3ESO - Energías - Tema 4
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LAS ENERGÍAS TEMA 4 3º ESO TECNOLOGÍAS
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3º ESO Energías - Tecnologías
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LAS ENERGÍAS
TEMA 4
3º ESO TECNOLOGÍAS
1. CONCEPTO DE ENERGÍA.
La energía es la fuerza vital de nuestra sociedad. De ella dependen la iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de nuestras casas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimento y su preparación, el funcionamiento de las fábricas, etc.
1. CONCEPTO DE ENERGÍA.
La energía se define como la capacidad de
producir un trabajo, entendiéndose por trabajo
todo proceso en el que una fuerza desplaza o
deforma un cuerpo.
1.1. Formas de energía.
La energía que posee un cuerpo es única; sin
embargo, ésta puede manifestarse en la
naturaleza de distintas formas, capaces, a su vez,
de transformarse en otro tipo de energía.
1.1. Formas de energía.
Formas de energía Descripción
Energía potencial Asociada a la posición (altura) de un cuerpo situado por encima del suelo
Energía cinética Debida al movimiento de los cuerpos
Energía mecánica Resultado de la suma de la energía potencial y cinética
Energía sonora Asociada a las ondas sonoras
Energía eléctrica Producto de la corriente eléctrica
Energía nuclear Contenida en los núcleos de los átomos
Energía luminosa Asociada a la luz
Energía térmica o calorífica Consecuencia del movimiento delas moléculas
Energía química Debida a la composición o descomposición de las sustancias
Energía electromagnética Debida a la acción de los campos magnéticos producidos por la corriente eléctrica
2. FUENTES DE ENERGÍA.
Una fuente de energía es todo material o todo
fenómeno a partir del que podemos obtener
energía útil para hacer trabajos.
Fuentes de energía más utilizadas en
los países en vías de desarrollo
Fuentes de energía más
utilizadas en los países
industrializados
Fuentes de energía alternativas
Energía mecánica procedente de los
seres humanos o de algunos
animales
Petróleo Eólica (procedente del viento)
Energía mecánica procedente de los
animales Agua Solar (proveniente del Sol)
Agua Gas natural Biomasa (procedente de la combustión de
materia orgánica)
Madera Madera Geotérmica (proveniente del calor de las capas
internas de la Tierra)
Carbón Carbón Mareomotriz (originada por las mareas)
2. FUENTES DE ENERGÍA.
La cantidad de energía disponible de una fuente de energía determinada se denomina recurso energético. La escasez de recursos energéticos (petróleo, carbón y madera) en algunas fuentes de energía más utilizadas plantea la necesidad de usar otras fuentes e investigar el modo más rentable de emplearlas.
2.1. Clasificación de las fuentes de energía.
Según el criterio que adoptemos, podemos clasificar las fuentes de energía de varias formas:
a) Atendiendo a su disponibilidad en la naturaleza y a su capacidad de regeneración.
• Renovables: fuentes de energía abundantes en la naturaleza e inagotables.
• No renovables: pueden ser abundantes o no en la naturaleza, pero se agotan al utilizarlas y no se renuevan a corto plazo, dado que necesitan millones de años para volver a formarse. Son las más usadas en la actualidad.
2.1. Clasificación de las fuentes de energía.
b) Atendiendo a la necesidad de transformarlas o no
para su uso.
• Primarias: se obtienen directamente de la
naturaleza
• Secundarias: son el resultado de la
transformación de las fuentes primarias.
2.1. Clasificación de las fuentes de energía.
c) Atendiendo a su uso en cada país.
• Convencionales: se trata de las energías más usadas en los países industrializados, responsables, en gran parte, del desarrollo tecnológico, y elemento importante de la economía de estos países. Es convencional, por ejemplo, la energía procedente de los combustibles fósiles.
• No convencionales: son fuentes alternativas de energía que están empezando su desarrollo tecnológico; por tanto, todavía no inciden mucho en la economía de los países. Pertenecen a este grupo la energía solar y la eólica.
2.1. Clasificación de las fuentes de energía.
d) Atendiendo al impacto ambiental.
• Limpias o no contaminantes: son fuentes cuya obtención produce un impacto ambiental mínimo; además, no generan subproductos tóxicos o contaminantes.
• Contaminantes: se trata de fuentes que producen efectos negativos en el medio ambiente, algunas, por su forma de obtención (minas, construcciones, talas); otras, en el momento de su uso (combustible en general). Algunas producen subproductos altamente contaminantes, como los residuos nucleares.
2.1. Clasificación de las fuentes de energía.
Fuentes
de energía
Capacidad de regeneración Necesidad de transformación Impacto actual Impacto ambiental
Renovables No renovables Primarias Secundarias Convencional No
convencional Limpia Contaminante
Hidráulica X X X X
Geotérmica X X X X
Nuclear X X X X
Eólica X X X X
Solar X X X X
Petróleo X X X X
Carbón X X X X
Gas natural X X X X
Biomasa X X X X X
Mareomotriz X X X X
3. LA ENERGÍA ELÉCTRICA.
La energía eléctrica es la transportada por la corriente eléctrica. Es la forma de energía más utilizada en las sociedades industrializadas. Esto se debe a estas dos características:
• Capacidad para transformarse con facilidad en otras formas de energía (lumínica: bombillas; calorífica: estufas).
• Es posible trasportarla a largas distancias con bajos costes y rendimiento relativamente alto (no se pierde excesiva energía).
3. LA ENERGÍA ELÉCTRICA.
Se denominan centrales de generación las instalaciones donde se transforma la energía primaria o secundaria
en energía de consumo. Si esta energía de consumo es eléctrica, la central recibe el nombre de central eléctrica.
Funcionamiento de una central eléctrica
Una central eléctrica utiliza principalmente la energía mecánica que produce una fuente de energía, por
ejemplo, la caída del agua, para transformarla, en una máquina denominada generador, en energía eléctrica de
consumo.
Los generadores están formados por dos piezas:
o El estátor: pieza fija compuesta de un núcleo metálico en cuyo interior existen unos hilos de cobre.
o El rotor: pieza móvil que gira alrededor de un eje. Contiene unos circuitos que, al aplicarles una corriente
eléctrica, se transforman en electroimanes (barra de hierro dulce imantada artificialmente por la acción de
una corriente eléctrica).
Cuando, por efecto de la energía mecánica, el rotor gira, se induce una corriente eléctrica en el estátor llamada
fuerza electromotriz. Esta proporciona la energía eléctrica apta para su distribución y consumo.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES HIDRÁULICAS
La función de una central hidráulica es utilizar la energía potencial del agua almacenada a una cierta altura y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica.
El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. En la figura se aprecia cómo el agua que llega con alta presión a la turbina, incide en sus álabes, haciendo girar su eje, el cual va conectado a un generador produciendo en éste energía eléctrica. Luego el agua sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y van conectados con árboles verticales.
3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES HIDRÁULICAS
Algunas de las ventajas de la energía hidroeléctrica son: no contamina, es barata, casi no precisa mantenimiento y permite el aprovechamiento del agua para otros usos.
Como desventajas presenta las siguientes: constituye una barrera arquitectónica para la fauna y la flora de la zona, puede alterar sensiblemente los ecosistemas e incluso el microclima, favorece la sedimentación e impide que parte de los nutrientes continúen distribuyéndose a lo largo del curso del río.
3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES TÉRMICAS
En estas centrales, la energía mecánica, necesaria para mover las turbinas que están conectadas al rotor del generador, proviene de la energía térmica contenida en el vapor de agua a presión, resultado del calentamiento del agua en una gran caldera.
3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES TÉRMICAS
El funcionamiento de todas las centrales térmicas, o termoeléctricas, es semejante ya que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera.
El combustible se almacena en depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión. En la caldera se genera el vapor a partir del agua que pasa por una extensa red de tubos que tapizan las paredes de la misma. El vapor hace girar los alabes de la turbina cuyo eje rotor gira junto con el de un generador, este produce la energía eléctrica. El vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando un nuevo ciclo.
3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES TÉRMICAS
Su principal ventaja es la gran cantidad de energía que se puede obtener con ellas.
Uno de los mayores inconvenientes que presentan estas centrales es que pueden afectar al medio ambiente. La contaminación que producen depende del tipo de combustible utilizado y de su calidad. Las que más contaminan son las de carbón: emiten gases y partículas sólidas procedentes de la combustión además del daño que generan los procesos de almacenamiento, extracción y eliminación de residuos.
3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES NUCLEARES
La energía nuclear procede de reacciones de fisión o fusión de átomos en las que se liberan gigantescas cantidades de energía que se usan para producir electricidad.
• Fisión: cuando un átomo pesado (como por ejemplo el uranio o el plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros.
• Fisión: Cuando dos núcleos atómicos (por ejemplo de hidrógeno) se unen para formar uno mayor (por ejemplo helio) se produce una reacción nuclear de fusión.
En la actualidad sólo se utilizan procesos de fisión ya que la fusión está investigándose.
3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES NUCLEARES
Una central nuclear tiene cuatro partes:
1) El reactor en el que se produce la fisión de los núcleos atómicos del combustible nuclear,
generalmente uranio enriquecido (isótopo de uranio 235 y 238), libera el calor necesario para
calentar el agua.
2) El generador de vapor en el que el calor producido por la fisión se usa para hacer hervir agua
3) El conjunto turbina- generador que produce electricidad con la energía contenida en el vapor
4) El condensador en el cual se enfría el vapor, convirtiéndolo en agua líquida.
3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES NUCLEARES
La ventaja principal de las centrales nucleares es su rentabilidad en la
producción de energía; sin embargo, sus inconvenientes primordiales
son la gestión y almacenamiento de los residuos radioactivos, así
como el riesgo que para la población conllevan los posibles
accidentes nucleares.
3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica. 3.1.1. Centrales convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES GEOTÉRMICAS
La energía geotérmica es el aprovechamiento del calor generado por la
Tierra a varios kilómetros de profundidad. Esta es una de las fuentes menos
conocidas y una alternativa más ante el agotamiento de los combustibles. Se
encuentra almacenada bajo la superficie terrestre en forma de calor y ligada
a los volcanes, aguas termales, fumarolas o géiseres.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES GEOTÉRMICAS
Una central geotérmica no es nada más que una central térmica en la que la energía es suministrada por el calor de la Tierra, en vez del petróleo u otro combustible.
La energía geotérmica puede ser aprovechada de dos formas: directa, por ejemplo, agua caliente y calefacción, riego y uso industrial e instalaciones de ocio y salud, como balnearios, aguas termales, etc.; e indirecta, aprovechando el vapor de agua y el calor para producir energía eléctrica.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES GEOTÉRMICAS
El vapor de agua a altas temperaturas (hasta 600º C) se canaliza desde el interior de la Tierra hasta la central permitiendo la evaporación del agua presente en las numerosas tuberías que se encuentran alrededor de la caldera. El vapor de agua adquiere mucha presión, por lo cual se utiliza para mover una turbina conectada al generador. Al girar la turbina se produce la electricidad, que viaja del generador hasta los transformadores, que elevan la tensión para transportar esta energía por la red eléctrica hasta los centros de consumo.
3.1.2. Centrales no convencionales.
Pocas veces es rentable la explotación de este tipo de energía debido al elevado precio del sondeo, la distancia de transporte, la temperatura alcanzada, la posibilidad de hundimientos, etc. Podemos decir que la explotación de este tipo de energía se encuentra en proceso de investigación.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES EÓLICAS
En las centrales eólicas o parques eólicos se aprovecha la energía
cinética del viento para mover las palas de un rotor situado en lo alto
de una torre (aerogenerador).
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES EÓLICAS
El viento mueve las palas de la hélice, que transmite el movimiento, a través de un eje, hasta una caja de engranajes. Allí, la velocidad de giro del eje se regula para garantizar la mayor producción energética, ya que desde la caja de engranajes el movimiento se transmite hasta el generador, el cual produce electricidad. La electricidad viaja desde el generador hasta los transformadores, donde aumenta la tensión para poder se transportada la energía eléctrica hasta los lugares de consumo.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES EÓLICAS
Entre sus ventajas se encuentra el hecho de que es una energía limpia y barata. Como inconvenientes presenta la dependencia de la climatología y el impacto medioambiental que produce (contaminación acústica y visual, peligro para las aves, erosión del terreno circundante, etc.)
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES SOLARES
Las centrales solares son instalaciones en las que se utiliza la energía procedente del Sol. Existen dos clases principales de instalaciones, según el proceso de transformación usado:
a) Centrales fototérmicas: la radiación solar se aprovecha de dos formas: con colectores solares, que absorben las radiaciones solares para producir calor, o heliostatos, que reflejan la luz solar y la concentran en un punto para su utilización calorífica; en concreto, para calentar el agua de una caldera. En ambos casos, el vapor de agua producido se emplea para mover el rotor de un generador.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES SOLARES
b) Centrales fotovoltaicas: la radiación solar se aprovecha de dos formas: con colectores solares, que absorben las radiaciones solares para producir calor, o helióstatos, que reflejan la luz solar y la concentran en un punto para su utilización calorífica; en concreto, para calentar el agua de una caldera. En ambos casos, el vapor de agua producido se emplea para mover el rotor de un generador.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
CENTRALES SOLARES
Las ventajas de estas centrales son que no contaminan y que
necesitan un mantenimiento mínimo. Sin embargo, tiene como
inconvenientes que ocupan una gran superficie, que no es fácil
eliminar los desechos de las células fotovoltaicas, el impacto visual
que producen y la inconstancia en la producción de energía.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
ENERGÍA OCEÁNICA
La energía oceánica es aquella que nos proporcionan los mares y océanos. De los océanos se puede obtener energía por varios procedimientos:
a) Mareas.
Las mareas pueden tener variaciones de varios metros entre la bajamar y la pleamar. La mayor diferencia se da en la Bahía de Fundy (Nueva Escocia) en la que la diferencia llega a ser de 16 metros. Para aprovechar las mareas se construyen presas que cierran una bahía y retienen el agua a un lado u otro, dejándola salir en las horas intermareales.
Nunca podrá ser una importante fuente de energía a nivel general porque pocas localidades reúnen los requisitos para construir un sistema de este tipo. Por otra parte la construcción de la presa es cara y alterar el ritmo de las mareas puede suponer impactos ambientales negativos en algunos de los más ricos e importantes ecosistemas como son los estuarios y las marismas.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
ENERGÍA OCEÁNICA
b) Olas.
Se han desarrollado diversas tecnologías experimentales para
convertir la energía de las olas en electricidad, aunque todavía no se
ha logrado un sistema que sea económicamente rentable.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
ENERGÍA OCEÁNICA
c) Gradiente térmico.
La temperatura del agua es más fría en el fondo que en la superficie, con diferencias que llegan a ser de más de 20ºC.
En algunos proyectos y estaciones experimentales se usa agua caliente de la superficie para poner amoniaco en ebullición y se bombea agua fría para refrigerar este amoniaco y devolverlo al estado líquido. En este ciclo el amoniaco pasa por una turbina generando electricidad.
Este sistema se encuentra muy poco desarrollado, aunque se ha demostrado que se produce más electricidad que la que se consume en el bombeo del agua fría desde el fondo. También es importante estudiar el impacto ambiental que tendría bombear tanta agua fría a la superficie.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
ENERGÍA DE LA BIOMASA
La biomasa es el conjunto de materia orgánica de origen vegetal o animal. Incluye, entre otros, leña, arbustos, residuos forestales y agrícolas, restos de poda y subproductos de industrias de transformación de la madera. La biomasa tiene un gran potencial energético, ya que representa el acumulador de la energía del Sol.
La central de biomasa quema este tipo de combustible para producir vapor de agua, el cual mueve una turbina que, conectada a un generador, produce electricidad.
3.1.2. Centrales no convencionales.
3.1. Generación de energía eléctrica.
ENERGÍA DE LA BIOMASA
Ventajas:
- Elimina residuos orgánicos e inorgánicos que al tiempo se les da una utilidad.
- Es una fuente de energía renovable que sus tasas de contaminación son muy bajas.
Inconvenientes:
- La incineración puede resultar muy peligrosa porque produce sustancias peligrosas para el medio ambiente, y por ello se deben utilizar los filtros y realizar la combustión.
- Las temperaturas son mayores a los 900ºC, no es muy saludable ya que produce dioxina cancerígena.
3.1.2. Centrales no convencionales.
4. TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA.
Los lugares donde se ubican las centrales eléctricas suelen estar, en muchos casos, lejos de los puntos de consumo final. Unas veces, por razones de seguridad (como ocurre con las centrales nucleares), otras, por necesidades de espacio (centrales solares); y otras, por motivos físicos y orográficos (centrales hidráulicas, parques eólicos y centrales mareomotrices).
La energía eléctrica no se puede almacenar; por tanto, hay que transportarla desde donde se produce (central hidroeléctrica, eólica, etc.) hasta donde se consume (industrias y núcleos urbanos).
4. TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA.
El transporte de la energía eléctrica implica 4 procesos:
•Elevación del voltaje: debido a las grandes distancias que la
electricidad ha de recorrer, y con objeto de que no existan pérdidas
de energía significativas (por calor), el voltaje de salida de la
central se eleva mediante transformadores a unos valores muy altos
que pueden variar entre 200.000 y 400.000 voltios.
4. TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA.
•Diseño y construcción de la ruta de cables de alta tensión: por
medio de torres que sostienen los cables.
4. TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA.
•Reducción del voltaje: se instalan subestaciones de transformación entre la línea de alta tensión y el consumidor final. Estas, mediante transformadores, reducen el voltaje unos 5.000 V.
4. TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA.
•Fase de distribución: llega a los hogares, oficinas, industrias e instalaciones públicas (alumbrado, semáforos, etc.) por medio de postes o bien a través de canalizaciones subterráneas. En esta etapa, el voltaje se reduce hasta alcanzar valores situados entre 120 y 380 voltios, dependiendo de su destino final; además, la electricidad, antes de llegar al aparato que la va a utilizar, pasa por una serie de instalaciones intermedias: contadores, instalaciones de seguridad, cajas de derivación, cuadros de manso y protección, etc.
