales nucleares, se fisiona rompiéndose en dos y formando átomos de criptón y de bario. En este proceso se libera energía y se emiten dos neutrones que salen despedidos a gran velocidad. Para aprovechar la energía de los núcleos atómicos no basta con un solo átomo, es necesario que se produzca la fisión de muchos átomos al mismo tiempo. Si ponemos suficiente cantidad de uranio junto se producirá lo que se denomina reacción en cadena. Los neutrones que salen de la fisiones chocan contra los núcleos de átomos próximos y hacen que se rompan. De cada fisión salen dos neutrones libres, lo que hace que el número de núcleos que se rompen vaya en aumento. En una reacción en cadena se libera una cantidad muy grande de energía calorífica que se puede aprovechar para generar electricidad. Radioactividad La fisión va acompañada de la emisión de partículas de gran energía. A esta emisión se le denomina radioactividad o también radiación. La exposición a la radioactividad es muy peligrosa para todos los seres vivos. Las radiaciones, al impactar contra los tejidos vivos, pueden provocar desde quemaduras a la muerte en poco tiempo, la aparición de cáncer o el nacimiento de niños con malformaciones. Por esta razón las centrales nucleares deben disponer de mecanismos de seguridad para evitar cualquier emisión de radioactividad al exterior. La central nuclear El funcionamiento de una central nuclear es el siguiente:


• En el interior del edificio de contención se haya el reactor nuclear y todos los elementos que están en contacto con la radioactividad. Está hecho de paredes de hormigón muy gruesas para evitar cualquier posible fuga radioactiva.

• El reactor es un recipiente muy resistente hecho de acero donde se introduce el combustible nuclear y tiene lugar la fisión. El uranio se coloca en forma de barras muy delgadas de unos 4 m de longitud, las barras de combustible, se necesitan centenares de estas barras. El hecho de poner mucho uranio junto hace que comience una reacción en cadena que liberará la gran cantidad de energía calorífica.

• Para controlar el calor generado por la fisión del uranio, y por tanto la potencia de la central, se colocan entre las barras de combustible otras barras de un material que absorbe los neutrones que se denominan barras de control. Estas barras de control se pueden introducir más o menos en el reactor. Cuanto más se introducen menor es la potencia generada. Si se introducen totalmente acaban deteniendo la reacción en cadena y, por tanto, la central se para.

• Dentro del reactor circula agua impulsada por bombas. Esta agua sirve para refrigerar el reactor y para extraer el calor generado hacia el exterior. Al salir del reactor el agua está a unos 300º, no está en forma de vapor ya que se mantiene a alta presión.

• El agua que sale del reactor va a parar a un aparato denominado generador de vapor y después vuelve nuevamente al reactor, a este recorrido se le denomina circuito primario. En el generador de vapor se transferirá parte de su energía calorífica a moléculas de agua de otro circuito, el circuito secundario.

• El agua del circuito secundario se transforma en vapor al recibir el calor del circuito primario. Este vapor viaja a gran velocidad por unas tuberías hasta la turbina y la hace girar. El generador está unido a la turbina por lo que también gira, produciendo electricidad.

• El vapor que sale de la turbina se tiene que volver a enfriar para convertirlo en agua para usarlo de nuevo. Esta función la realiza un aparato denominado condensador haciendo pasar una tubería con agua fría en el recipiente donde está el vapor.

• El condensador necesita agua fría para funcionar. Muchas veces se coge agua directamente de un río o del mar. En otras ocasiones se utiliza una torre de refrigeración, en cuyo interior se forma una corriente de aire frío que entra por la parte inferior y sale por arriba. Este aire enfría el agua del condensador que se hace caer como si fuera una ducha.

Cuando el combustible se gasta se convierte en un residuo radioactivo muy peligroso que es necesario tratar con mucho cuidado. Al principio se guarda en las mismas centrales, pero más adelante es necesario buscarle un lugar definitivo durante miles de años hasta que deje de ser radioactivo.


VENTAJAS

� Producen una gran cantidad de energía muy barata � Cuando funcionan correctamente no producen gases contaminantes � Las reservas de Uranio aunque son limitadas, son grandes

INCONVENIENTES � Su tecnología, cara y complicada, no es accesible para todos los países � Generan residuos radioactivos de difícil eliminación � En caso de rotura del reactor, las fugas son muy peligrosas. Pueden causar

graves enfermedades y permanecen en el ambiente durante muchos años � El agua de la refrigeración de las centrales es devuelta al medio bastante

caliente por lo que los ecosistemas acuáticos pueden verse afectados. � Se tardan muchos años en construir una central nuclear

6. CENTRALES SOLARES Del sol podemos utilizar el calor y la luz. En función de qué aprovechemos del mismo tendremos energía solar térmica (aprovecha el calor del sol) o energía fotovoltaica (aprovecha la luz del sol)


6.1. TERMICAS Las centrales solares térmicas aprovechan el calor del sol para hacer girar un generador eléctrico y producir electricidad. Existen tres tipos de centrales termosolares:

• Receptor central de torre y campo de helióstatos con turbina de vapor • Concentrador cilíndrico-parabólico con turbina de vapor • Concentrador parabólico con motor Stirling

1. Una central termosolar de torre está compuesta por una gran extensión de espejos planos, los helióstatos, que reflejan la luz del sol en un receptor situado en lo alto de una torre. Los espejos o helióstatos son movidos por unos motores eléctricos que van girando poco a poco de manera que siempre refleje la luz del sol en el receptor de la torre. En el receptor situado en lo alto de la torre se concentra toda la energía solar captada por el campo de helióstatos alcanzándose una temperatura de más de 500ºC. En el interior del receptor hay una caldera por donde circula un fluido que se calienta al recibir los rayos del sol. El resto de la central es igual que una central térmica convencional. El fluido del circuito primario calienta el agua del circuito secundario, generando vapor a gran presión que hace girar la turbina y ésta al generador eléctrico. El vapor que sale de la turbina se enfría, mediante una torre de refrigeración, para licuarlo y volverlo a utilizar.


2. Las centrales de colectores cilíndrico-parabólicos concentran la luz solar en un tubo central por el que circula aceite térmico que se calienta a una temperatura de unos 300ºC, suficiente para producir vapor de agua y generar electricidad. Los colectores se agrupan y conectan entre sí para formar centrales solares. El fluido calentado se envía al edificio de turbinas, donde se usa para producir vapor de agua y hacer girar la turbina de vapor y generar electricidad.

3. Los concentradores con motores Stirling es la asociación de un motor Stirling (un tipo de motro de combustión) y de un espejo parabólico. El espejo concentra la luz solar que recibe en un punto, el foco, donde se sitúa un motor striling. Gracias al calor del sol el motor gira y acciona un generador eléctrico, que produce electricidad

Ventajas:

• No emite ningún contaminante ni genera ningún residuo peligroso • Es una energía renovable, se regenera de forma natural • la fuente de energía es gratuita • Es una tecnología por explotar, las empresas que desarrollen sistemas

económicamente viables tendrán un gran mercado Inconvenientes:

• Necesitan una superficie muy grande


• Su producción es discontinua aunque, como hemos visto, se están desarrollando tecnologías para almacenar la energía solar.

• El coste de la energía solar todavía es más cara que la de origen convencional.

6.2. FOTOVOLTAICAS Los sistemas fotovoltaicos se basan en dispositivos denominados células solares o células fotovoltaicas, que funcionan gracias al efecto fotovoltaico, por el cual la energía de los fotones de luz se transforma directamente en energía eléctrica. Estas células solares utilizan materiales semiconductores, especialmente el silicio. El funcionamiento de una célula solar es el siguiente: Un fotón de luz que choca contra un átomo de silicio puede hacer que uno de sus electrones de la capa de valencia tenga suficiente energía para deshacerse de la atracción del núcleo del átomo. Este electrón puede moverse entonces de una manera aleatoria entre los átomos del semiconductor, se dice que es un electrón libre. La capa de silicio tipo n (la iluminada) se caracteriza por tener impurezas de fósforo, la capa p (la posterior) tiene impurezas de Boro. Esto hace que ambas tengan diferentes concentraciones de electrones. Si ponemos en contacto la capa n y la capa p se forma un campo eléctrico. La función de este campo eléctrico es inducir a todos los electrones libres a moverse en la misma dirección, hacia la capa n. De esta manera en la capa n se van acumulando cargas negativas y en la capa p, debido a la ausencia de electrones, cargas positivas. Si conectamos una cable entre las dos capas los electrones que se encuentren en exceso en la capa n pueden viajar hacia la capa p generando corriente eléctrica que puede ser utilizada para realizar un trabajo útil, por ejemplo hacer funcionar una bombilla. Las células solares producen corriente continua. La tensión de salida de una célula individual es de aproximadamente 0,5 V. Un panel solar es un conjunto de células conectadas en serie y recubiertas para protegerlas de las inclemencias meteorológicas. Hay dos tipos de sistemas fotovoltaicos:

1. Sistemas aislados: Son instalaciones que tienen total autonomía energética. Por distintos motivos no es posible o conveniente hacer llegar a la red de distribución eléctrica (casas rurales aisladas, sistemas de señalización, satélites, vehículos solares). Los componentes básicos son:

a. Paneles fotovoltaicos, que generan la energía eléctrica. b. El regulador de carga que evita que las baterías se estropeen si se

sobrecargan. Cuando las baterías están cargadas el regulador corta la conexión eléctrica entre éstas y los paneles.

c. Las baterías que almacenan la energía sobrante d. Cuando es necesario tener corriente alterna se usa un inversor o

convertidor.


2. Sistemas conectados a la red: En las instalaciones conectadas a la red la energía producida por los paneles solares se vende a la red eléctrica, y cuando las células solares no producen suficiente energía es la red de distribución la que suministra la electricidad necesaria. Está formada por los siguientes elementos:

a. Paneles solares, que generan la energía eléctrica b. Un inversor que transforma la corriente continua en corriente alterna c. Un contador eléctrico de salida, que cuenta la energía vendida a la red d. Un contador eléctrico de entrada, que cuenta la energía comprada a la

red.

Los sistemas conectados a la red no necesitan ni regulador ni baterías. La red eléctrica hace de batería ya que absorbe la energía sobrante y suministra energía cuando el sistema fotovoltaico no funciona o no genera suficiente electricidad.

� VENTAJAS: o Es inagotable


o Tiene un bajo impacto ambiental o Permite la electrificación de zonas aisladas o Proporciona energía barata y de calidad o Una vez amortizado los gastos su mantenimiento es barato y fácil

� INCONVENIENTES: o Es muy intermitente y no tiene la misma intensidad en toda la tierra o Algunas tecnologías son caras y complicadas o Rendimiento energético bajo o Las instalaciones solares de alta potencia necesitan generalmente grandes

superficies de terreno para ser rentables por lo que provocan graves alteraciones

7. CENTRALES EÓLICAS La utilización de la energía eólica, es decir, el aprovechamiento de la fuerza del viento, es muy antigua. La primera aplicación fue el uso de velas en los barcos. Posteriormente, hace unos dos mil quinientos años, aparecieron en la antigua Persia los primeros molinos de viento, que se usaban para moler cereales y hacer harina o para extraer agua de los pozos. Desde Persia los molinos de viento se extendieron por todo el mundo. Durante el siglo XX se desarrollaron molinos para producir electricidad. A estor molinos se les llama aerogeneradores. Los AEROGENERADORES producen energía eléctrica a partir del movimiento del viento. Se puede utilizar de dos formas:

o De forma autónoma o De forma centralizada: PARQUES EÓLICOS

Un aerogenerador tiene las siguientes partes:

• Palas, construidas de materiales ligeros y a la vez resistentes son parecidas a las alas de un avión

• Rotor, es el conjunto de todas las palas. Normalmente un aerogenerador tiene tres.

• Góndola, es el soporte que sustenta y protege al generador eléctrico y a los elementos de control

• Torre, hecha de chapas de acero dobladas en forma cilíndrica. Tiene la función de mantener elevado el rotor para así poder aprovechar mejor la fuerza del viento.

• Freno aerodinámico se encarga de parar el rotor cuando el viento es demasiado lento o demasiado rápido. Impide que se rompan las palas.

• Cimientos, que permiten sujetar bien el molino al terreno. • Sensores, captan la información del exterior para adoptar su funcionamiento a

las características del viento. Los más importante son: o Anemómetro que mide la velocidad del viento


o La veleta que mide la dirección del viento

Haciendo girar rápidamente el eje del generador se produce electricidad. Transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Esta electricidad es extraída del generador a través de unos cables que bajan por el interior de la torre. El generador está unido al rotor a través de dos ejes - El eje principal es más grueso ya que tiene que sostener al rotor y soportar grandes esfuerzos - El eje secundario es más delgado y es el que hace que gire el generador. Entre estos dos ejes está el multiplicador que es una caja de engranajes que hace que el eje del generador gire más rápidamente. También hay un freno de seguridad para parar el generador cuando hay que repararlo o cuando hay algún problema de funcionamiento.


Cuando el viento cambia es necesario que la góndola gire horizontalmente para poner las palas de cara al viento. Para hacerlo dispone de un mecanismo de giro accionado por un motor eléctrico. A la hora de instalar las máquinas eólicas se tiene que tener en cuenta:

� CARATERISTICAS DEL LUGAR DE INSTALACIÓN o Sople el viento con regularidad e intensidad o No sople con tal intensidad que rompa la instalación (5 –20 m/s)

� TAMAÑO DE LA MÁQUINA o Captan mejor la energía cuanto más altas sean

VENTAJAS: � La materia prima no se agota y es gratuita � Su construcción no es costosa ni complicada y su coste de manipulación y

mantenimiento es bajo � Reduce la dependencia energética con el exterior � No emite ningún contaminante ni genera ningún residuo peligros

INCONVENIENTES: � Peligro para las aves � Contaminación acústica � La producción es discontinua � Alteraciones en el paisaje

8. LA ENERGÍA DEL MAR 8.1. MAREOMOTRIZ Las centrales mareomotrices aprovechar la energía de las mareas conteniendo el agua en un embalse artificial durante la pleamar y soltarla durante la bajamar. Una central mareomotriz es muy parecida a una central hidroeléctrica convencional. Se construye un dique que encierra un trozo de mar en una zona donde las mareas son de gran altura. En este dique se hacen unas aberturas cerradas con compuertas donde se colocan turbinas con generadores. La forma más habitual de generación de electricidad es la siguiente: cuando sube la marea se deja pasar el agua del mar a través de las compuertas. Cuando el nivel de agua es máximo se cierran las compuertas. Al bajar la marea se abren las compuertas y el flujo de agua saliente mueve las turbinas y los generadores produciendo electricidad.

� Condiciones: o Debe contar con un estuario o una bahía que permita la recogida y el

almacenamiento del agua o El estuario o la bahía debe permitir la implantación de la instalación y su

explotación


o La variación en la altura del nivel de mar entre la pleamar y la bajamar sea al menos de 5 m.

VENTAJAS: • No emite ningún contaminante ni genera ningún residuo peligroso • Se trata de una energía renovable, se genera de forma natural • El coste de mantenimiento es bajo

INCONVENIENTES: • Se necesita una inversión muy elevada para construir una central mareomotriz • La producción de energía no es continua, sino sólo durante unas horas al día • Se puede producir un impacto ambiental importante en la zona donde se instala • Sólo se pueden aprovechar lugares donde el impacto ambiental sea reducido.

8.2. MAREOMOTÉRMICA Es la energía que utiliza las diferencias de temperaturas que existen entre la superficie y el fondo marino. Deben tener una diferencia de unos 18-25ºC 8.3. ENERGÍA DE LAS OLAS Y DE LAS CORRIENTES MARINAS La energía de las olas consiste en el aprovechamiento de la fuerza de las olas. Se emplea una serie de construcciones en la línea de la costa diseñadas para aprovechar el movimiento del oleaje y generar electricidad.

• Las olas ingresan en la cámara de aire • El agua empuja el aire que se encuentra dentro de la cámara • El aire pasa a través de la turbina impulsando la hélice y ésta, a su vez, acciona

un generador de electricidad • El agua se retira de la cámara que vuelve a llenarse de aire � El aprovechamiento de la energía de las olas se realiza mediante unos

dispositivos denominados convertidores capaces de transformar la energía de las olas en energía mecánica

9. ENERGÍA GEOTÉRMICA La energía geotérmica es la que procede del calor interno de la Tierra o de zonas volcánicas que calienta las rocas que hay alrededor (yacimiento o campos geotérmicos): fuentes termales y géiseres. La temperatura de la tierra aumenta con la profundidad y la energía geotérmica trata de aprovechar el calor desprendido por la tierra para obtener energía eléctrica. Tipos de yacimientos


Formación de un yacimiento


En la actualidad, la utilización de la energía geotermal se encuentra limitada por la tecnología que transporta el agua en estado líquido o vapor desde zonas profundas a la superficie:

1. Mediante un tubo, el vapor es transportado hasta la superficie. 2. El vapor que sube con altísima presión, acciona una turbina 3. La turbina gira a gran velocidad y mueve un generador eléctrico que produce la

electricidad que es enviada a la red. 4. El vapor es enviado a un condensador donde vuelve al estado líquido 5. El agua pasa a una torre de enfriamiento donde se baja su temperatura. 6. El agua se devuelve al terreno para recargar el depósito y completar el ciclo

renovable de la energía. En general para extraer su energía es necesario que en el terreno que rodea la fuente de calor del yacimiento haya un fluido. Dicho fluido, al circular cerca de la fuente de calor, se calienta. Puede ser natural o artificial

� VENTAJAS: o Existen Grandes recursos geotérmicos en el planeta o Algunos recursos geotérmicos se pueden explotar con facilidad (géiseres,

manantiales de agua caliente...) o Resulta rentable utilizarla para producir energía eléctrica

� INCONVENIENTES o Localizar los yacimientos resulta difícil y costoso o Los rendimientos totales resultan aún bajos o La explotación a gran escala ocasiona una serie de impactos ambientales:

� Deterioran los valores estéticos y ecológicos de la zona � Puede alterar la estabilidad del suelo � Altos niveles de ruido

10. ENERGÍA DE LA BIOMASA La biomasa es el resultado del proceso de transformación que sufre la materia orgánica de origen animal o vegetal. Por medio de este proceso, que puede hacerse en forma natural o artificial, se generan subproductos que no tienen valor para la cadena nutritiva o no sirven para la fabricación de productos de mercado, pero pueden usarse como combustible. La procedencia de la biomasa residual puede ser:

� Procedentes de actividades agrícolas, ganaderas y forestales � Residuos de industrias agrícolas y forestales. � Residuos sólidos urbanos (RSU)

La biomasa se puede clasificar en: • Biomasa natural producida por la naturaleza sin intervención humana (podas

naturales)


• Biomasa seca, subproductos sólidos no utilizados en actividades agrícolas, forestales ni industrias agroalimentarias o madereras (cáscara de almendra, podas de frutales, serrín)

• Biomasa residual húmeda que son los vertidos biodegradables (aguas residuales urbanas e industriales)

• Cultivos energéticos: cultivos cuya finalidad es producir biomasa transformable en combustible (cardo, girasol, miscanto,..)

• Biocarburantes que tienen su origen en el reciclado de aceites y la transformación del trigo, maíz, colza, girasol,…

Aplicaciones de la biomasa: • Energía térmica: aire o agua caliente, vapor,… • Energía eléctrica para mover distintos tipos de turbinas • Energía mecánica en motores de vehículos alimentados con biocarburantes.

11. TRANSPORTE DE LA ENERGÍA La energía eléctrica se transporta hasta las zonas habitadas mediante tendidos de cables conductores de alta tensión a lo largo de centenares de kilómetros. Conforme la electricidad se acerca a los polígonos industriales o núcleos de población se disminuye la tensión hasta alcanzar niveles más bajos Las operaciones de bajada y subida de tensión se llevan a cabo en ESTACIONES TRANSFORMADORAS. Se eleva la tensión para transportar la energía eléctrica para disminuir las pérdidas por calor.


Los transformadores son aparatos que se emplean para aumentar o disminuir el voltaje en un circuito eléctrico de corriente alterna. Están formados por dos bobinas enrolladas alrededor de un núcleo de hierro. Dichas bobinas se denominan circuito

primario y secundario. La magnitud del voltaje inducido (el voltaje en el circuito secundario) depende de la magnitud del voltaje inductor (el voltaje en el circuito primario) y del número de espiras de

ambos circuitos. La relación entre estas magnitudes viene dada por la expresión:

donde Vs es la tensión inducida en el circuito secundario, Vp es la tensión en el circuito primario, Ns es el número de espiras en el circuito secundario y Np es el número de

espiras en el circuito primario. En un transformador ideal, la potencia que proporciona el circuito secundario debería ser igual a la que proporciona el circuito

primario: donde Ip es la intensidad en el circuito primario, Is es la intensidad en el circuito secundario, Vp es la tensión en el circuito primario y Vs es la tensión en el circuito secundario. Los transformadores son los aparatos encargados de esta operación. Los tendidos de alta tensión, por los que circula la electricidad a voltajes superiores a 100000 V, están interconectados formando una gran red que se extiende por todo el

Vs / Vp = Ns / Np

Ip . Vp = Is . Vs


país y que facilita la distribución de la energía eléctrica a todos los puntos y centros de consumo. Cerca de las ciudades y de otros puntos importantes de consumo, como grandes polígonos o explotaciones industriales, se realiza la conversión de la corriente eléctrica de alta tensión en corriente de media tensión. Esto se hace en las estaciones transformadoras, en las que la corriente se transforma a 66000 V. En las subestaciones transformadoras, el voltaje se reduce todavía más, dejándolo en 22000 V. La última reducción de la tensión se lleva :; cabo en los centros de transformación, en los que esta se llega a disminuir hasta los 220 ó 380 V (baja tensión). 12. EL AHORRO ENERGÉTICO Y PROBLEMAS MEDIOAMBIENTALES El elevado consumo energético de los países industrializados está produciendo problemas tan importantes como:

� Agotamiento de los recursos energéticos o Agotamiento de fuentes de energía no renovables

� Dependencia del petróleo, gas natural,... o Agotamiento de recursos hídricos

� La mayor parte del agua de regadíos se pierde por evaporación � La extracción de agua subterránea mediante pozos puede agotar

sus depósitos � La ganadería industrial gasta grandes cantidades de agua � Algunos usos domésticos consumen mucho agua � Algunos procesos industriales desperdician mucha agua

o Agotamiento de recursos biológicos � Pérdida de la biodiversidad � Deforestación

• Erosión y desertización • Alteraciones en el ciclo del agua • Alteraciones climáticas

o Agotamiento de minerales � Aumento de la contaminación

o Contaminación del aire (quema de combustibles fósiles) � Lluvia ácida � Cambio climático (efecto invernadero) � Destrucción de la capa de ozono

o Contaminación del suelo � Fertilizantes agrícolas � Pesticidas � Metales pesados


� Residuos tóxicos, biosanitarios y radioactivos � Contaminantes orgánicos

o Contaminación del agua � Vertidos de agua caliente � Fertilizantes de la agricultura � Detergentes � Metales pesados � Contaminación por el petróleo

o Aumento de los residuos � Desequilibrio económico y social

Se propone el DESARROLLO SOSTENIBLE:

� Evitar el agotamiento de los recursos no renovables � Desarrollar los recursos renovables � Disminuir el consumo en los países desarrollados � Fomentar el progreso en los países poco desarrollados � Proteger la biodiversidad de los ecosistemas naturales � Hacer compatibles el medio ambiente y la economía

323N Y TRANSPORTE DE LA ) · PDF file · 2013-01-07TECNOLOGÍA 3º ESO -...

Documents

Transcript of 323N Y TRANSPORTE DE LA ) · PDF file · 2013-01-07TECNOLOGÍA 3º ESO -...