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Producción de Energía Eléctrica – 3º ESO
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Introducción
1
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“La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma”
La energía puede manifestarse de muy diversas formas:
 Energía mecánica: es la asociada al movimiento
 Energía térmica o calorífica: relacionada con la temperatura, como calentar agua
 Energía química: asociada a reacciones químicas, como la combustión de la gasolina en el motor
de un coche
 Energía nuclear: procedente de la desintegración de sustancias reactivas como el uranio
 Energía lumínica: relacionada con la luz
 Energía eléctrica: asociada al movimiento de las cargas eléctricas, como por ejemplo, el electrón
Con respecto a esta última, se llama electricidad al movimiento ordenado de los electrones por el
interior de un cuerpo. Existen dos tipos de corriente eléctrica:
 La corriente continua (DC). Se produce cuando los electrones se desplazan desde el polo
negativo al polo positivo, siempre en la misma dirección y en la misma cantidad.
 La corriente alterna (AC): Se produce cuando en una corriente eléctrica los electrones cambian
muchas veces de sentido a lo largo de su recorrido, a intervalos regulares de tiempo (50 Hz en
Europa, esto significa que cambian 100 veces de sentido, 50 van en un sentido y 50 en el otro).
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Existen varias formas de generar corriente eléctrica:
Por fricción. Al frotar dos cuerpos entre sí puede producirse una acumulación de cargas en ellos.
Cuando la diferencia de potencial es lo suficientemente alta o el cuerpo se pone en contacto con
otro, se produce una descarga eléctrica. Este es el caso de los rayos en días de tormenta o cuando
frotamos un bolígrafo contra un suéter de lana y luego lo acercamos a unos trocitos de papel.
Mediante reacciones químicas. Cuando se sumergen dos metales diferentes en una disolución
apropiada, y dichos metales se conectan mediante un hilo conductor, se producen reacciones
químicas entre los metales y la disolución al mismo tiempo que se genera una corriente eléctrica.
Este fenómeno es el fundamento de las pilas y las baterías electroquímicas.
A partir de la luz. Algunos metales desprenden electrones cuando incide luz sobre ellos. Si estos
electrones se hacen circular por un hilo conductor se puede obtener una corriente eléctrica. Este
fenómeno, conocido como efecto fotoeléctrico, es el fundamento de las células fotovoltaicas.
Por calentamiento. Cuando se calienta una soldadura de dos metales diferentes aparece una
pequeña tensión eléctrica. Esta tensión puede aprovecharse para generar y mantener pequeñas
corrientes eléctricas. El fenómeno se aprovecha para la fabricación de dispositivos como el
termopar, que permite medir las variaciones de temperatura.
Por presión. Cuando se estiran o se comprimen ciertos materiales, como los cristales de cuarzo,
aparecen pequeñas tensiones eléctricas en sus superficies. Este fenómeno, conocido como
piezoelectricidad, sirve para generar pequeñas corrientes y se emplea en dispositivos como el reloj
de cuarzo y el micrófono.
Por inducción electromagnética. Cuando se mueve un conductor en el interior de un campo
magnético, en dicho conductor aparece una corriente eléctrica. Dicha corriente se mantiene
mientras el conductor o el imán, o ambos, sigan en movimiento. Este fenómeno es el fundamento
de los alternadores eléctricos y las dinamos.
Los alternadores y dinamos son dispositivos que tienen dos partes:
 Una fija y que no se mueve que se llama estátor
 Otra móvil y que gira dentro del estátor que se llama rotor
En condiciones adecuadas, cuando el rotor se mueve dentro del estator se
genera electricidad.
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En nuestros días, la forma más importante con diferencia de producir electricidad es mediante la
inducción electromagnética así que la mayor parte de las centrales eléctricas que vamos a estudiar se basan
en buscar la mejor manera y la más barata de hacer mover el rotor del generador dentro del estátor. Sólo
las centrales solar-fotovoltaica se basan en un procedimiento totalmente diferente, el efecto fotovoltaico.
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Fuentes de energía
A los elementos de la naturaleza que pueden suministrar energía se les denomina fuentes de
energía. Existen varias formas de clasificar a las fuentes de energía:
⋆ Según su origen las fuentes de energía pueden ser renovables o no renovables:
o Son fuentes renovables aquellas que son inagotables o que se renuevan a un ritmo mayor
al que se consumen, por ejemplo, el Sol, el agua o el viento.
o Son fuentes no renovables aquellas que no se renuevan a corto plazo y, por tanto, se
agotan, por ejemplo, el petróleo, el carbón o el uranio.
⋆ Según su utilización las fuentes de energía pueden ser convencionales o alternativas:
o Son fuentes convencionales aquellas que proporcionan la mayoría de la energía en los
diferentes países
o Son fuentes alternativas aquellas cuya utilización está menos extendida si bien cada vez
adquieren más importancia
En la siguiente tabla se puede ver la clasificación de las centrales eléctricas según el origen y la
utilización de la fuente de energía:
SEGÚN SU ORIGEN
Renovables
 Hidráulica
 Solar-térmica
 Solar-fotovoltaica
 Eólica
 Geotérmica
 Maremotriz
 Biomasa
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SEGÚN SU UTILIZACIÓN
No renovables
 Térmicas de combustión
 Nuclear
Convencionales
 Hidráulica
 Térmica de combustión
 Nuclear
Alternativas
 Minihidráulica
 Solar-térmica
 Solar-fotovoltaica
 Eólica
 Geotérmica
 Maremotriz
 Biomasa
Fuentes de energía convencionales
3.1 Centrales hidroeléctricas
Las centrales hidroeléctricas emplean la fuerza del agua del
caer desde una altura para hacer girar turbinas que están
conectadas al rotor de generadores eléctricos.
Aunque es una energía limpia, la construcción de grandes
embalses provoca un grave impacto
ambiental, ya que se pierden tierras y se
acumula una enorme cantidad de
sedimentos en el fondo. Por ello, han
adquirido relevancia las llamadas
centrales minihidráulicas, que son instalaciones hidroeléctricas de baja potencia
que no necesitan grandes embalses y, por tanto, ocasionan un menor impacto
ambiental. Estas minicentrales suelen tener dos embalses: uno en la parte
superior y otro al final para recoger el agua que ha pasado por las turbinas y
reenviarlas al embalse superior para que vuelva a ser utilizada.
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3.2 Central térmica de combustión
Independientemente del tipo de combustible fósil que se utilice (carbón, petróleo, gas…) la
producción de energía eléctrica sigue en todos los casos el siguiente esquema:
1. Se genera calor quemando el combustible. Este calor se emplea para calentar agua en una caldera.
Esta agua se convierte en vapor a alta presión.
2. Este vapor de agua se dirige hacia unas turbinas para hacerlas girar.
3. Estas turbinas están conectadas a los rotores de unos generadores eléctricos de manera que
cuando las turbinas giran por la acción del vapor a alta presión éstas mueven los rotores
produciendo la electricidad.
4. Los generadores están conectados a un transformador que convierte la corriente eléctrica en alta
tensión para que se distribuya por los tendidos eléctricos hacia los núcleos de consumo.
5. Después de pasar por las turbinas, el vapor de agua se hace pasar por un sistema de refrigeración
que la vuelve a convertir en líquida para que se pueda volver a utilizar en el proceso de generación
de energía eléctrica.
Las centrales térmicas de combustión tienen dos grandes inconvenientes:
▹
La contaminación que producen los gases emitidos a la atmósfera tras la combustión en la caldera.
▹
La utilización de combustibles fósiles ya que éstos son finitos, es decir, que algún día se agotarán y,
mientras tanto, su precio no para de subir.
3.3 Central nuclear
Una central eléctrica nuclear es una instalación en la que la energía necesaria para mover el rotor del
generador, y por tanto obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua
en un reactor nuclear. El calor que produce este vapor se obtiene a partir de unas reacciones nucleares
llamadas fisión nuclear. La fisión nuclear consiste en romper los núcleos de algunos átomos como el uranio
lográndose, por un lado, una gran cantidad de calor y, por otro, átomos más pequeños.
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Una central nuclear consta de tres partes:
 El reactor. Es el edificio en forma de cúpula en
el que tiene lugar la reacción de fisión y donde
se transmite el calor desprendido en ella a un
caudal de agua para convertirla en vapor de
agua a alta presión.
 El generador. En el que el vapor producido se
hace pasar a través de las turbinas. El giro de
los álabes de la turbina hace girar el rotor del
alternador al que está conectada generándose
la corriente eléctrica.
 El circuito de refrigeración. Se encarga de
enfriar el vapor de agua para reutilizarla
La principal ventaja de estas centrales es que son muy eficientes, es decir, proporcionan mucha
energía con poco combustible, o sea, que la electricidad conseguida con ellas es bastante barata, pero
tienen dos graves e importantes inconvenientes:
 Son muy peligrosas: En caso de algún fallo las consecuencias para la vida pueden ser
catastróficas en un área muy grande alrededor de la central: muertes, enfermedades,
malformaciones, etc.
 Generan residuos radiactivos que siguen siendo muy peligrosos durante muchísimos años.
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Fuentes de energía alternativas
4.1 La energía eólica
La energía eólica es
proporciona la fuerza del viento.
la
que
En la actualidad, la energía eólica se
utiliza para producir electricidad mediante
aerogeneradores, aislados para uso
particular o agrupado en parques eólicos
con fines comerciales.
Los parques eólicos disponen de
centros de control que regulan el
funcionamiento y orientación de los
aerogeneradores en función del viento y controlan el suministro de energía eléctrica a la red general. Estos
centros pueden estar en el propio parque o a muchos kilómetros de él.
Los aerogeneradores son máquinas dotadas de paletas que, al ser impulsadas por el viento,
producen un movimiento circular. Este movimiento se multiplica mediante sistemas de engranajes que lo
transmiten al rotor de un alternador que se encarga de producir la corriente eléctrica. Finalmente esta
corriente eléctrica se envía a un transformador que la convierte en alta tensión antes de ser enviada a
través del tendido eléctrico a los núcleos industriales y de población.
Los aerogeneradores o las turbinas eólicas se clasifican, según la posición del eje del rotor en:
 Sistemas de eje horizontal. Son los más empleados, peto tiene el inconveniente de que hay que
orientarlos al viento. Para orientarlos se emplean timones o motores dirigidos por
sistemas informáticos.
 Sistemas de eje vertical. No necesitan ser orientados al viento y permiten instalar el generador
eléctrico en tierra, pero su producción de energía es menor y necesitan un motor para la
puesta en marcha del aerogenerador.
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4.2 Energía Solar
La energía solar procede de las radiaciones del Sol que llegan a la Tierra. El Sol calienta la atmósfera
y hace posible la vida. Proporciona dos tipos diferentes de energía:
 Calor, es decir, energía térmica
 Luz, es decir, energía fotovoltaica
4.2.1
La energía solar-térmica
Los sistemas de aprovechamiento activo de la energía solar-térmica se clasifican en:
 Sistemas de baja temperatura: Utilizan paneles solares planos que llevan en su interior una placa
metálica de color negro mate para absorber la máxima radiación solar. Esta placa está atravesada
por tubos en cuyo interior circula agua. La parte superior del panel está cubierta por un cristal o
plástico transparente para producir efecto invernadero y evitar las pérdidas de calor. Estos
sistemas alcanzan temperaturas entre 35º C y 60º C y se aplican en la calefacción de viviendas,
suministro de agua caliente sanitaria, climatización de invernaderos, piscinas, etc. pero no para
producir electricidad.
 Sistemas de media temperatura: En estos sistemas, los colectores son espejos curvos parabólicos
que reflejan la radiación solar y la concentran en un receptor que contiene un fluido que se
calienta. Los colectores pueden estar dotados de dispositivos que los orientan constantemente
hacia el Sol. Estas instalaciones alcanzan los 300º C y se dedican a la producción de vapor para
generar energía eléctrica.
 Sistemas de alta temperatura: Estos sistemas permiten alcanzar temperaturas superiores a los
2000º C y pueden ser:
o
o
o
4.2.2
De grandes espejos parabólicos que
concentran la radiación solar.
De centrales de torre instaladas en
un campo de espejos llamados
helióstatos que reflejan los rayos del
Sol sobre una caldera situada encima
de una torre central.
De hornos solares constituidos por un
gran espejo parabólico que recoge la
radiación solar que reflejan otros
espejos y la concentra en un punto en
el que se puede llegar a una
temperatura de 4000º C.
La energía solar-fotovoltaica
La energía solar-fotovoltaica se basa en el efecto fotovoltaico que se produce cuando la luz solar
incide sobre materiales semiconductores, como por ejemplo, el silicio, generando un flujo de electrones en
su interior y, en condiciones adecuadas, una corriente eléctrica.
Para transformar la energía solar en electricidad se utilizan las células fotovoltaicas, formadas por
dos capas de silicio con diferente concentración de electrones. Cuando la célula recibe la radiación solar se
genera una pequeña corriente eléctrica, que se puede extraer situando en cada cara de la célula unos
contactos metálicos. Como la tensión producida es muy pequeña, se han de conectar varias células en serie
para obtener una tensión aceptable. Comercialmente se construyen módulos o paneles fotovoltaicos de 36
células, que proporcionan una tensión máxima de 18 voltios.
El excedente de energía producida se puede volcar en la red eléctrica general y las compañías
eléctricas están obligadas a pagarla, con lo que estas instalaciones proporcionan al usuario ingresos extras.
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4.3 Energía maremotriz
La energía maremotriz es la que se obtiene de los océanos Existen tres modos diferentes de
aprovechar la energía maremotriz basándose en la fuerza de las mareas y en el movimiento de las olas
Las mareas se producen debido a las fuerzas gravitatorias que ejercen el Sol y la Luna sobre las
aguas marinas. Estas fuerzas hacen subir y bajar el nivel del agua durante la marea alta y la marea baja
respectivamente. Este movimiento de subida y bajada de las
aguas se aprovecha para impulsar turbinas colocadas en
conductos situados en el interior de una barrera que cierra la
entrada de una bahía o estuario de la siguiente manera:

Durante la marea alta o pleamar, el agua entra en la bahía,
mueve las hélices de las turbinas haciendo girar el rotor del
alternador.

Durante la marea baja o bajamar, el agua sale de la bahía
por los mismos conductos y hace girar nuevamente las
hélices de las turbinas con lo que se sigue produciendo
electricidad.
El aprovechamiento de las olas se encuentra en estudio y experimentación. Se han hecho varios
diseños basados en flotadores, boyas, etc. Pero los rendimientos que se han obtenido han sido bajos.
4.4 Energía geotérmica
La energía geotérmica es la que proporciona el calor interno de
la Tierra. Esta energía se manifiesta en fenómenos naturales como los
volcanes, los géiseres o las aguas termales.
Por debajo de los 150º C no es posible aprovechar el agua para
producir electricidad con un rendimiento aceptable; por ello, la energía
geotérmica obtenida con estas aguas se emplea en sistemas de
calefacción de viviendas individuales, en grupos de viviendas, en
industrias o en invernaderos.
Otro modo de obtener este tipo de energía es realizando
perforaciones de varios kilómetros de profundidad hasta alcanzar una
cavidad natural donde la temperatura de las rocas sea muy elevada. A
través de una tubería se envía a esta cavidad agua a presión que, al
entrar en contacto con las rocas calientes, se convierte en vapor, que
sube por una segunda tubería que lo conduce hasta la turbina de un
generador.
4.5 Energía de la Biomasa
La biomasa energética es el conjunto de materia orgánica de origen vegetal o animal susceptible de
ser utilizada para producir energía. La parte de la biomasa que se aprovecha para usos energéticos
corresponde a residuos agrícolas, forestales, ganaderos y cultivos energéticos.
La conversión de la biomasa en combustible se puede hacer mediante:
 Métodos bioquímicos. Se basan en la fermentación del azúcar de las plantas para obtener
alcohol y en la fermentación de las basuras y de las aguas residuales para obtener biogás.
 Métodos termoquímicos. Someten biomasa a diversas transformaciones en condiciones
determinadas de presión y temperatura, para obtener combustibles sólidos, líquidos o gaseosos.
Los procesos más empleados son la combustión, la gasificación y la pirólisis.
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