La utilización de energía eléctrica es algo muy reciente en la historia humana. La primera central eléctrica con éxito comercial fue construida por Edison en 1882, en la ciudad de Nueva York. La central ofrecía electricidad a las casas y negocios del barrio, algo que no había pasado hasta entonces en ningún otro lugar del mundo. Poco a poco los vecinos, las tiendas, los talleres fueron conectándose a la central para disfrutar de la iluminación eléctrica recién desarrollada. Fue el inicio de la electrificación, cuyo éxito sería enorme.
1.2. ¿Qué es la energía?
Se define energía como la capacidad de producir trabajo. Se consume energía realizando un trabajo, como mover un objeto, iluminar una habitación o calentar un alimento. Como sabrás por tus estudios de ciencias, la unidad de medida de la energía en el sistema internacional es el julio o joule (J). Pero cuando se trata de energía eléctrica, los técnicos utilizan el kilovatio hora (kWh). Para calcular la energía eléctrica consumida por un electrodoméstico en kilovatios hora basta con multiplicar su potencia (en kilovatios) por el tiempo que está encendido (en horas). Ejemplo:
una plancha de 1,5 kW de potencia, encendida durante 1 h, consume 1,5 kWh de energía. Si está encendida durante 2 h consume 3 kWh.
Si miras una factura de la electricidad de tu casa podrás ver los kWh totales que se han consumido en un periodo de dos meses. También hay un gráfico con el consumo comparado de las últimas facturas. Para determinar la cantidad de energía que se ha consumido se utiliza un contador eléctrico, cuya unidad de medida, lógicamente, también es el kilovatio hora.
1.3. Fuentes de energía renovables y no renovables
La energía que consume nuestra sociedad proviene de la naturaleza. Llamamos fuente de energía a todo aquello de donde podemos extraer energía aprovechable. Las principales fuentes de energía son: el sol, el viento, los ríos, las mareas, las plantas, el calor interno de la Tierra, el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio.
Las fuentes de energía se pueden clasificar en renovables y no renovables. Una fuente de energía es renovable si no se agota con el tiempo, si se regenera de forma natural, y no es renovable si se agota al consumirse toda la energía que había disponible inicialmente. El petróleo, por ejemplo, es una fuente de energía no renovable, ya que las reservas de petróleo son limitadas. El sol es un ejemplo de energía renovable. Por mucho que utilicemos su energía no lo agotamos, cada día nos llega la misma cantidad de energía solar a la Tierra.
ENERGÍA RENOVABLE: Solar, Eólica, Hidráulica, Mareomotriz, Biomasa, Geotérmica.
ENERGÍA NO RENOVABLE: Carbón, Petróleo, Gas natural, Uranio.
1.4. Energía primaria y energía secundaria
Llamamos energía primaria a la que se encuentra directamente en la naturaleza sin ninguna transformación. Algunas energías primarias, como la del carbón, pueden utilizarse directamente: podemos quemar el carbón para calentarnos. Normalmente la energía contenida en una fuente de energía primaria no se utiliza como tal, sino que se transforma de alguna manera para facilitar su consumo o se convierte en otro tipo de energía más útil. La energía resultante se denomina energía secundaria. La mayor parte del carbón, por ejemplo, se quema para obtener electricidad. La electricidad obtenida es una energía secundaria. Otro ejemplo de energía secundaria es la que contiene la gasolina, que se obtiene refinando petróleo crudo (una energía primaria).
1.5. Generación de energía eléctrica. Centrales eléctricas
Como hemos visto, la electricidad es una energía secundaria ya que no se encuentra directamente en la naturaleza: es necesario obtenerla a partir de otras energías primarias. Esta conversión de energías se lleva a cabo en instalaciones industriales llamadas centrales eléctricas. Hay muchos tipos de centrales eléctricas en función del tipo de energía primaria y de la tecnología que utiliza para producir electricidad. En otras mini unidades estudiaremos los tipos de centrales eléctricas más importantes.
1.5. Generación de energía eléctrica. Generadores eléctricos
Casi todas las centrales eléctricas generan electricidad haciendo girar a gran velocidad un generador eléctrico rotativo. El ejemplo más sencillo de generador eléctrico es el que tienen algunas bicicletas. Consiste en una bobina de hilo conductor y un imán giratorio. El imán está unido, mediante un eje, a una rueda de fricción. Cuando la rueda de fricción se pone en contacto con el neumático de la bicicleta, gira a gran velocidad y hace rotar al imán. El imán en rotación produce un campo magnético fluctuante que induce corriente eléctrica en la bobina. Los generadores de las centrales eléctricas son mucho más grandes y complejos, pero el funcionamiento básico es el mismo.
1.5. Generación de energía eléctrica. Generadores y turbinas
El esquema general de los diferentes tipos de generadores es siempre el mismo: se utiliza una fuente de energía primaria para hacer girar una turbina, una rueda con paletas, como una turbina eólica (las paletas serían las aspas, que son impulsadas por el viento). La turbina está unida a un generador, de forma que cuando gira la turbina también gira el generador. La rotación del generador genera corriente eléctrica. El proceso consigue transformar la energía primaria utilizada (eólica, hidráulica, carbón, petróleo, etc.) en energía eléctrica.
1.6. Transporte y distribución de la energía eléctrica
La energía que producen las centrales se hace llegar a los consumidores finales a través de cables eléctricos. Al conjunto de los cables e instalaciones que se utilizan para conectar productores y consumidores se le denomina red eléctrica.
Normalmente las centrales se encuentran muy alejadas de los centros de consumo. Cuando la electricidad circula por un cable muy largo, una parte importante de su energía se desperdicia en forma de calor. Para reducir al mínimo este problema se eleva la tensión de la electricidad que genera la central a 220 000 o 400 000 V. Cerca de los núcleos de consumo se reduce la tensión hasta niveles útiles para los usuarios (230 V para viviendas). Se llama red de transporte a la parte de la red que comprende las líneas de alta tensión y red de distribución a la parte cercana a los clientes finales y que sirve para hacer llegar la electricidad a todos los puntos de consumo.
1.6. Transporte y distribución de la energía eléctrica. Transformadores
A la salida de las centrales eléctricas se instala un transformador, cuya función es elevar la tensión de la corriente eléctrica. También hay transformadores que reducen la tensión, como los que se utilizan en los cargadores de los teléfonos móviles. Los transformadores son dispositivos formados por dos bobinas de cable aislado enrolladas alrededor de un núcleo de hierro. Cuando por una de las bobinas (la bobina de entrada) se hace pasar corriente, en la otra bobina (la bobina de salida) se genera una corriente inducida (la corriente de salida). Si hay más vueltas de cable (espiras) en la bobina de salida, la tensión que sale del transformador será más alta que la que entra, y viceversa. A continuación lo veremos un poco mejor. Los transformadores solo funcionan con corriente alterna.
1.6. Transporte y distribución de la energía eléctrica. Transformadores
Cómo cambia la tensión de salida de un transformador (Vs) si variamos el número de espiras de la bobina de entrada (Ne) o de la bobina de salida (Ns).
Vs = Ns · Ve
Ne
Nota: en un transformador también cambia la intensidad de salida cuando cambia la tensión. Para calcularla se utiliza la fórmula: Ve · Ie = Vs · Is (la tensión de entrada por la intensidad de entrada es igual a la tensión de salida por la intensidad de salida.)
1.6. Transporte y distribución de la energía eléctrica. El sistema eléctrico
El esquema que hemos visto de transporte y distribución de la electricidad es una simplificación: solamente hay una central que da suministro a un conjunto de clientes. Se parece a los primeros sistemas eléctricos, como la primera central de Edison, pero no a la red eléctrica actual. Un sistema así es muy vulnerable, cualquier incidencia en la central (averías, mantenimiento, etc.) deja sin suministro eléctrico a los clientes. En la época de Edison estar sin electricidad unas horas era tolerable, ya que la gente estaba acostumbrada a iluminarse con otros medios y la economía todavía no estaba basada en el uso de energía eléctrica, pero hoy no lo es.
Actualmente el sistema eléctrico es mucho más complejo. Está formado por centenares de puntos de producción y millones de puntos de consumo. Para evitar que cualquier punto de consumo quede sin servicio por algún problema técnico los puntos de producción están conectados entre sí en paralelo. Nos podemos imaginar que forman un anillo.
Los puntos de consumo se conectan a este anillo. Si una de las centrales falla, las otras centrales aseguran el suministro. La cantidad de energía generada por las centrales tiene que ser igual a la que solicitan los consumidores en cada momento. Si la demanda baja en un momento determinado (por la noche, por ejemplo), se deberá parar algunas de las centrales conectadas al anillo. Si la demanda sube, se tendrá que volver a ponerlas en marcha o aumentar la potencia de las que ya estaban funcionando. Este sistema necesita un centro de coordinación centralizado que supervise el comportamiento de la red y ordene a las centrales qué deben hacer en cada momento. En España esta
tarea la realiza el Cecoel (Centro de control eléctrico), situado en Alcobendas (Madrid). La empresa que lo gestiona es Red Eléctrica de España (REE).
Prueba Evaluación Tema 1: Energía Eléctrica
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