MODULO CENTRAL TERMICA

MODULO DE PRODUCCION Y DISTRIBUCION ELECTRICA I TRIMESTRE
Centrales térmicas convencionales
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. 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 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.
3. 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.
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.
4. Impactos medioambientales 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
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. 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, 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.
 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.
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
ladisposición 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.


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.
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.
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.


Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria
de energía eléctrica es máxima, estas centrales trabajan como una central
hidroeléctrica convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo
girar las turbinas y después queda almacenada en el embalse inferior.
Durante las horas del día de menor demanda, el agua es bombeada al embalse
superior para que vuelva a hacer el ciclo productivo.
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.
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.
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.
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. ¿Qué es una central térmica de ciclo combinado?
La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad
mediante la utilización conjunta de dos turbinas:
 Un turbogrupo de gas
 Un turbogrupo de vapor
Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se
superponen dos ciclos:
 El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la
atmósfera y se somete a un calentamiento y compresión para aprovecharlo
como energía mecánica o eléctrica.
 El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo de
calor con la producción de trabajo o creación de energía a partir de vapor de
agua.
2. Ventajas del Ciclo Combinado
Las características principales de las centrales térmicas de ciclo combinado son:






Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales, hasta
un mínimo de aproximadamente el 45% de la potencia máxima.
Eficiencia elevada. El ciclo combinado proporciona mayor eficiencia por un
margen más amplio de potencias.
Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas convencionales.
Coste de inversión bajo por MW instalado.
Periodos de construcción cortos.
Menor superficie por MW instalado si lo comparamos con las centrales
termoeléctricas convencionales (lo que reduce el impacto visual).


Bajo consumo de agua de refrigeración.
Ahorro energético en forma de combustible
3. Partes fundamentales de una central de ciclo combinado
Para entender el funcionamiento de una central térmica de ciclo combinado hay
que conocer primero las partes que la forman:
Turbina de gas. Que consta de:
o Compresor, cuya función es inyectar el aire a presión para la combustión
del gas y la refrigeración de las zonas calientes.
o Cámara de combustión, donde se mezcla el gas natural (combustible) con
el aire a presión, produciendo la combustión.
o Turbina de gas, donde se produce la expansión de gases que provienen
de la cámara de combustión.
Consta de tres o cuatro etapas de expansión y la temperatura de los gases en
la entrada está alrededor de 1.400ºC saliendo de la turbina a temperaturas
superiores a los 600ºC.

Caldera de recuperación. En esta caldera convencional, el calor de los gases
que provienen de la turbina de gas se aprovecha en un ciclo de agua-vapor.
 Turbina de vapor. Esta turbina acostumbra a ser de tres cuerpos y está
basada en la tecnología convencional.
Es muy habitual que la turbina de gas y la turbina de vapor se encuentren
acopladas a un mismo eje de manera que accionan un mismo generador
eléctrico.

Turbina de vapor del Bloque V de la Central Térmica de Ciclo Combinado de
Besòs
4. Funcionamiento de una central de ciclo combinado
En primer lugar el aire es comprimido a alta presión en el compresor, pasando
a la cámara de combustión donde se mezcla con el combustible.
A continuación, los gases de combustión pasan por la turbina de gas donde se
expansionan y su energía calorífica se transforma en energía mecánica,
transmitiéndolo al eje.
Los gases que salen de la turbina de gas se llevan a una caldera de
recuperación de calor para producir vapor, a partir de este momento tenemos
un ciclo agua-vapor convencional.
A la salida de la turbina el vapor se condensa (transformándose nuevamente en
agua) y vuelve a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de
vapor.
Actualmente la tendencia es acoplar la turbina de gas y la turbina de vapor a un
mismo eje, de manera que accionan conjuntamente un mismo generador
eléctrico.
5. Impactos medioambientales de les
centrales de ciclo combinado
La utilización de gas natural para la
generación de electricidad mediante
la tecnología del ciclo combinado se
encuentra dentro de la política
medioambiental de un gran número
de países, ya que ofrece un gran
número de ventajas en comparación
con el resto de tecnologías de
producción eléctrica.
En concreto, las emisiones de
CO 2 en relación a los kWh
producidos son menos de la mitad
de las emisiones de una central
convencional de carbón.
1. La radioactividad
La radiación es la emisión o propagación de energía en forma de ondas o de
partículas subatómicas como, por ejemplo, las ondas electromagnéticas
emitidas por el Sol o las partículas emitidas por sustancias radioactivas.
La radioactividad es una propiedad interna de los átomos, por eso está muy
relacionada con el estudio de la estructura de la materia. Numerosos científicos
colaboraron en estos descubrimientos: Rutherford, Pierre y Marie Curie,
Bequerel, Geiger y Marsden, Planck, Bohr, Hertz, entre muchos más.
Emisiones radioactivas
Cuando se produce alguna transformación en los núcleos atómicos se emiten
partículas y radiaciones electromagnéticas de elevada frecuencia. Hay
elementos que pueden producir este fenómeno de manera natural y hay otros
de los cuales se pueden obtener isótopos radioactivos de forma artificial.
Radioactividad natural
Puede ofrecer tres tipos de transiciones radioactivas, a cada una de las cuales
le corresponde un tipo de radiación:



Radiación Alfa. Una desestabilización
del núcleo puede llegar a hacer que dos
protones y dos neutrones se junten y
formen un núcleo de helio con energía
suficiente como para abandonar el núcleo
inicial.
Radiación Beta. En esta radiación un
neutrón se transforma en un protón. Esta
radiación es mucho más penetrante que
la radiación Alfa y para frenarla es
necesaria una lámina de aluminio de unos
cuantos milímetros de grosor. Por lo tanto, puede afectar fácilmente a los
tejidos humanos.
Radiación Gamma. Consiste en una radiación electromagnética emitida por
un núcleo en estado de excitación. Cuando desparece la excitación siempre
se forma un núcleo más estable. Esta es muy difícil de parar, pudiendo
traspasar con naturalidad el cuerpo humano.
Radioactividad artificial
Cuando se bombardea un núcleo con las partículas adecuadas , estas pueden
penetrar en el núcleo y formar uno nuevo.
La radioactividad artificial fue descubierta en el año 1939 por el matrimonio
Curie.
La fisión nuclear
La fisión nuclear consiste en la división del núcleo de un átomo pesado (como
puede ser el uranio) en otros elementos más ligeros, de forma que en esta
reacción se genere una gran cantidad de energía. Esta división es provocada
por el choque del átomo con un neutrón.
El proceso de fisión es posible a causa de la inestabilidad que tienen los núcleos
de algunos elementos químicos de elevado número atómico. En estas
condiciones solo hace falta una pequeña cantidad de energía para provocar
queel núcleo se rompa en dos trozos.
Tienes a tu disposición un juego interactivo que explica la fisión nuclear de una
manera sencilla.
La reacción nuclear de fisión fue descubierta por los científicos O. Hahn y F.
Strassmann el año
1938.
2. ¿Qué es una central
nuclear?
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.
3. Funcionamiento de una central nuclear
El funcionamiento de una central nuclear se basa en el aprovechamiento del
calor para mover una turbina por la acción del vapor de agua, la cual está
conectada a un generador eléctrico. Para conseguir el vapor de agua se utiliza
como combustible el uranio o el plutonio.
El proceso se puede simplificar en cinco fases:




Debido a la fisión del uranio que se lleva a cabo en el reactor nuclear, se
libera una gran cantidad de energía que calienta el agua hasta evaporarla.
Este vapor se transporta al conjunto turbina–generador mediante un circuito
de vapor.
Una vez ahí, las aspas de la turbina giran por la acción del vapor y
mueven el generador que trasforma la energía mecánica en electricidad.
Una vez el vapor de agua ha pasado por la turbina, se envía a
un condensador donde se enfría y se vuelve líquido.
Y nuevamente se transporta el agua para volver a conseguir vapor, cerrando
así el circuito del agua.
Los residuos generados por la fisión del uranio son almacenados dentro de la
propia central, en unas piscinas de hormigón especiales para materiales
radioactivos.

4. Reactores nucleares de fisión
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:






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.
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.
Elementos de control. Permiten controlar en todo momento la población de
neutrones y mantener estable el reactor.
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.
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.
5. Tipos de reactores nucleares
Los reactores térmicos se pueden clasificar según el moderador que utilicen.
Generalmente, cada moderador tiene asociado un tipo de combustible y un tipo
de refrigerante. Las diferencias esenciales entre estos reactores son los
siguientes:
Reactor de agua ligera
Dentro de este grupo existen dos tipos de reactores:


Reactor de agua a presión (PWR – Pressurized water reactor). Utilizan agua
como moderador y refrigerante. El combustible utilizado es el uranio
ligeramente enriquecido en forma de dióxido de uranio. Este tipo de reactor
se ha desarrollado principalmente en los Estados Unidos, Rusia, Alemania,
Francia y Japón.
Reactor de agua en ebullición (BWR – Boiling water reactor). En este tipo de
reactor, una parte del agua del refrigerante (que a la vez actúa como
moderador) pasa a la fase vapor en el propio reactor. Se ha desarrollado
principalmente en los Estados Unidos.
Reactor de agua pesada
El reactor de agua pesada usa como combustible uranio natural y el agua
pesada se utiliza como moderador y como refrigerante.
Este tipo de reactor se ha desarrollado principalmente en Canadá.
Reactor de uranio natural, gas y grafito
Este tipo de reactor utiliza como combustible uranio natural en forma metálica.
Utilizan grafito como moderador y anhídrido carbónico como refrigerante.
Estos reactores se han desarrollado principalmente en Francia y Gran Bretaña.
Reactor avanzado de gas
Las principales diferencias se presentan en el combustible. Estos utilizan óxido
de uranio ligeramente enriquecido y dispuesto en tubos de acero inoxidable.
Reactor de grafito y agua ligera
Este diseño, exclusivamente soviético, utiliza uranio ligeramente enriquecido
como combustible, grafito como moderador y agua como refrigerante, que se
transforma en vapor en el propio reactor.
6. Características de una central nuclear de agua a presión (PWR)
El combustible que utilizan
las centrales nucleares PWR
es dióxido de uranio
enriquecido y el proceso
comienza introduciéndolo en
forma de pastillas en unos
tubos.
Los elementos de
combustible se refrigeran
mediante un circuito de agua
(llamado circuito primario )
que, a su vez, sirve como
moderador.
El agua aumenta la
temperatura y se mantiene
en estado líquido a causa de la elevada presión del sistema.
El refrigerante circula por los generadores de vapor, cediendo el calor a otro
circuito de agua diferente y totalmente independiente (circuito secundario ) que
se transforma en vapor, haciendo girar los álabes de la turbina, que está
acoplada a un generador eléctrico.
El vapor, una vez ha pasado por la turbina, se condensa y vuelve al generador
de vapor.
Todo este circuito está situado en el interior de un edifico de contención,
constituido de hormigón armado con un espesor de entre 50 y 100 cm y con un
cubrimiento interior de acero que hace que sea hermético. Este edificio de
contención se mantiene por debajo de la presión atmosférica para evitar, en
caso de accidente, que los posibles escapes salgan al exterior.
Puedes entender mejor el funcionamiento de una central nuclear de agua a
presión mediante un juego.
7. Características de una central nuclear de agua en ebullición (BWR)
Las centrales BWR se diferencian de las anteriores principalmente en que no
tienen circuito de agua
secundario.
Además, el circuito primario
trabaja a una presión inferior
y el vapor se produce en el
reactor desde donde se envía
directamente a la turbina
para mover el generador.
Tanto las centrales PWR
como las BWR disponen de
un edificio de combustible
que sirve para almacenar los
elementos de combustible
nuevos y para guardar el
combustible ya utilizado
hasta que se pueda trasladar
a un centro de almacenaje
final de combustible gastado.
El edificio de combustible y el de contención están conectados entre sí para
poder trasladar los elementos combustibles sin salir de la zona controlada de la
central y que se encuentra totalmente aislada del resto de instalaciones de la
central.
Además, las centrales nucleares disponen de edificios auxiliares en los que
están situados los equipos y sistemas de seguridad.
Puedes profundizar en el funcionamiento de una central nuclear de agua en
ebullición con el siguiente juego interactivo.
8. 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.
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.
1. La energía solar
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. Aprovechamiento de la energía solar
Actualmente, existen dos vías principales de aprovechamiento de la energía
solar:
Energía solar térmica
El aprovechamiento de la energía solar térmica consiste en usar la radiación del
Sol para calentar un fluido que, en función de su temperatura, se utiliza para
producir agua caliente, vapor o energía eléctrica.
Los sistemas para aprovechar la energía solar por la vía térmica se pueden
dividir en tres grupos:
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Sistemas a baja temperatura. El calentamiento del agua se produce por
debajo de su punto de ebullición, es decir, 100ºC. La mayor parte de los
equipos basados en esta tecnología se aplican en la producción de agua
caliente sanitaria y en climatización.
Sistemas a media temperatura. Se utilizan en esas aplicaciones que
necesitan temperaturas entre 100 y 300ºC para calefacción,
proporcionando calor en procesos industriales, suministro de vapor, etc.
Sistemas a alta temperatura. Se utilizan en aplicaciones que
necesitan temperaturas superiores a 250 o 300ºC como, por ejemplo, para
producir vapor o para la generación de energía eléctrica en centrales
termosolares.
Energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica se aprovecha transformándola directamente en
electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Esta transformación se lleva a
cabo mediante células fotovoltaicas.
3. ¿Qué es una central solar?
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 termosolar 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.
CENTRALES TÈRMOSOLARES
Una central TERMOSOLAR 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 termosolares, 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.
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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.
Funcionamiento de una central termosolar
Una central termosolar de torre central está formada por un campo de espejos
direccionales de grandes dimensiones que reflejan la luz del Sol y concentran
los rayos reflejados en una caldera situada en una torre de gran altura.
En la caldera, la aportación calorífica de la radiación solar es absorbida por un
fluido térmico que es conducido hacia un generador de vapor, en el
cual transfiere su calor a un segundo fluido (generalmente agua) para
convertirlo en vapor.
Este vapor se conduce a una turbina para transformar su energía en energía
mecánica que se transformará en electricidad en el alternador.
El vapor se lleva a un condensador donde vuelve a su estado líquido para poder
repetir un nuevo ciclo de producción de vapor.
La producción en una central solar depende de las horas de insolación. Por eso,
para aumentar su producción se acostumbra a disponer de sistemas de
aislamiento térmico intercalados en el circuito de calentamiento.
Puedes saber más de las centrales termosolares en el siguiente juego
interactivo.
Limitaciones de las centrales termosolares
El desarrollo de este tipo de centrales hace frente a varias limitaciones:
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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.
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.
Las células se conectan en serie para formar un módulo fotovoltaico.
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.
Puedes conocer más acerca del funcionamiento de los parques fotovoltaicos en
el siguiente juego.
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.
4. 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 termosolares pueden generar un gran
impacto sobre el paisaje y necesitan grandes superficies para colocar los
espejos direccionales.
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Cabe mencionar también que una vez han terminado su vida útil, las placas
fotovoltaicas dejan residuos que deben ser tratados específicamente.
1. ¿Qué es una central eólica?
El parque eólico es una central eléctrica donde la producción de la energía
eléctrica se consigue a partir de la fuerza del viento, mediante aerogeneradores
que aprovechan las corrientes de aire.
El viento es un efecto derivado del calentamiento desigual de la superficie de la
Tierra por el Sol.
El principal problema de los parques eólicos es la incertidumbre respecto a la
disponibilidad de viento cuando se necesita. Lo que implica que la energía
eólica no puede ser utilizada como fuente de energía única y deba estar
respaldada siempre por otras fuentes de energéticas con mayor capacidad de
regulación (térmicas, nucleares, hidroeléctricas, etc.).
Para aprovechar la energía eólica se utilizan los aerogeneradores.
2. El aerogenerador
Un aerogenerador es un generador de electricidad activado por la acción del
viento. El viento mueve la hélice y a través de un sistema mecánico de
engranajes hace girar el rotor de un generador, que produce la corriente
eléctrica.
Los principales componentes de un aerogenerador son:
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La góndola: es la carcasa que protege los componentes clave del
aerogenerador.
Las palas del rotor: capturan el viento y transmiten su potencia hacia el
buje. Tienen una longitud de 20m.
El buje: es un elemento que une las palas del rotor con el eje de baja
velocidad.
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Eje de baja velocidad: conecta el buje del rotor al multiplicador. Gira muy
lento, a 30 rpm.
El multiplicador: permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha
gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.
Eje de alta velocidad: gira aproximadamente a 1.500 rpm, lo que permite el
funcionamiento del generador eléctrico.
El generador eléctrico: en los aerogeneradores modernos la potencia
máxima suele estar entre 6 y 12MW.
El controlador electrónico: es un ordenador que continuamente monitoriza
las condiciones del aerogenerador y controla el mecanismo de orientación.
La unidad de refrigeración: contiene un ventilador eléctrico utilizado para
enfriar el generador eléctrico.
La torre: soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja
disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta a
medida que nos alejamos del nivel del suelo
El mecanismo de orientación: está activado por el controlador electrónico,
que controla la dirección del viento utilizando el panel.
El anemómetro y el panel: las señales electrónicas del anemómetro conectan
el aerogenerador cuando el viento tiene una velocidad aproximada de 5m/s.
Tipos de aerogeneradores
Actualmente existe una gran variedad de modelos de aerogeneradores que se
diferencian entre ellos por su potencia, por el número de palas o incluso por la
manera de producir energía eléctrica atendiendo a diferentes criterios:
Por la posición del aerogenerador
 Eje vertical: su característica principal es que el eje de rotación se encuentra en
posición perpendicular al suelo:
o Darrieus: consisten en dos o tres arcos que giran alrededor del eje.
o Panemonas: cuatro o más semicírculos unidos al eje central.
Sabonius: dos o más filas de semicilindros colocados de forma opuesta.
Eje horizontal: son los más habituales y en los que se ha invertido un mayor
esfuerzo para su mejora en los últimos años. Se les denomina también
“HAWTs”.
o
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Por la orientación respecto al viento:
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A sobre viento. La mayoría de los aerogeneradores tienen este diseño. En
este tipo de aerogeneradores el viento empieza a desviarse de la torre antes
de llegar, aunque la torre sea redonda y lisa.
A bajo viento. Las máquinas de corriente baja tienen el rotor situado en la
cara de bajo viento de la torre. Pueden ser construidos sin un mecanismo de
orientación.
3. Funcionamiento de una central eólica
Para producir electricidad con una central eólica es
necesario que el viento sople a una velocidad de
entre 3 y 25m/s.
El viento hace girar las palas al incidir sobre ellas,
convirtiendo así la energía cinética del viento en
energía mecánica que se transmite al rotor. Esta
energía se transmite mediante un eje de baja
velocidad a la caja del multiplicador, de donde sale
a una velocidad 50 veces mayor. Es entonces
cuando se puede transmitir aleje del generador
eléctrico para producir energía eléctrica.
En un aerogenerador se crea electricidad estática al producirse el roce del
viento sobre él. Esta electricidad estática se descarga a través de una presa en
el suelo que tienen todos los aerogeneradores. Esta presa en el suelo se instala
porque, debido a la altura de la torre, se crea una diferencia de potencial entre
el suelo y el aerogenerador.
Tienes a tu disposición un juego interactivo que te explica, de una manera más
gráfica, el funcionamiento de los parques eólicos.
4. Los aerogeneradores y el medio ambiente
La energía eólica es de las más limpias, renovables y abundantes, ya que los
aerogeneradores eléctricos no producenemisiones contaminantes (atmosféricas,
residuos, vertidos líquidos…) y no contribuyen, por lo tanto, al efecto
invernadero ni a la acidificación.
No obstante, también existen factores negativos, algunas de consecuencias
medio ambientales son:
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El impacto visual. Mientras que un parque de pocos aerogeneradores puede
hasta llegar a considerarse atractivo, una gran concentración de máquinas
plantea problemas. Para evitarlo, se suelen utilizar colores adecuados, una
cuidada ubicación de las instalaciones en la orografía del lugar y una precisa
distribución de los aerogeneradores.
El impacto sobre las aves. Se trata de un impacto potencial que, si bien no
reviste gravedad en términos generales, depende principalmente de la
ubicación del parque eólico. En aquellos parques en que se sitúen en áreas
sensibles, puede ser minimizado a través de programas de vigilancia y
seguimiento.
La flora y la fauna. Una central eólica puede tener efectos directos en la
modificación del hábitat existente en la zona y de algunos de los organismos
que en él habitan, generando ruidos y movimientos que afectan el
comportamiento de los animales.
El efecto sonoro. Un aerogenerador produce un ruido similar al de cualquier
otro equipamiento industrial de la misma potencia. La diferencia recae en
que mientras los equipamientos convencionales se encuentran normalmente
cerrados en edificios diseñados para minimizar su nivel sonoro, los
aerogeneradores tienen que trabajar al aire libre y cuentan con un elemento
transmisor de sonido: el propio viento.
El impacto por erosión. Se producen principalmente por el movimiento de
tierras durante la preparación de los accesos al parque eólico. Esta
incidencia se puede reducir mediante estudios previos a su trazado.
Las interferencias electromagnéticas. El gran tamaño de los aerogeneradores
puede producir una interferencia en las ondas de radio, telefonía, televisión,
etc. cuando las aspas están en movimiento.