Gracias
a la energía eléctrica la sociedad ha llegado a su actual desarrollo material.
La multiplicación de la fuerza mediante el aprovechamiento de los energéticos,
el transporte, las comunicaciones, la industria, la posibilidad de hacer
grandes obras, el control del clima, etc., se deben a ella.
Aun
cuando en todos los procesos en los que se emplea podría ser sustituida con
otros energéticos, los costos de los motores, los aparatos, la iluminación son
considerablemente más bajos cuando la fuente de energía es la electricidad, de
suerte que su consumo caracteriza el grado de desarrollo de un país. Puede
producirse con diversos energéticos primarios: la energía potencial del agua;
los combustibles fósiles (carbón, gas y petróleo)
Utilizando
corriente alterna, la electricidad puede ser transmitida a grandes distancias y
después transformada para ser utilizada en las diversas aplicaciones con costos
competitivos. Los sistemas de producción de energía eléctrica son sensibles a
las economías de escala y la eficiencia de transformación de energéticos
primarios, sobre todo en plantas termoeléctricas, es también favorecida por las
grandes capacidades, a esto se debe que los desarrollos tecnológicos en
sistemas de producción tiendan a la instalación de grandes unidades.
Además,
como una de las características de la energía eléctrica es que debe producirse
en el instante mismo en que se demanda, resulta muy conveniente tener grandes
sistemas de producción interconectados, con el objeto de mantener una reserva,
en condiciones económicas adecuadas, para sustituir las fallas en los equipos y
para hacer posibles operaciones de mantenimiento de las instalaciones.
Generación Eléctrica
En
general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna
clase de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía
eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas
centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas.
Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.
La
generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien
estos no difieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían
en función a la forma en que se accionan. Explicado de otro modo, difiere en
qué fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en
ella, en energía eléctrica.
La demanda de energía eléctrica de una
ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es
función de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes
en la zona y turnos que realizan en su producción, climatología extremas de
frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente,
tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del
año y la hora del día en que se considera la demanda. La generación de energía
eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia
demandada, se debe incrementar la potencia suministrada. Esto conlleva el tener
que iniciar la generación con unidades adicionales, ubicadas en la misma
central o en centrales reservadas para estos períodos.
Los Diferentes procesos para obtener la energía eléctrica
En la actualidad, la mayor parte de la
energía empleada en el mundo proviene de los combustibles fósiles (carbón,
petróleo, gas), que originan graves problemas de contaminación. Para solucionar
estos problemas se buscan otras fuentes energéticas alternativas, renovables y
de menos impacto sobre el medio ambiente.
entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían
en función a la forma en que se accionan. Explicado de otro modo, difiere en
qué fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en
ella, en energía eléctrica.
La demanda de energía eléctrica de una
ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es
función de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes
en la zona y turnos que realizan en su producción, climatología extremas de
frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente,
tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del
año y la hora del día en que se considera la demanda. La generación de energía
eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia
demandada, se debe incrementar la potencia suministrada. Esto conlleva el tener
que iniciar la generación con unidades adicionales, ubicadas en la misma
central o en centrales reservadas para estos períodos.
La energía eólica
es la que se
obtiene del viento, es decir, de la energía cinética generada por efecto de
las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. Los
molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano,
bombear agua u otras tareas que requieren una energía. En la actualidad se
usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas
expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o
islas. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas
de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas
adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de
presión. El impacto medioambiental de este sistema de obtención de energía es
relativamente bajo, pudiéndose nombrar el impacto estético, porque deforman el
paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la
necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos.
Además, este tipo de energía, al igual que la solar o la hidroeléctrica, están
fuertemente condicionadas por las condiciones climatológicas, siendo aleatoria
la disponibilidad de las mismas.
Energía Geotérmica |
La energía geotérmica es aquella energía
que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la
Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores,
entre los que cabe destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc.
Se obtiene energía geotérmica por
extracción del calor interno de la Tierra.
En áreas de aguas termales muy
calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de
las rocas basales o dentro de rocas sedimentarias. El agua caliente o el vapor
pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de
vapor (flashing). El método a elegir depende del que en cada caso sea
económicamente rentable.
ecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o
islas. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas
de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas
adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de
presión.
Energía Hidráulica
Una central hidroeléctrica es
aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el
aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada
a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga
a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas
hidráulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos
características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de
vista de su capacidad de generación de electricidad son:
- La Potencia: Función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.
- La Energía: Esta debe estar garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.
Esta forma de energía posee
problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalses en
los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, incluso urbanos en
algunas ocasiones.
Actualmente se encuentra en desarrollo la
explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético
que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales mareomotrices. Estas
utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general puede ser útil en zonas
costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones
morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la
entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el
momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.
Energía Nuclear
Una central nuclear es una
instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a
partir de energía nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales
fisionables que mediante reacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es
empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y
producir energía eléctrica.
Estas centrales constan de uno o
varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) en cuyo
interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas
de minerales con algún elemento fisil (es decir, que puede
fisionarse) o fértil (que puede convertirse en fisil por reacciones nucleares),
usualmente uranio, y en algunos combustibles también plutonio, generado a
partir de la activación del uranio. En el proceso de fisión radiactiva, se
establece una reacción que es sostenida y moderada mediante el empleo de
elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada.
La energía nuclear se caracteriza por
producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica, residuos nucleares
que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo.
A cambio, no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la
combustión que producen el efecto invernadero, ni precisan el empleo de
combustibles fósiles para su operación. Sin embargo, las emisiones contaminantes
indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del
combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos (se denomina
gestión a todos los procesos de tratamiento de los residuos, incluido su
almacenamiento) no son despreciables.
Energía Solar
La energía solar fotovoltaica es
la obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Los
paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos
semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y
provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en
sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos
permite la obtención de voltajes mayores
en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños
dispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica
continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en
corriente alterna e inyectar en la red eléctrica.
Los principales problemas de
este tipo de energía son su elevado coste en comparación con los otros métodos,
la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros
usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros
usos (el sílice es el principal componente de los circuitos integrados), o su
dependencia con las condiciones climatológicas. Este último problema hace que
sean necesarios sistemas de almacenamiento de energía para que la potencia
generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo.
elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada.
Energía Termoeléctrica
Una central termoeléctrica es
una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de
calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo,
gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible
nuclear. Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán
centrales termoeléctricas.En su forma más clásica, las
centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el
combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde
circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y
temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo
movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el
vapor es enfriado en un condensador donde circula por tubos agua fría de un
caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.
En las centrales termoeléctricas
denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustión del gas
natural para mover una turbina de gas. En una cámara de combustión se quema
el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y
mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todavía
se encuentran a alta temperatura (500 °C), se reutilizan para generar
vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un
alternador, como en una central termoeléctrica común. El vapor luego es
enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeración como
en una central térmica común. Además, se puede obtener la cogeneración en
este tipo de plantas, al alternar entre la generación por medio de gas
natural o carbón. Este tipo de plantas está en capacidad de producir energía
más allá de la limitación de uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la
utilización de fuentes de energía por insumos diferentes. Las centrales térmicas que
usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera dióxido de carbono (CO²),
considerado el principal gas responsable del calentamiento global. También,
dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como
óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y
cantidades variables de residuos sólidos. Las centrales nucleares pueden
contaminar en situaciones accidentales (véase accidente de Chernóbil) y
también generan residuos radiactivos de diversa índole.
Una central térmica solar o
central termosolar es una instalación industrial en la que, a partir del
calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo
termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un
alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica
clásica. En ellas es necesario concentrar la radiación solar para que se
puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 °C hasta 1000 °C, y
obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se
podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de
los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática
que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos
más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie
reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato. Su
principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de
territorio que dejan de ser útiles para otros usos (agrícolas, forestales,
etc.).
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