El documento describe los diferentes tipos de centrales eléctricas, incluyendo centrales hidroeléctricas, térmicas, nucleares, eólicas y solares. Explica cómo cada tipo de central aprovecha una fuente de energía diferente como el agua, el vapor, la fisión nuclear, el viento o la luz solar para hacer girar turbinas acopladas a generadores eléctricos y producir energía eléctrica. También cubre brevemente otros tipos de centrales como las mareomotrices y geotérmicas.

1. LA ENERGÍA ELÉCTRICA I.E.S. “Las Sabinas” de EL BONILLO La energía eléctrica – 3º ESO Copyright FMM2005 © Todos los derechos reservados

2. INDICE La corriente eléctrica La carga eléctrica La corriente eléctrica Generadores eléctricos Energía y potencia eléctrica Distintas formas de producir corriente eléctrica Generación de corriente alterna Inducción electromagnética Alternadores Periodo y Frecuencia La energía eléctrica – 3º ESO Copyright FMM2005 © Todos los derechos reservados

3. INDICE II Centrales Eléctricas Centrales hidroeléctricas Centrales térmicas Centrales nucleares Centrales eólicas Centrales solares Otros tipos de Centrales El transporte de la energía eléctrica Los tendidos eléctricos Los transformadores Esquema de las centrales eléctricas Test de ejercicios La energía eléctrica – 3º ESO Copyright FMM2005 © Todos los derechos reservados

4. Como ya sabéis los cuerpos están formados por átomos y éstos a su vez por otras partículas más pequeñas: - los electrones - los protones - los neutrones Los electrones y los protones tienen una propiedad denominada carga eléctrica , responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos. Los electrones poseen carga eléctrica negativa Los protones tienen carga eléctrica positiva Los cuerpos son generalmente neutros (igual cantidad de cargas positivas y negativas). LA CARGA ELÉCTRICA La energía eléctrica – 3º ESO

5. Si tenemos dos elementos, con distinta carga eléctrica, conectados entre sí se produce un flujo de cargas desde uno hacia el otro. A dicho flujo de cargas le denominamos corriente eléctrica. La corriente eléctrica es un movimiento de cargas eléctricas a través de un conductor, entre dos puntos que tienen distinto potencial eléctrico. El número de cargas que pasan por un punto del circuito en un tiempo determinado se denomina intensidad de corriente eléctrica y, como sabéis, se mide en Amperios (A). I = N / t La unidad que se utiliza para medir la cantidad de carga eléctrica se denomina Culombio (Cu) y equivale a 6,25x10 18 electrones. 1 A = 1 Cu / 1 s LA CORRIENTE ELÉCTRICA

6. Si queremos que la corriente eléctrica se mantenga debe existir un elemento en el circuito que se encargue de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos del circuito. Esto lo consiguen los generadores eléctricos. Por lo tanto, un generador eléctrico es un dispositivo que crea y mantiene la diferencia de potencial necesaria para que se produzca y mantenga una corriente eléctrica. La tensión capaz de proporcionar un generador se denomina voltaje y se mide en voltios (V). GENERADORES ELÉCTRICOS

7. Se denomina energía a la capacidad para producir un trabajo . Se mide en julios (J). Los generadores eléctricos reciben energía de diferentes fuentes - movimiento, - reacciones químicas, - a partir de la luz, - por calentamiento, etc. y la transforman en energía eléctrica, la cual puede aprovecharse para producir calor o para realizar trabajo. La potencia de un aparato eléctrico es la cantidad de trabajo que es capaz de realizar o la cantidad de energía que es capaz de suministrar un aparato eléctrico . Se mide en watios (W). ENERGÍA Y POTENCIA ELÉCTRICA

8. La potencia eléctrica se calcula multiplicando el voltaje al que está conectado un aparato por la intensidad que lo atraviesa. P = V x I La energía eléctrica que recibe o suministra un aparato eléctrico se calcula multiplicando su potencia eléctrica por el tiempo (en segundos) que se encuentra funcionando. E = P x t En la industria se utiliza como unidad de energía el kilowatio hora (kW.h), ya que el Julio es una unidad muy pequeña. ENERGÍA Y POTENCIA ELÉCTRICA (II)

9. DISTINTAS FORMAS DE PRODUCIR CORRIENTE ELÉCTRICA La tensión eléctrica necesaria para que se produzca y mantenga una corriente eléctrica se puede conseguir de distintas maneras, entre las que están: Mediante reacciones químicas . Se sumergen dos metales diferentes en una disolución apropiada, se producen una serie de reacciones químicas, generándose una corriente eléctrica. Es la base de las pilas y baterías. A partir de la luz . Algunos metales desprenden electrones cuando sobre ellos incide la luz. Se conoce como fenómeno fotoeléctrico y es la base de las células fotovoltaicas. Por calentamiento . Se basa en que al calentar una soldadura de dos metales diferentes se produce una tensión eléctrica entre ellos. Por presión . Cuando se estiran o comprimen ciertos materiales aparecen tensiones eléctricas en su superficie (cristal de cuarzo). A partir del movimiento . Se basa en el fenómeno de inducción electromagnética que veremos a continuación. Es el más utilizado.

10. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Al acercar o alejar un imán a un conductor eléctrico (en un circuito cerrado), se produce en éste una corriente eléctrica. Igualmente ocurre si dejamos quieto el imán y lo que movemos es el conductor cerca de él. A este fenómeno es al que se le denomina inducción electromagnética y a la corriente eléctrica generada corriente inducida . Dicha corriente se mantiene mientras el imán y/o el conductor estén en movimiento. La corriente inducida cambia de sentido según se acerque o aleje el imán, por lo que depende del sentido de movimiento del imán, pero también del polo que se acerque o se aleje.

11. Los alternadores son aparatos que producen corriente alterna. Básicamente se trata de un imán entrando y saliendo periódicamente de una bobina. El resultado es el mismo si el imán en lugar del entrar y salir de la bobina se encuentra girando frente a ella. ALTERNADORES Haz clic en el enlace para ver el funcionamiento de un alternador Funcionamiento del ALTERNADOR

12. Cuando los movimientos del inducido y del inductor son regulares o cíclicos, la intensidad y el voltaje de la corriente alterna varían siguiendo un ciclo, en el cual se pueden definir dos magnitudes: El periodo , o tiempo en el que tarda en producirse un ciclo completo. La frecuencia , que es el número de ciclos que se realizan en un segundo. El tiempo durante el cual la corriente circula en un mismo sentido se denomina alternancia , por lo tanto dos alternancias forman un periodo. El periodo y la frecuencias son magnitudes inversas. En Europa la corriente alterna utilizada tiene una frecuencia de 50 Hertzios o 50 ciclos por segundo, por lo que cada periodo dura 1/50 segundos. PERIODO Y FRECUENCIA

13. La corriente eléctrica que llega a nuestras viviendas se genera en centrales eléctricas. Todas las centrales se basan en los fenómenos de inducción electromagnética vistos con anterioridad. Las centrales eléctricas se pueden clasificar atendiendo a la fuente de energía utilizada para mover los generadores eléctricos. En función de dichas fuentes de energía tenemos: Centrales hidroeléctricas Centrales térmicas Centrales nucleares Centrales eólicas Centrales solares Otros tipos de centrales CENTRALES ELÉCTRICAS

14. Las centrales hidroeléctricas se basan en el aprovechamiento de la energía potencial del agua que se encuentra almacenada en embalses situados a mayor altura que la central. Se hace descender el agua desde el embalse hasta la central por lo que va transformando su energía potencial en energía cinética que será la que hará girar a las turbinas acopladas a un alternador, que será en que produzca la corriente eléctrica. Pinchando en los siguientes enlaces puedes ver el funcionamiento de dichas centrales. CONSUMER - Central Hidráulica UNESA - Central Hidroeléctrica CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

15. En este tipo de centrales se utiliza la energía proveniente del sol para producir vapor de agua que será en que haga girar a las turbinas acopladas al generador eléctrico. En los siguientes enlaces tenéis animaciones donde podéis ver el funcionamiento de este tipo de centrales. CONSUMER - Energía solar UNESA - Centrales térmicas CENTRALES TÉRMICAS

16. Este tipo de centrales se basan en la gran cantidad de energía liberada debido a la fisión de isótopos radiactivos de Uranio. Esta energía es aprovechada para generar el vapor del agua que hará girar a las turbinas acopladas al generador eléctrico. En los siguientes enlaces tenéis animaciones donde podéis ver el funcionamiento de este tipo de centrales. CONSUMER - Energía nuclear UNESA - Centrales nucleares CENTRALES NUCLEARES

17. La energía que aprovechan este tipo de centrales es la energía cinética del viento. Esta energía es captada por las aspas de los aerogeneradores para hacer girar al alternador que producirá energía eléctrica. En los siguientes enlaces tenéis animaciones donde podéis ver el funcionamiento de este tipo de centrales. CONSUMER - Energía eólica UNESA - Centrales eólicas CENTRALES EÓLICAS

18. Las centrales solares aprovechan la energía que proviene del sol para transformarla directamente en energía eléctrica, mediante células solares o fotovoltaicas, o para calentar el agua de un circuito hasta convertirla en vapor, que será el encargado de mover las turbinas acopladas al alternador. En los siguientes enlaces tenéis animaciones donde podéis ver el funcionamiento de este tipo de centrales. CONSUMER - Energía solar UNESA - Central solar térmica CENTRALES SOLARES

19. Existen otros tipos de centrales que aprovechan diferentes tipos de energías para producir energía eléctrica. Los tipos de energía que pueden emplearse para producir energía eléctrica son: Energía mareomotriz Energía geotérmica Energía de la biomasa, etc. A continuación tenéis varios enlaces donde podréis comprobar el funcionamiento de este tipo de centrales. Energia del mar Energía geotermal Energía de la biomasa OTROS TIPOS DE CENTRALES

20. La energía eléctrica generada en las centrales eléctricas debe ser transportada hasta las viviendas e industrias a unas distancias de muchos kilómetros. Este transporte se realiza por medio de los tendidos eléctricos. Este transporte a grandes distancias presenta un gran inconveniente, que es la gran cantidad de energía que se pierde en forma de calor. Como éstas pérdidas dependen de la intensidad de la corriente, es muy conveniente disminuirla lo máximo posible para minimizar dichas pérdidas. Esto se consigue aumentando el voltaje aplicado. Esto se puede ver fácilmente aplicando la fórmula para calcular la energía eléctrica suministrada y/o consumida. E = P x t = V x I x t EL TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

21. Esta elevación del voltaje se realiza por medio de transformadores. La energía generada en una central suele ser de unos 10.000 a 20.000 V. Mediante los transformadores se aumenta, para su transporte, a unos voltajes de 110.000, 220.000 ó 380.000 V. Los tendidos de alta tensión están interconectados formando una gran red que se extiende por todo el país, para distribuir la energía eléctrica a todos los puntos de consumo. Cerca de las ciudades y polígonos industriales se vuelve a convertir la energía eléctrica de alta tensión en energía a media tensión (66.000 V = 66 kV). Esto se realiza en estaciones transformadoras. EL TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA II

22. En las subestaciones transformadoras se vuelve a disminuir el voltaje hasta unos 22.000 V (22 kV). Posteriormente, cerca de los puntos de consumo, se encuentran los centros de transformación, donde se realiza la última disminución del voltaje, hasta 220 ó 380 V (baja tensión). En la siguiente animación podéis ver el camino de la electricidad. Camino de la electricidad EL TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA III

23. Si se enrollan dos cables alrededor de un núcleo de hierro y uno de los cables se conecta a una pila y el otro a un equipo de medida, se observa que al abrir y cerrar repetidas veces el circuito del primer cable, la aguja del aparato de medida se mueve, lo que indica que por dicho cable circula una corriente eléctrica. Esto es debido al campo magnético variable que se crea al abrir y cerrar uno de los circuitos. Realmente cuando cerramos el circuito primario se crea un campo magnético que induce una corriente en el circuito secundario. Al ir abriendo y cerrando el circuito primario se está induciendo en el secundario una corriente tal y como hemos visto para un alternador, pero sin existir movimiento. LOS TRANSFORMADORES

24. Si en lugar de estar continuamente abriendo y cerrando el circuito primario lo que hacemos es conectar el primario a una fuente de corriente alterna el resultado será el mismo. Por lo tanto en un transformador podemos distinguir los siguientes parámetros: Circuito primario o inductor Voltaje del circuito primario (V p ) Número de espiras del circuito primario (N p ) Circuito secundario o inducido Voltaje del circuito secundario (V s ) Número de espiral del circuito secundario (N s ) LOS TRANSFORMADORES II

25. LOS TRANSFORMADORES III La relación que se cumple en todo transformador ideal es la siguiente: Además en un transformador ideal la potencia suministrada por el primario es igual a la proporcionada por el circuito secundario. Si no estamos hablando de un transformador ideal, existirán unas pérdidas debidas al rendimiento del transformador, por lo que la potencia en el secundario será inferior a la ideal, ya que parte de dicha potencia se perderá en forma de calor.

26. Los átomos están compuestos por tres partículas elementales: electrones, protones, y neutrones. Los electrones (e-) tienen carga negativa, y muy poca masa. Los protones (H+) son la contrapartida en carga de los electrones, porque la tienen positiva, pero a diferencia de los electrones tienen mucha más masa. Los neutrones (n) no poseen carga, pero en cambio son ligeramente más masivos que los protones. Los protones y los neutrones constituyen el núcleo de los átomos. Los electrones 'giran' alrededor de ese núcleo, en una especie de 'órbitas'.Un núcleo se caracteriza por dos cosas: su número atómico y su número másico. El número atómico es el número de protones del núcleo. El número másico es el número de protones y neutrones del núcleo. Como los neutrones no poseen carga, el número atómico (o sea, el número de protones) es el que determina la carga del núcleo, que es por lo tanto positiva. Si la materia es, en principio, eléctricamente neutra, debe haber tantos electrones girando alrededor del núcleo como protones hay en él. Lo que determina que un átomo sea de hidrógeno, de carbono, o de hierro, es el número de protones del núcleo, el número atómico. Se dice que dos átomos son isótopos o presentan una relación de isotopía cuando teniendo el mismo número atómico, es decir, el mismo número de protones en su núcleo, poseen distinto número másico, es decir, distinto número de neutrones en su núcleo. ¿QUE ES UN ISOTOPO?

27. ESQUEMA DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS CENTRAL TÉRMICA COMBUSTIÓN CENTRAL NUCLEAR CENTRAL SOLAR TÉRMICA CALOR VAPOR TURBINA AGUA AIRE CENTRAL EÓLICA CENTRAL HIDROELÉCTRICA CENTRAL SOLAR FOTOVOLTAICA CALOR CALOR MOVIMIENTO ALTERNADOR ELECTRICIDAD RADIACIÓN SOLAR PANELES FOTOVOLTAICOS

28. En el siguiente enlace tenéis una serie de preguntas tipo test con las que podréis analizar vuestros conocimientos en relación con la presente unidad. ¡¡¡ SUERTE !!! Realizar test TEST DE EJERCICIOS