La energía y sus transformacionesLa energía y sus transformaciones

Sara León RubioSara León RubioNatalia Martínez PérezNatalia Martínez Pérez

3ºB 2011-2012 3ºB 2011-2012

Índice

Definición y unidades.

Formas de energía.

Fuentes de energía.

Generación de energía eléctrica.

Impacto ambiental.

Transporte y distribución.

Nuevas líneas de investigación.

Definición y unidades

Definición:

Es la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo.

Es una propiedad de la materia.

Unidades:

La unidad básica de la energía es el Julio (J)

También se utiliza la caloría. 1J = 0,24 cal

Para medir la energía liberada en la explosión de una bomba: tonelada de TNT.

Formas de energía

Son las distintas formas en las que se manifiesta la energía.

E.térmica: la energía que se desprende en forma de calor.

E.mecánica: es la suma de la potencial y cinética.

E.cinética: es la energía que tiene un cuerpo en movimiento.

E.potencial: la tiene cualquier objeto situado a cierta altura.

E.luminosa: es transportada por ondas luminosas.

E.sonora: es transportada por ondas sonoras.

E.eléctrica: energía transportada por la corriente eléctrica.

Otras: electromagnética, interna, calorífica, mecánica, química, eólica, nuclear, hidráulica...

Fuentes de energía

Recurso de donde se obtiene energía, que luego se puede transformar.

Ofrecen gran cantidad de energía.

Por ejemplo: sol, agua, viento, carbón, biomasa, gas natural, madera en general...

Clasificación de las fuentes de energía

Fuentes de energía

RenovablesNoRenova-bles

Primarias SecundariasConvencio-nales

No convencio-nales

Contami-nantes

No contami-nantes

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

Mareomotriz x x x x

Generación de energía eléctrica

Se puede obtener de varias maneras, que se clasifican en:

-Energías convencionales: son de las que normalmente se extrae electricidad. Son la energía térmica, la hidroeléctricidad y la energía nuclear.

-Energías alternativas: son las que se están implantando hoy en día para evitar depender de las convencionales: Son la biomasa, la energía eólica, la energía solar, la energía geotérmica y la energía mareomotriz.

Central térmica

La mayor parte de la electricidad se crea en estas centrales. En ellas se quema combustible, y el calor producido por la combustión calienta agua y genera vapor de agua a alta presión. Este chorro de vapor mueve unas turbinas, que están conectadas a generadores eléctricos que producen la electricidad.

El combustible más usados es el carbón, aunque también se utilizan el fuel, la madera, los residuos urbanos y el gas natural (ya que es menos contaminante)

Central nuclear

El reactor nuclear calienta y transforma el agua en vapor mediante la fisión del núcleo de los átomos, que genera gran cantidad de calor.

El vapor de agua hace girar una turbina, que está conectada a un generador eléctrico que transforma la energía cinética en eléctrica.

El vapor de agua que sale de la turbina está muy caliente, por lo que se dirige a un depósito donde se enfría al estar en contacto con tuberías de agua fría y así vuelve al reactor.

Se produce a partir de la fisión, o ruptura de los átomos, de minerales radiactivos, sobre todo el uranio y el plutonio.

Funcionamiento y partes de una central nuclear

Central hidroeléctrica

Utiliza la fuerza del agua para obtener electricidad.

El agua se acumula en embalses y se construyen presas en los puntos más estrechos. En la parte inferior de la presa, el agua se hace pasar por una turbina y se produce electricidad cuando las aspas de ésta giran.

Es la energía renovable más utilizada.

Central solar

Es una energía renovable que produce energía eléctrica a partir de la radiación del Sol. Hay de dos tipos:

-Térmica: utiliza hornos solares que calientan tuberías por las que circula agua y produce vapor. Ese vapor mueve una turbina acoplada a un generador eléctrico. También se utiliza para obtener agua caliente.

-Fotovoltaica: aprovecha la energía solar para producir electricidad mediante los paneles fotovoltaicos (de germanio o silicio). Se usa para alimentar aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribución.

Central eólicaLa fuerza del viento mueve las aspas de unos enormes molinos

(aerogeneradores) que están conectados a un generador eléctrico.

Los aerogeneradores pueden trabajar de forma aislada o el parques eólicos, en los que se colocan separados por las turbulencias. Tienen que estar sincronizados. El número de aerogeneradores depende de la cantidad de espacio y del viento. Pueden ser terrestres, que son la mayoría, o estar en el mar (offshore) de los que hay menos.

Cada vez es más utilizada.

Terrestre Offshore (en el mar)

Funcionamiento y partes de un aerogenerador

Aprovecha la energía cinética del viento, la convierte en energía mecánica en el interior de los generadores y finalmente se convierte en energía eléctrica.

Central mareomotriz

Se basa en el aprovechamiento del movimiento de las olas y las maneras para producir electricidad.

Se construye un dique que encierra un trozo de mar en una zona donde las mareas son de gran altura. En este dique se hacen unas aberturas cerradas por compuertas, donde se colocan las turbinas con generadores.

Cuando sube el agua se deja pasar por las compuertas y cuando llega a su nivel máximo se cierran. Al bajar la marea éstas se abren y el flujo de agua saliente mueve las turbinas, que producen electricidad.

Central geotérmicaAprovecha el calor interno de la Tierra para producir electricidad o ser usada en los sistemas

de calefacción.

Se produce en lugares de la Tierra donde se producen fenómenos geotérmicos que puedan ser utilizados.

Hay algunos lugares donde las altas temperaturas se encuentran en la superficie (como algunas de las Islas Canarias). En esos lugares es donde las instalaciones geotérmicas son más rentables.

Tiene como finalidad el calentar agua, para producir vapor de agua a altas temperaturas, que puede ser utilizado por mover una turbina y producir electricidad o se utilizado como agua caliente.

Central de biomasa

Para obtener energía a partir de la biomasa se queman los residuos urbanos y agrícolas (madera, estiércol...) y los gases producidos por la descomposición de estos residuos. El calor que desprenden se utiliza para convertir el agua en vapor y mover unas turbinas.

Lo ideal es tener la central de biomasa cerca de la zona de producción de procesos industriales agrarios y forestales.

Impacto ambiental

La energía eléctrica en sí es una energía limpia, sin embargo, las formas de obtenerla suelen ser contaminantes, sobre todo las energías convencionales. Por ello cada vez se utilizan más las energías alternativas, aunque aún les falta desarrollo para que sean más productivas.

La construcción de grandes embalses sumerge tierras cultivables y pueblos, desplazando a los habitantes de las zonas inundadas, modifica el territorio, reduce la biodiversidad, dificulta la emigración de los peces, la navegación y el transporte de elementos nutritivos por el agua, disminuye el caudal de los ríos y al no permitir el transporte de sedimentos muchos deltas están desapareciendo y con ellos muchas tierras de cultivo.

Tanto las centrales solares como eólicas producen un impacto visual, ya que estropean el paisaje.

Los accidentes de las centrales nucleares pueden causar un gran impacto ambiental por el escape de radiación o la filtración de agua del sector primario, que está en contacto con el reactor y por lo tanto es radiactiva, al exterior.

La lluvia ácida, producida por la combinación de la humedad del aire con SO2 y NO, produciendo ácidos, que luego caen junto a las precipitaciones, produciendo un gran impacto sobre los seres vivos y el suelo y aguas.

Impacto ambientalLas grandes extensiones de placas solares inhabilitan ese suelo para la agricultura u otras

acciones.

Los aerogeneradores pueden producir problemas: emisión de ruido, peligro de accidentes por desprendimientos de aspas del rotor, interferencias electromagnéticas e impacto contra la fauna (aves)

Las explotaciones de carbón a cielo abierto tienen un gran impacto visual. Su combustión libera grandes cantidades de gases, con efectos como la lluvia ácida, el efecto invernadero, la formación de smog, entre otros.

El petróleo y el gas natural producen una gran cantidad de CO2 al quemarse (es la principal causa del efecto invernadero) y provocan lluvia ácida. El petróleo puede producir graves daños ambientales al transportarse, si hay accidentes.

Si para quemar biomasa se sobre-explotan los bosques se produce un gran impacto para la biodiversidad.

Para transportar la electricidad se tienen que construir tendidos eléctricos de gran voltaje que pueden ser un peligro para los animales.

Las emisiones de CO2 (que producen el efecto invernadero) de gases CFC (que provocan el agujero en la capa de ozono)

Transporte y distribución

La electricidad se transporta a través de la red eléctrica.

Tiene ventajas económicas y se puede utilizar muy lejos de donde se ha generado.

A la corriente se le reduce o eleva el voltaje con transformadores, así cada parte del sistema tiene el voltaje apropiado.

Elementos de la red eléctrica

La central eléctrica.

Los transformadores: elevan el voltaje de la corriente para que pueda transportarse por la redes de transporte.

Las líneas de transporte.

Las subestaciones: donde le reducen el voltaje para adecuarlo a las líneas de distribución.

Líneas de distribución.

Los transformadores: bajan el voltaje al valor que utilizan los consumidores.

Cómo son las redes eléctricas

Las líneas de conducción suelen estar formadas por cables de cobre, aluminio o acero.

Al utilizar cables de acero recubierto y altas torres, la distancia entre éstas puede ser mayor, por lo que se reduce el coste de la red de transporte.

Las líneas de distribución, a menor tensión, se cuelgan normalmente de postes de madera.

En las ciudades, donde los cables aéreos pueden ser peligrosos se utilizan cables aislados subterráneos.

Nuevas líneas de investigación

La fusión nuclear: dos núcleos muy ligeros se unen para formar uno más pesado. En esta reacción se libera energía que tienen pensado utilizarla para calentar agua y que ésta mueva unas turbinas. Se basa en la fusión de dos isótopos del hidrógeno: deuterio y tritio. Presenta dos ventajas: es menos radiactiva y el deuterio es muy abundante en la naturaleza.

Captación de energía en el espacio exterior: se calcula que si se pusiese una central captadora de energía solar en el exterior de la atmósfera, su rendimiento sería veinte veces mayor que en una terrestre, ya que se aprovecharían las 24h del día, no habría interferencias y no se producirá una variación en la inclinación de los rayos solares. La energía llegaría a la Tierra en transbordadores espaciales o por microondas.

Nuevas líneas de investigación

Célula de combustible: se está investigando la posibilidad de transformar energía química en energía eléctrica mediante un proceso inverso a la electrolisis. Un elemento químico aislado como el hidrógeno, o este combinado con otros producen electricidad espontáneamente. Si se utiliza hidrógeno como combustible, se libera agua. Este sistema sería barato y ecológico.

Célula de combustible Fusión nuclear

Turbinas de aire

Un grupo de ingenieros franceses han creado una turbina de aire que es capaz de producir agua potable a partir de la humedad del aire.

Puede producir unos 1000 litros de agua cada día.

Así se podrá mejorar la situación de lugares con escasos recursos hídricos y permitirá a zonas rurales ser autosuficientes en producción de agua.