LA ENERGIA ELECTRICA

Energía eléctrica
Tecnología Industrial
LA ENERGIA ELECTRICA
En una de las formas de manifestarse la energía. Tiene como cualidades la docilidad en su control,
la fácil y limpia transformación de energía en trabajo, y el rápido y eficaz
transporte, son los cualidades que permiten a la electric idad ser "casi" lo
energía perfecta.
El gran problema de la electricidad es su dificultad para almacenaría.
Si e n estos momentos se pudiera condensar el fluido eléctrico con la misma
facilidad con lo que se almacena cualquier otro fluido energético, por ejemplo
lo gasolina, estaríamos ante una de las mayores revoluciones tecnológicos de nuestro tiempo.
LA ELECTRICIDAD
Los fundamentos físicos de la electricidad se explican a partir del modelo atómico. La materia
está compuesta por un conjunto de partículas ele mentales: electrones, protones y neutrones. Cuando un
átomo tiene el mismo número de protones (cargas positivas) que de electrones (cargas negativas) es
eléctricamente neutro. Es decir, la electricidad no se manifiesta, ya que las cargas de diferente signo se
neutralizan.
Los electrones de las capas más alejadas del núcleo, sobre todo de los átomos metálicos, tienen
cierta facilidad para desprenderse. Cuando un átomo pierde electrones queda
cargado positivamente y si, por el contrario, captura electrones, entonces queda
cargado negativamente. Este es el principio por el que algunos cuerpos adquieren
carga negativa (hay más electrones que protones) o adquieren carga positiva (hay
más protones que electrones). Un cuerpo con carga negativa tiene predisposición a
ceder electrones y un cuerpo con carga positiva tiene tendencia a capturarlos. Por lo
tanto, cuando se comunican dos cuerpos con cargas eléctricas distintas, mediante un
material conductor de la electricidad, fluye una corriente eléctric a que no es otra
cosa que la circulación de electrones. Por lo tanto, la corriente eléctrica circula desde el cuerpo cargado
negativamente hacia el cuerpo positivo.
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Producción de electricidad
Para que se produzca una corriente eléctrica es necesario que exista una diferencia de potencial o
tensión eléctrica entre dos puntos. Dicha diferencia se puede conseguir por distintos procedimientos:
- Por transformación química. Al sumergir dos metales diferentes, o un metal y carbón, en una
solución apropiada, se origina una diferencia de potencial entre los dos metales. Las pilas se basan en este
hecho.
- Por Inducción. Si se desplaza un conductor eléctrico en el interior de un campo magnético,
aparece una diferencia de potencial en los extremos del mismo. Los generadores industriales de
electricidad están basados en esta propiedad electromagnética.
- Por calentamiento. Cuando se calienta una soldadura de dos metales distintos, aparece una
tensión eléctrica. Esta tensión es muy pequeña, por lo que suele tener aplicaciones para la medida de
temperaturas.
- Por acción de la luz. Al incidir los fotones de la luz sobre ciertos materiales aparece un flujo de
corriente de cierta importancia. Las células fotovoltaicas aprovechan esta energía, tal como se ha visto en
temas anteriores.
- Por fricción. Al frotar dos objetos entre sí puede producirse una diferencia de potencial entre
ellos. Por ejemplo, la electricidad estática que suele acumular un coche está ligada al rozamiento del aire
con la carrocería y al propio rozamiento de las ruedas. Igualmente, al frotar una varilla de vidrio o plástico
con un trozo de lana aparece una acumulación de cargas de diferente signo en ambos objetos.
- Por presión. Algunos materiales tienen la propiedad de que, al serles aplicadas fuerzas de
compresión o de tracción, aparecen tensiones eléctricas en sus superficies. Este fenómeno piezbeléctrico
es característico de algunos cristales, principalmente cuarzo, y tiene diferentes aplicaciones para la
producción de pequeñas corrientes: micrófono, reloj de cuarzo o mechero.
CENTRALES ELÉCTRICAS
De todos estos procedimientos para la producción de electricidad, el más conveniente para
transformar una energía mecánica en corriente eléctrica es el basado en el principio de inducción.
La energía cinética del agua que cae por la tubería de una central, el movimiento de las aspas de
un aerogenerador o la presión que ejerce el vapor de una central térmica son fácilmente transformables en
electricidad. Para ello, sólo es necesario intercalar un generador de electricidad, el cual, en esencia, no es
más que un conjunto de conductores q ue se mueven en el interior de un campo magnético.
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El funcionamiento global de una central eléctrica es básicamente el mismo, sea ésta térmica,
nuclear o hidroeléctrica. Simplemente, consiste en transformar la energía cinética del vapor o del agua en
energía mecánica de rotación. De ello se encarga la turbina, que, al estar solidariamente unida al
generador de electricidad, permite transformar movimiento en electricidad.
El condensador es un elemento que hace posible que el vapor de agua, a la salida de la turbina, se
convierta en agua líquida, para volver a repetir el proceso de calentamiento en la caldera.
Finalmente, el transporte de la electricidad interesa hacerlo a muy altas tensiones para reducir las
pérdidas, por lo que debe elevarse la tensión de salida del generador varias decenas de veces. El
transformador es el encargado de hacer esta última función.
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
La producción de energía eléctrica se realiza en centrales eléctricas, y debe ajustarse al consumo,
dada la imposibilidad de almacenar la electricidad. La ubicación de las centrales de producción debe de
estar lo más próxima posible a los centros de consumo, además, los centros de producción están interconectados entre sí para poder efectuar intercambios de energía desde las zonas excedentes de
producción hacia aquellas en que la producción no cubre el consumo. Los principales tipos de centrales de
producción de energía eléctric a son:
1º Centrales térmicas
Las centrales termoeléctricas convencionales producen la
electricidad a partir de la energía calorífica desprendida por la
combustión de fuel-oil, carbón, gas natural. El combustible se quema
en una caldera, y el calor producido se transmite al agua, que se
convierte en vap or a alta temperatura. Después de circular por una
serie de conductos, acciona las turbinas e impulsa sus álabes
haciéndolos giran Dicho movimiento es transmitido al generador que,
por los fenómenos de ele ctromagnetismo y de inducción, convierte la
energía cinética del vapor de agua en energía eléctrica.
Los principales elementos que constituyen una central termoeléctrica son:
- Combustible : el combustible, ya sea fuel-oil, gas o carbón, llega a la central térmica desde los
almacenamientos situados en los parques adyacentes a la central.
En el caso del carbón, se conduce mediante cintas transportadoras al molino, para su triturado. El
carbón, una vez pulverizado, se mezcla con aire caliente y se inyecta a presión en la caldera para su
combustión.
Si es de fuel-oil, se precalienta para que fluidifique, antes de ser inyectado en los quemadores de
la caldera.
Si es de gas, los quemadores estarán concebidos para quemar este tipo de combustible.
- Caldera: la caldera genera el vapor que accionará los cuerpos de las turbinas. Después de
accionar estas, el vapor se convierte en líquido en el condensador. El agua obtenida por la condensación
de vapor se somete a diversas etapas de calentamiento, y se inyecta de nuevo en la caldera, en las
condiciones de presión y temperatura más adecuadas para obtener el máximo rendimiento del ciclo.
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- Calentadores: el agua que circula en un circuito cerrado se calienta sucesivamente en el
calentador y en el sobrecalentador, antes de ser enviada a la turbina.
- Chimenea: al objeto de minimizar los efectos de la combustión del carbón sobre el medio
ambiente, parte de los contaminantes son retenidos en el interior de la propia central mediante los
llamados precipitadores.
- Turbinas : el rotor de la turbina de una central
térmica se mueve solidariame nte con el rotor del generador,
después de que el vapor haya accionado los álabes de los
cuerpos de las turbinas de alta presión, media presión y baja
presión.
- Torre de refrigeración: las torres de refrigeración
tienen por misión trasladar a la atmósfera el calor extraído del
condensador, cuando el sistema de agua de circulación que
refrigera el condensador opera en circuito cerrado.
- Alternador: en el generador es donde se produce la energía eléctrica, la cual es transportada
mediante lineas de transporte a alta tensión a los centros de consumo.
2º Centrales nucleares
Consta de los siguientes elementos:
- Reactor nuclear. Ya visto con anterioridad.
- Intercambiador de calor. Compuesto por un recipiente donde llega el
fluido a alta temperatura, procedente del reactor y que cede esta al agua
convirtiendose en vapor.
- Turbinas : de idénticas características a la de la c. térmica.
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- Torre de refrigeración: de
idénticas características a la de la c.
térmica
- Alternador: de idénticas
características a la de la c. térmica
3º Centrales hidráulicas
Aprovechan la energía contenida en el salto de agua de las
presas para mover unas turbinas que a su vez accionan los alternadores.
Constan de:
Pre sa: retiene el agua y garantiza el paso constante de agua
Turbinas: obtienen movimiento de de rotación por la acción de
la energía del cinética del agua.
Alternadores: de idénticas características a la de la c. térmica
4º Centrales eólicas
Aprovechan el movimiento de rotación obtenido en los
aerogeneradores para accionar directamente los alternadores contenidos en
las mismas góndolas.
5º Centrales solares
Pueden ser de dos tipos, como sabemos, según aprovechen el calor o la luz.
En el primer caso se usan las
centrales solares de alta temperatura para
producir directamente la evaporación del
agua y por tanto el vapor necesario para
mover las turbinas que a su vez accionan
los alternadores.
Constan, básicamente, de los
mismos elementos que las térmicas y las nucleares, con la diferencia del origen del calor para producir el
vapor.
En el segundo caso, producción con células solares, ya se vio con anterioridad, es decir, es la
producción de energía eléctrica directamente por medio del efecto fotovoltaico.
6º Centrales de RSU y Biomasa
El proceso es similar al de las centrales térmicas. En este caso
el combustible es no es de origen fósil sino directamente los residuos
con la instalación adaptada a ello convenientemente. Una segunda
opción es utilizar como combustible el gas producido de estas
materias por el métodos ya vistos.
7º Centrales geotérmicas
Se utilizan para ello los yacimientos térmicos de alta
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temperatura. Donde el vapor obtenido se aprovecha directamente para accionar las turbinas y estos a los
alternadores.
8º Centrales de energía marina
Pueden ser, como sabemos de dos tipos, según aprovechen la energía de las mareas o de las olas, pero en
ambos casos se aprovecha el movimiento de las turbinas para accionar directamente los alternadores.
LA COGENERACIÓN DE ENERGÍA
En una central termoeléctrica, el combustible calienta agua hasta convertirla en vapor a alta
temperatura. Este vapor se proyecta sobre una turbina, que mueve un alternador, para producir
electricidad.
La totalidad de la
energía termocinética del vapor
no puede transformarse en
electricidad. Existe un calor
residual que ha de ser, simple mente, evacuado a la atmósfera
antes de repetirse el ciclo de
calentamiento del agua. La
cogeneración
consiste
en
producir energía eléctrica y
calor allá donde se demanda,
partiendo de un único proceso.
En resumen, un sistema de
cogeneración es una pequeña
central termoeléctrica en la que se aprovecha el calor sobrante para otros usos industriales.
Esta es una medida de ahorro muy importante, ya que aumenta el rendimiento energético del
combustible hasta más del 80%. Por otro lado, permite una mayor independencia energética en las
industrias.
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