Central Termoeléctrica

Conceptos Básicos de Electrostática Cargas Eléctricas

Conceptos Básicos de Electrostática

EXPERIMENTO CON CARGAS ELÉCTRICAS EN LA ELECTROSTÁTICA

La palabra electricidad, empleada para designar la causa desconocida que daba a los cuerpos frotados la propiedad de atraer a otros, deriva, justamente, de elektron, nombre que en griego significa ámbar.

Pero la voz electricidad, no usada por los griegos, fue introducida por Guillermo Gilbert (1540-1603), médico de cámara de la reina Isabel de Inglaterra. La soberana le acordó una pensión permanente para que se dedicara a la investigación científica sin preocupaciones económicas.

Gilbert Guillermo

Gilbert Guillermo, Médico

William Gilbert (1544-1603), físico y médico inglés conocido sobre todo por sus experimentos originales sobre la naturaleza de la electricidad y el magnetismo. Nació en Colchester, Essex, y estudió en el Saint John’s College de la Universidad de Cambridge. Comenzó a practicar la medicina en Londres en 1573 y en 1601 fue nombrado médico de Isabel I.

El doctor Gilbert, que fue el primero en estudiar sistemáticamente los fenómenos eléctricos, descubrió que otras substancias, entre ellas el vidrio, también adquirían por frotamiento la propiedad de atraer trocitos de cuerpos muy livianos.

Esto puede comprobarse acercando pedacitos de papel a los dientes de un peine de material resinoso, seco, después de peinarse con él repetidas veces.

Si a una esferita de corcho, de médula de saúco o de girasol, suspendida de un hilo de seda, se acerca una barra de vidrio frotada, la esferita, por ebfenómeno de inducción electrostática, es atraída por la barra y repelida después del contacto.

Lo mismo ocurre si se hace el experimento con una barra de ebonita.

Si se carga la esferita de un péndulo eléctrico o electrostático, así se llama el aparatito descripto más arriba, tocándolo con una barra de vidrio electrizada, y otro con una de ebonita en las mismas condiciones, se comnrobará. al acercarlas, aue se atraen; pero si ambas se tocan únicamente con la barra de vidrio, o con la de ebonita, en lugar de atraerse, al acercarlas se repelen.

pendulo electrostático

De estos hechos y otros análogos se sacaron las siguientes conclusiones:

a) Existen dos estados eléctricos opuestos, o como se dice ordinariamente, dos clases de electricidad, que se ha convenido en denominar vitrea o positiva y resinosa o negativa;

b) Electricidades de distinto nombre, o de signo contrario, se atraen; y del mismo nombre, o de igual signo, se rechazan y

c) Un cuerpo que no manifiesta acciones eléctricas se dice que está en estado neutro.

La electrización de un cuerpo por frotamiento, vidrio por ejemplo, y los dos estados eléctricos o las dos clases de electricidad se explican así: el vidrio se electriza positivamente cuando se frota con una franela porque pierde electrones que los gana ésta, que se carga por ello negativamente.

Como los electrones que pierde un cuerpo los gana el otro, se comprende por qué la carga eléctrica que aparece en ambos es igual; pero de nombre contrario.

Los cuerpos que como el vidrio, la ebonita, el lacre, la porcelana, etc., se electrizan por frotamiento y conservan durante bastante tiempo su estado eléctrico, son malos conductores de la electricidad; los que no se electrizan por frotamiento como, por ejemplo, los metales y el carbono, son buenos conductores de la electricidad. A los malos conductores se les denomina también aisladores.

cargas electricas

cuadro electoestática

En realidad, todos los cuerpos se electrizan por frotamiento, como se comprueba frotando un cuerpo conductor que se sostiene con un mango aislador. Lo que ocurre en ambos casos es lo siguiente: en un cuerpo mal conductor o aislador, el vidrio por ejemplo, las cargas eléctricas quedan localizadas en el lugar frotado; en un buen conductor no, pues deja pasar el estado eléctrico o la electricidad de un modo instantáneo a través del mismo y a otros conductores o lugares vecinos que estén en comunicación con él.

Conviene tener presente que la primera condición que se requiere para que un cuerpo sea mal conductor de la electricidad aislador de la misma, es que esté muy seco.

Los electricistas no tienen miedo de tocar los cables que conducen la electricidad si están situados sobre madera bien seca, que es un aislador; en cambio no los tocan si están colocados sobre metales otro material conductor; inclusive la madera húmeda, pues b electricidad pasaría a tierra a rravés del cuerpo humano, que es un buen conductor, produciendo trastornos que pueden ocasionar la muerte.

Existen máquinas eléctricas que producen electricidad por frotamiento, que actualmente sólo tienen interés histórico y didáctico.

Ellas se fundan en el hecho, ya explicado, según el cual cuando dos cuerpos se frotan entre sí, uno de ellos se electriza positivamente y el otro negativamente.

La primera máquina electrostática de frotamiento fue inventada por Otto de Guericke. Consistía en una esfera de azufre que giraba alrededor de uno de sus diámetros y se electrizaba frotándola con la mano. En la obscuridad despedía cierta luz acompañada de ruido.

El término electrostática se emplea para designar la parte de la física que estudia la electricidad estática, es decir, la que está en estado de equilibrio sobre los cuerpos —que se ha tratado en este artículo— para diferenciarla de la electricidad en movimiento, es decir, de la corriente eléctrica.

Gay Lussac Vida y Obra Cientifica Ley de los Volúmenes

Gay Lussac Vida y Obra Científica – Ley de los Gases

ÁTOMOS Y MOLÉCULAS: Hasta la aparición de los trabajos de Antoine Lavoisier, la química estaba totalmente dominada por la teoría del flogisto. Los experimentos de Lavoisier transformaron la alquimia en química: una ciencia cuantitativa. John Dalton, en  su   «Nuevo sistema de   la   filosofía  química»   (1808), estableció la «Ley de las proporciones definidas» y la «Ley de las proporciones múltiples«.

Dalton pensó que los átomos de cada elemento tenían un peso atómico característico y que los átomos formaban las unidades que entraban a tomar parte en las reacciones químicas. Pero Dalton no disponía de un método inequívoco de asignar pesos atómicos, y supuso erróneamente que los compuestos más sencillos que pueden formar dos elementos estaban constituidos de dos átomos, uno de cada elemento.

En este sistema, la fórmula del agua se escribirá HO y la del amoníaco NH. En esa época, Gay-Lussac enunció su ley, en la que se estableció que los volúmenes de las sustancias que forman parte de una reacción y la de los productos resultantes, siempre que todos ellos sean gaseosos, están en la relación de los números enteros y sencillos. Hasta 1860 sin embargo, no se aclararon totalmente los conceptos de átomo y molécula, a pesar de que la ley que condujo a ello había sido anunciada por Avogadro en 1811.

Esta ley, que decía que a igualdad de temperatura y presión, un mismo Volumen de cualquier gas contenía el mismo número de moléculas, deshizo los errores aceptados hasta esa época, al establecer que una molécula podía estar formada por átomos iguales. Los trabajos de Avogadro fueron injustamente olvidados hasta la conferencia de Karlsruhe en 1860.

La razón de este desprecio fue la creencia, profundamente enraizada en las mentes más significativas de la época, de que las combinaciones químicas ocurrían en virtud de una cierta afinidad entre elementos distintos. Con los descubrimientos de Volta y Galvani, esta afinidad fue asignada a atracciones de tipo eléctrico. La idea de que dos átomos de hidrógeno pudieran combinarse para formar una molécula H2 repugnaba   a   los   químicos   de   principios   del   siglo   XIX.

OBRA CIENTÍFICA DE GAY LUSSAC:

José Luís Gay-Lussac es conocido, sobre todo, por haber establecido la ley de los volúmenes gaseosos. Probablemente, esto se debe a que esa ley aún lleva su nombre: Ley de Gay-Lussac.

Este célebre científico dijo que cuando los gases se combinan, sus volúmenes mantienen entre sí una relación simple, si sus temperaturas y presiones son constantes.

Estos volúmenes también mantienen una relación simple con los volúmenes de los productos formados, si estos productos son gases. Si los productos formados son sólidos o líquidos, esto último no es aplicable. Por ejemplo: 2 cm3 de hidrógeno se combinan explosivamente con 1 cm3 de oxígeno para formar 2 cm3 de vapor de agua. Estas relaciones entre volúmenes son sencillas.

experimento de Gay Lussac

No ha quedado nada de hidrógeno ni de oxígeno. Pero, cuando el vapor se condensa para formar agua, ocupa un volumen menor Esto fue sólo una pequeña parte del trabajo de Gay-Lussac, pues tuvo una mente muy activa  y, junto a sus descubrimientos en el campo de la física, contribuyó a otros, en la química y en la industria química.

Cientifico Gay LussacGay-Lussac nació en St. Leonard, un pueblo pequeño situado al sur de Francia, y a la edad de 19 años ingresó en la Escuela Politécnica de París. Al salir de ésta, en 1801, comenzó a trabajar en el Departamento de Caminos y Puentes. Inició sus investigaciones cuando fue elegido por Berthollet para trabajar como asistente suyo en los establecimientos químicos del gobierno, en Arceuil.

En 1802, como resultado de sus experimentos con gases, expuso la idea de que todos los gases se dilatan al mismo volumen si se eleva su temperatura en la misma cantidad. Esta idea fue simultáneamente expresada por J. Charles, que trabajaba independientemente. Gay-Lussac también efectuó experimentos para encontrar el coeficiente de dilatación de los gases. Este coeficiente es el volumen hasta el que se dilataría un centímetro cúbico de gas, si su temperatura aumentara un grado centígrado.

El valor que encontró es algo mayor que el valor que ahora se acepta. Después se interesó en el estudio de los vapores, y realizó experimentos para hallar las densidades de algunos de ellos.

Al efectuar estos trabajos, se dio cuenta de que el diseño de termómetros y barómetros distaba de ser perfecto, y consagró parte de su tiempo a introducir mejoras en ellos. Gay-Lussac se preguntaba cómo cambiaría la composición de’la atmósfera con la distancia a la Tierra. ¿Cómo serían afectadas  las  temperaturas?   ¿Cómo   se  comportaría los imanes?.

Tales preguntas lo indujeron a hacer dos ascensiones en globo, para investigar estos problemas. La segunda de estas ascensiones la realizó solo. Junto con Humboldt, analizó una muestra de aire bajada desde 7.500 metros. Gay-Lussac y Humboldt, conjuntamente, descubrieron que dos volúmenes de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para formar agua.

Este resultado hizo que Gay-Lussac se preguntase si otros gases reaccionarían de un modo análogo. En 1808 había reunido suficiente evidencia para demostrar que efectivamente era así. Los gases se combinaban en relaciones de volúmenes sencillas; si los productos de reacción eran gases, sus volúmenes también se encontraban en una relación sencilla con los de los productos reaccionantes.

Un centímetro cúbico de nitrógeno se combinaría exactamente con 3 cm3 de hidrógeno para formar 2 cm3 de gas de amoníaco. Gay-Lussac anunció su ley en 1808. En 1809 fue nombrado profesor de química de la Escuela Politécnica de París (donde él había sido estudiante) y, además, profesor de química del Jardín Botánico.

Desde entonces realizó la mayor parte de sus trabajos de investigación en el campo de la química. Estos trabajos cubrieron muchísimos temas. Probablemente, su contribución más importante fue la que hizo a la industria. Los óxidos de nitrógeno se usan como catalizadores en la fabricación de ácido sulfúrico por el procedimiento de la cámara de plomo. Estos óxidos aceleran la reacción de conversión del bióxido de azufre en trióxido de azufre, el cual se disuelve en agua formando ácido sulfúrico.

Los óxidos de nitrógeno se pueden usar de nuevo, pero en aquel entonces no existía ningún método efectivo para recuperarlos. La primera torre de Gay-Lussac, para su recuperación, fue empleada en 1842. Aún hoy se usan torres análogas para la misma finalidad.

Gay Lussac murió en Paris, el 9 de Mayo de 1850, a la edad de 72 años.

Fuente Consultada:
150 Grandes Científicos Norman J. Bridge (TEXIDO)
Enciclopedia TECNIRAMA De la Ciencia y la Tecnología N°44 Gay Lussac

Centrifugado Aplicacion en los Ciclones Separador de Polvos

Centrifugado: Aplicación en los Ciclones

LA CENTRIFUGACIÓN
Una forma de separar las partículas que están suspendidas en un líquido consiste en dejarlo en reposo, con lo que dichas partículas se depositarán en el fondo al cabo de cierto tiempo, simplemente, por acción de la gravedad. Este proceso de separación, que se denomina decantación, es una operación frecuente en la industria.

Sin embargo, presenta graves inconvenientes; entre ellos, que se necesitan grandes depósitos para reposar los líquidos y que el tiempo de operación puede ser muy largo cuando las partículas que se trata de separar son excesivamente pequeñas, e incluso en ocasiones no se logra la decantación.

Para resolver estos problemas se desarrollaron las centrífugas, cuyo objeto primordial es el de aumentar por medios artificiales la fuerza de la gravedad que opera sobre el líquido y sus partículas, con lo que la tendencia de éstas a depositarse se multiplica paralelamente.

Esta gravedad artificial se logra por fuerza centrífuga, sometiendo la suspensión a un movimiento circular de gran velocidad. Se puede conocer y ajustar perfectamente a cada problema la fuerza correspondiente, que suele expresarse en unidades g o campos gravitatorios, es decir, una centrifugación a 2.000 g significa que se está aplicando al líquido una fuerza equivalente a 2.000 veces la fuerza de la gravedad.

Es interesante señalar que los datos de una operación expresados en revoluciones por minuto, como aparecen frecuentemente en publicaciones técnicas, no indican nado concreto, puesto que, por ejemplo, 5.000 r. p. m. en una determinada centrífuga proporcionan los mismos g que otra centrífuga distinta operando a 3.000 r. p. m. Esto sucede porque la fuerza centrífuga depende no sólo de la velocidad angular de la máquina, sino también del radio de giro.

La expresión matemática que relaciona todas estas velocidades es la siguiente:

formula centrifugado


en donde F, es la fuerza centrífuga expresada directamente en unidades gravitatorios g, S la velocidad de la máquina en revoluciones por minuto y R la distancia en centímetros del radio de rotación.

Por tanto, para reproducir un proceso de centrifugación que viene descrito en revoluciones por minuto, es necesario conocer la máquina (y por tanto, su radio de giro) que se ha utilizado. Con estos datos se calculan los g y se puede reproducir la operación en cualquier otra centrífuga parecida.

Con las centrífugas no sólo se ha resuelto la separación rápida de multitud de suspensiones, sino también el problema de los depósitos, puesto que existen centrífugas que operan a flujo continuo, es decir, entra el líquido por una parte en su interior y por otras salen los lodos o precipitados y el líquido clasificado.

El rendimiento de tales máquinas puede ser muy elevado, 50.000- o más litros por hora, lo que significa una gran economía en todos los aspectos (espacio, tiempo, materiales, etc.), aparte de la ventaja que supone en química industrial el poder realizar un proceso en régimen continuo.

Pero el adelanto en esta técnica ha llegado a límites insospechados. En la actualidad se dispone de centrífugas refrigeradas muy necesarias para la separación de materiales hábiles (sustancias biológicas, alimenticias, etc.). Por otra parte, existen centrífugas con las que se consiguen fuerzas centrífugas superiores a 200.000 g. (¡Doscientas mil veces la fuerza de la gravedad!) Estas máquinas suelen operar a vacío, ya que el rozamiento del aire impediría la enorme velocidad necesaria para alcanzarlas y, en el mejor de los casos, generaría una cantidad de calor excesiva.

Es fácil suponer que las posibilidades de separación que ofrecen estas centrífugas, cuya operación se puede programar y cumplir automáticamente, son inmensas. Incluso existen centrífugas, las centrífugas analíticas, que pueden separar las moléculas de diversos productos en solución verdadera (no en suspensión), a causa de sus diferentes pesos moleculares.

SEPARACIÓN DE POLVOS
Aunque existe un procedimiento clásico para separar sustancias pulverulentas por medio de tamices (cribas, con mallas de diverso espesor), tal sistema no se puede aplicar en muchas ocasiones.

En efecto, cuando se pretende recoger el polvo de una corriente gaseosa (aire, por ejemplo), bien para purificar dicho fluido c para aprovechar los sólidos que contiene, es difícil imaginar cómo podría conseguirse tal fin con unos tamices. En estos casos, se utilizan ciclones como el representado en la figura. El aire o gas cargado de polvo entra tangencialmente y a elevada velocidad en un cuerpo cilíndrico.

La fuerza centrífuga, creada por el movimiento rotatorio, despide el polvo hacia las paredes, donde, por choque, pierde la velocidad y cae, siendo recogido por la parte inferior, que tiene forma de tolva. El aire tratado sale por la parte superior.

Este procedimiento, cuya utilización era forzosa siempre que se presentaba un problema como el citado anteriormente, cada día es más utilizado, puesto que éste se ha hecho cada vez más frecuente. Hasta hace relativamente pocos años, el transporte de sustancias pulverulentas o gránulos finos en el interior de una fábrica se realizaba por medio de carretillas, zorras volcadoras, canjilones, etc.

Hoy día, las fábricas modernas utilizan cada vez más el transporte neumático, es decir, en el seno de una corriente de aire, porque ofrece claras ventajas (mayor automatismo, menor mano de obra, simplicidad técnica, pues el transporte de fluidos obedece a leyes muy definidas, etc.). Una aplicación más conocida de este sistema quizá sea la manipulación y carga de cereales (trigo) en los modernos silos y muelles.

En definitiva, el ciclón es, hoy día, un dispositivo de máxima actualidad. Una máquina muy parecida a la anterior, aunque algo más compleja, es el separador centrifugo. La diferencia con los ciclones reside en que, en este caso, el movimiento rotatorio del producto se obtiene mediante el rápido giro de un disco, al que acompaña también el de un sistema de paletas, cuya misión es crear corrientes de aire que permiten la clasificación del polvo; es decir, estos aparatos consiguen la separación y clasificación de polvo en partículas de diverso tamaño. En la figura adjunta se puede apreciar el esquema de uno de estos aparatos, que da idea de su funcionamiento.

Los separadores centrífugos de polvo se utilizan corrientemente en circuito con los molinos de finos, haciendo circular por el molino una corriente de aire que, a la vez que actúa como refrigerante, extrae el polvo, cuya presencia disminuye los rendimientos de la molienda. El aire cargado se pasa por el separador, el cual da una fracción gruesa, que vuelve al molino, y una fracción fina que se aprovecha directamente.

Ciclones separador de polvo

 

Fuente Consultada: Revista TECNIRAMA N° 67

Centrales Generadoras de Energía Electrica Con Basura

Centrales Generadoras de Energía Eléctrica Con Basura

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD Y CALOR CON BASURA: Cada día se acumulan en todo el mundo millones de toneladas de basura. Se calcula que la basura producida en Estados Unidos durante un año podría aportar tanta energía como 100 toneladas de hulla. Sin embargo, la mayor parte se entierra y jamás se aprovecha.

Cerca de la mitad de la basura desechada en los hogares de todo el orbe es papel; a los desperdicios de cocina corresponde la cuarta parte, y a los plásticos menos de la décima. Sólo una quinta parte no se quema y casi toda ésta puede reciclarse.

En Europa Occidental hay más de 200 Mantas donde se quema la basura para producir electricidad. Una gran planta londinense, que empezó a funcionar en 1974, quema unas 400 000 toneladas de desechos al año, con los que se calienta agua cuyo vapor hace funcionar generadores eléctricos, En 10 años la planta ha permitido ahorrar un millón Je toneladas de hulla.

En Dusseldorf, Alemania Occidental, seis plantas similares suministran vapor que genera electricidad para los sistemas de calefacción locales. Y en Peekskill, Estados Unidos, se ha construido una planta para procesar 2 250 toneladas de basura al día y generar 60 mega-vatios de electricidad, suficientes para una localidad de 70 000 habitantes.

En las fábricas también puede quemarse basura en vez de hulla o petróleo, pero antes hay que tratarla. Primero se separan las partículas orgánicas pequeñas, para convertirlas en abono. En Suiza, una cuarta parte del desperdicio sólido total se trata así y se rédela.

Después la parte pesada de la basura, que consta sobre todo de metales, debe clasificarse y retirarse, para dejar principalmente los desechos de papel y tela, que se venden como combustible.

Aun la basura callejera puede usarse como combustible. A medida que se descompone produce gas metano, idéntico al gas natural que se extrae del subsuelo. Cada tonelada de desechos permite obtener casi 230 m3 de metano. Este gas suele emerger de la basura a la superficie, y a veces causa explosiones. Sin embargo, es posible explotarlo a muy bajo costo para generar calor o electricidad. En más de 140 plantas de 1 5 países se hace, con un ahorro de 825 000 toneladas de hulla al año.

En otras plantas se aprovecha ese gas como combustible para generar electricidad, en vez de surtir con él la fluctuante demanda de las fábricas.

En el futuro podría mejorarse la producción de gas en los depósitos de basura con la adición de bacterias. Ciertas especies de éstas descomponen los desechos más rápidamente que otras. Al utilizar la mejor mezcla de bacterias para determinados desperdicios podrá obtenerse la cantidad óptima de gas.

Impacto de los desechos nucleares

El creciente empleo de la energía nuclear como fuente de energía eléctrica plantea un problema, ya que el combustible utilizado, el uranio, es radiactivo. Una exposición prolongada a la radiación daña a los organismos y puede resultar riesgosa para el ambiente. Los combustibles empleados en los reactores nucleares, una vez agotados, siguen desprendiendo una cantidad de energía considerable que puede conservar su toxicidad durante miles de años. Por eso, uno de los problemas que enfrenta la industria nuclear es cómo deshacerse de los residuos nucleares.

Aunque algunos países pusieron en práctica métodos de reciclaje, lo habitual es almacenarlos en recipientes especiales y enterrarlos en depósitos subterráneos o en el fondo del mar, en zonas estables y aisladas. Sin embargo, este método no parece ser la solución, ya que no permite recuperar lo depositado ni controlar el estado de los contenedores.

Se están buscando otros métodos para neutralizar los residuos nucleares y evitar que la radiactividad pase al ambiente, aunque ninguno es del todo fiable a largo plazo. Otro de los riesgos de las centrales atómicas son los accidentes nucleares, que liberan enormes cantidades de radiación al medio ambiente, como ocurrió en Chernobil (en el territorio de la ex URSS) en 1986.

Las partículas radiactivas liberadas en la atmósfera por explosiones nucleares o escapes de instalaciones y centrales nucleares se depositan sobre la superficie de la Tierra y pueden seguir siendo un riesgo potencial durante muchos años, ya que se acumulan en las cadenas alimentarias acuáticas o terrestres, y pueden llegar a los alimentos destinados al consumo humano. Para impedir esto, los ingenieros nucleares deben diseñar los sistemas intentando minimizar el riesgo de fugas accidentales.

Central Termoeléctrica Funcionamiento Centrales Generadores de Energia

Central Termoeléctrica – Generadores de Energía

En una central termoeléctrica, la producción de energía realiza a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en el interior de una caldera. Generalmente, este tipo de instalaciones se denominan centrales termoeléctricas convencionales, para diferenciaras de otras centrales termoeléctricas que, como las nucleares o las solares, generan electricidad también a través de un ciclo termodinámico, pero utilizando fuentes de energía diferentes de los combustibles fósiles y recurriendo a una tecnología muy avanzada mucho más reciente que la aplicada en las centrales termoeléctricas convencionales

Funcionamiento de las centrales termoeléctricas clásicas

Central TermoeléctricaSea cual sea el combustible fósil utilizado (fuel-oil, gas o carbón), las centrales termoeléctricas funcionan según el mismo esquema básico; las diferencias vienen dadas por el peculiar tratamiento que cada uno de los combustibles mencionados experimenta antes de ser inyectado en la caldera.

Asimismo, determinadas instalaciones, como los quemadores de la caldera, varían dependiendo de dicho factor.

Uno de los elementos esenciales de una instalación termoeléctrica es el depósito donde se almacena el combustible, ubicado dentro del propio recinto.

En las centrales de carbón, el mineral se tritura previamente en molinos, que lo convierten en polvo muy fino; de esta manera, la combustión resulta más fácil.

Desde el molino se envía a la caldera mediante chorros de aire precalentado. En las centrales de fuel-oil este componente se precalienta para asegurar su fluidificación; posteriormente proyectado en quemadores especialmente adaptados, cuyo diseño y funcionamiento es diferente si el combustible empleado es gas.

Las centrales mixtas disponen instalaciones aptas para quemar indistintamente todo tipo de combustibles fósiles.

Cuando el gas, el carbón o el fuel-oil ha llegado a la caldera, los quemadores provocan su combustión, como consecuencia de la cual se genera energía calorífica. Esta energía transforma el agua que transita por la vasta red de tubos que componen la caldera en vapor, a elevada temperatura.

A continuación, el vapor, a gran presión, penetra en la turbina, integrada por tres cuerpos de alta, media y baja presión unidos a un mismo eje. En el primero de estos cuerpos, el de alta presión, existen centenares de paletas o alabes de pequeño tamaño. En el segundo, los álabes, también numerosos, son mayores.

Finalmente, las paletas del cuerpo de baja presión son aun más grandes que las precedentes Con esta gradación de tamaños se aprovecha al máximo la fuerza del vapor puesto que éste va disminuyendo su presión poco a poco; ésta es la razón de que los álabes de la turbina crezcan en tamaño a medida que se pasa de un cuerpo a otro.

Antes de que el vapor penetre en la turbina es necesaria su deshumidificación. Si no se sometiera a dicho proceso, las diminutas gotas de agua que transporta en suspensión serían despedidas a gran velocidad contra los álabes, erosionando el mecanismo.

Así pues, el vapor de agua a presión provoca el giro de los álabes de la turbina y genera energía mecánica. Por otra parte, el eje que mantiene unidos los tres cuerpos de la turbina hace girar, a su vez, un alternador que se encuentra conectado a ella, produciendo energía eléctrica. Gracias al empleo de un transformador la energía eléctrica pasa a la red de transporte a alta tensión.

El vapor, cuya presión ha resultado ya muy debilitada, pasa a los condensadores, donde se enfría y se convierte nuevamente en agua. El agua retorna otra vez a los tubos que conforman las paredes de la caldera, reiniciándose así el ciclo productivo.

La protección del medio ambiente

La emisión de residuos a la atmósfera y los propios procesos de combustión que se producen en las centrales termoeléctricas tienen una incidencia importante sobre el medio ambiente. Para tratar de paliar, en la medida de lo posible, los daños que estas plantas provocan en el entorno natural, se incorporan a las instalaciones diverso elementos y sistemas.

El problema de la contaminación es máximo en el caso de las central termoeléctricas convencionales que utilizan como combustible carbón. En las de gas, los niveles de polución son mucho menores, prácticamente inapreciables plantas de gas. Sin embargo, la combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y ácidos de azufre.

Uno de los sistemas ideados para red volumen de estas emanaciones es la construcción de chimeneas de gran altura sirven para dispersar las mencionadas partículas en las capas altas de la atmósfera consiguiendo así que su nociva influencia sea mínima. Por otra parte, el empleo de filtros electrostáticos y precipitadores permite la retención de estas partículas les dentro de la propia central.

En las centrales de fuel-oil, la emisión de partículas sólidas es, como se ha indicado, mucho más pequeña. No obstante, ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre y hollines ácidos. El efecto de los primeros puede ser anulado parcialmente a través de diversos sistemas de purificación; los hollines pueden ser neutralizados gracias a la adición de neutralizantes de la acidez.

El proceso de combustión que se verifica en las centrales termoeléctricas constituye una forma de contaminación (contaminación térmica) que puede ser contrarrestada gracias a la instalación de torres de refrigeración. Como se ha indicado el agua que, tras ser convertida en vapor, se emplea para hacer girar la turbina enfriada en los condensadores para volver nuevamente a los conductos de la caldera.

La refrigeración se lleva a cabo utilizando el agua del mar o la de a cercano a la instalación; este agua recibe el calor incorporado por el agua de la central que atraviesa los condensadores. Cuando los caudales de los ríos son pequeños, las centrales emplean sistemas de refrigeración en circuito cerrado, a través de torres refrigerantes, para evitar así la contaminación térmica.

El agua caliente procedente de los condensadores penetra en la torre a determinada altura. De manera natural, el aire frío asciende de forma continua en la torre. El agua, al penetrar en ella desciende por su propio peso y, en su caída, tropieza con un sistema de rejillas colocadas de tal manera que la pulverizan hasta convertirla en una fina lluvia.

Cuando las gotas de agua que caen contactan con la corriente de aire frío ascendente, pierden su calor. El agua enfriada de esta manera retorna a los condensadores por medio de un circuito cerrado; el proceso de producción continúa eliminando los daños medioambientales.

En diversos países se han puesto en marcha proyectos encaminados a aprovechar estos residuos nocivos producidos por la combustión en las centrales termoeléctricas; asimismo, el exceso térmico de estas plantas puede servir para criar minadas especies marinas, cuyo desarrollo se beneficia del aumento de la temperatura de las aguas en las que se desarrollan.

La aplicación de las nuevas tecnologías

La gasificación del carbón in situ o el empleo de maquinaria hidráulica de arranque de mineral y de avance continuo son dos de los procedimientos utilizados para optimizar el aprovechamiento del carbón. Con estos sistemas es posible explotar yacimientos de poco espesor o bien aquellos en los que el mineral se encuentra disperso o mezclado en exceso.

La gasificación consiste en inyectar oxígeno en el yacimiento para provocar la combustión del carbón. Así se produce un gas aprovechable para generar energía eléctrica gracias a la instalación de centrales eléctricas en la bocamina.

El segundo de los procedimientos mencionados se lleva a cabo lanzando potentes chorros de agua contra las vetas de mineral, para provocar los denominados barros de carbón, que, a través de tuberías, son evacuados fuera de la mina. Por otra parte, puede mencionarse también el sistema de combustión de carbón en lecho fluidificado. Según este método, el carbón se quema en un lecho de partículas inertes (por ejemplo, caliza), a través del cual se hace pasar una corriente de aire que soporta el peso de las partículas, manteniéndolas en suspensión.

Finalmente, cabe citar diversas líneas de investigación con nuevas tecnologías, encaminadas a sustituir el fuel-oíl, en un intento de reducir la dependencia respecto del petróleo.

Funcionamiento de una Central Nuclear Caracteristicas y Partes

Funcionamiento de una Central Nuclear:
Caracteristicas y Componentes

INTROUDUCCIÓN HISTÓRICA: Un 12 de diciembre de 1942 comenzó a montarse, en Chicago, la primera pila atómica del mundo, a partir de trozos de uranio natural y óxido de uranio, separados por grafito. Conforme se fue aumentando su tamaño, la pila comenzó a hacerse crítica y a suministrar energía.

En un principio, la potencia de su energía sólo era de medio vatio, suficiente para encender una pequeña lamparilla de linterna. Diez días después, cuando aumentaron su diámetro a 8 metros, la potencia subió a 200 vatios.

No se continuó aumentando, debido a la peligrosidad de la radiación. Las modernas plantas de energía nuclear son capaces de suministrar energía a razón de más de 200 millones de vatios.

Aunque el primer reactor experimental produjo una potencia que hoy calificaríamos de anormalmente baja, sirvió, al menos, para demostrar que la fisión del núcleo atómico del uranio podría suministrar energía controlable. Unos pocos átomos de la pila se escinden, espontáneamente, en dos partes pesadas, liberando energía y fragmentos más pequeños, entre los cuales se encuentran los neutrones.

Éstos pueden ser capturados por otros núcleos de uranio y dar lugar a nuevas fisiones nucleares.

Por cada fisión se liberan varios neutrones, de tal modo que, si al menos uno de los que se producen en cada fisión es capturado, una única fisión espontánea puede dar lugar a una reacción en cadena. Se tendría, así, una fuente de energía continua (aunque no ilimitada).

En un pequeño trozo de uranio, los neutrones se dispersan con facilidad, pues son partículas rápidas y difíciles de capturar. Cuanto mayor sea el tamaño de la pila, más grande será el número de neutrones que no escaparán de ella y que podrán ser capturados para provocar la reacción en cadena.

Con un tamaño determinado, el número de neutrones que no escapan es justamente suficiente como para mantener la reacción a un nivel estacionario. Entonces, se dice que la pila, o el reactor, es crítico.

Una disminución de tamaño haría que la reacción no tuviera lugar; un aumento brusco iniciaría una reacción en cadena explosiva, que escaparía al control humano. Las bombas atómicas se basan, precisamente, en este fenómeno.

Desde 1942 se han construido reactores de muy diversos tipos. Los primeros eran puramente experimentales. Algunos se destinaron a la producción de plutonio, para preparar bombas atómicas. Hacia la mitad de los años 50 comenzó a utilizarse a escala comercial el calor producido por reacciones nucleares, para calefacción y para obtener energía eléctrica.

La energía eléctrica que consumimos se producirá cada vez en mayor proporción a partir de la energía nuclear. Actualmente, se construyen reactores pequeños, compactos, para la propulsión de barcos, submarinos y quizá también aeroplanos, cohetes y satélites artificiales.

FUNCIONAMIENTO: Las centrales nucleares constituyen un tipo específico de instalaciones termoeléctricas; aprovechan una fuente de calor para convertir en vapor a alta temperatura un líquido que circula por una red de conductos.

El vapor acciona el grupo turbina-alternador, generando energía eléctrica. La principal diferencia entre centrales nucleares y centrales clásicas es que, en las primeras, la fuente de calor se obtiene a partir de la fisión de núcleos de uranio

Funcionamiento de una Central Nuclear

(Icnografía tomada de Icarito)

La Fisión Nuclear

Con el nombre de fisión se conoce la reacción mediante la cual ciertos nucleos de elementos químicos pesados se escinden (se fisionan) en dos fragmentos como consecuencia del impacto de un neutrón. El resultado es la liberación de gran cantidad de energía que se manifiesta en forma de calor.

Los neutrones emitidos en la reacción de fisión pueden provocar, a su vez, nuevas fisiones de otros núcleos, siempre que se den determinadas condiciones. El proceso se conoce como reaccción nuclear en cadena.

Los descubridores de la reacción nuclear de fisión fueron O. Hahn y F. Strassman, que, en 1938, detectaron la presencia de elementos pequeña masa en una muestra de uranio puro irradiada por neutrones.

Los reactores

Los reactores nucleares son máquinas preparadas para iniciar, mantener y controlar una reacción en cadena de fisión nuclear; en cierto sentido, son las «calderas» de las centrales nucleares. El combustible que se consume en las centrales nucleares es el uranio.

A diferencia de lo que ocurre en las instalaciones termoeléctricas convencionales en las primeras no se produce reacción de combustión química alguna.

El conjunto de núcleo  del reactor está contenido en un recipiente de acero de varios metros de diámetro y cuya altura supera, generalmente, los 12 m. Las paredes de la denominada vasija del reactor alcanzan espesores de 25 o 30 cm.

La vasija del reactor y el conjunto de conductos por donde circula el líquido refrigerante, denominado circuito primario se encuentran en el edificio de contención, provisto de espesos muros preparados resistir hipotéticos movimientos sísmicos y evitar el escape de radiactividad en caso de accidente. Su forma suele ser esférica y está rematado por una cúpula.

ELECCIÓN  DEL COMBUSTIBLE

El uranio natural consta, principalmente, del isótopo de peso atómico 238 (uranio 238). Pero un átomo de cada 140 es de un isótopo más ligero: uranio 235. Éste se divide en dos cuando captura un neutrón, liberando energía y varios neutrones.

El uranio 238 absorbe neutrones, pero no se escinde; a veces, el neutrón absorbido pasa a formar parte del núcleo, trasformándolo en el de otro elemento: el neptunio.

Eventualmente, tras una desintegración se convierte en el núcleo del plutonio. Éste puede experimentar una fisión, es decir, puede romperse, liberando energía. No obstante, el uranio 238 suele limitarse a absorber los neutrones, que, de otro modo, llevarían adelante la reacción en cadena.

Con ello, el uranio 235 se ve privado de los neutrones que podrían activarlo. Luego, el uranio 238 constituye un estorbo en la mayor parte de los reactores; en cambio, el isótopo 235 es el que provoca y mantiene la reacción en cadena. Existen dos tipos principales de reactores: el rápido y el térmico. En cada uno de ellos se practican distintos métodos para impedir que el uranio 238 frene la reacción.

El primer reactor nuclear de 200 vatios era térmico; en él, los neutrones rápidos, procedentes de una fisión nuclear, se veían frenados por un moderador (barras de grafito).

El grafito no captura los neutrones, pero los frena; los neutrones lentos (cuya velocidad corresponde a la temperatura del medio en que se encuentran) reciben el nombre de neutrones térmicos. El uranio 238 no absorbe los neutrones térmicos, mientras que la probabilidad de captura de los neutrones por el uranio 235 es mayor para los térmicos que para los rápidos.

La mayor parte de los reactores empleados para la producción de energía eléctrica, a escala industrial, son reactores térmicos. En los reactores rápidos se emplea uranio como combustible, pero con una mayor proporción del 235. No se emplea moderador para frenar los neutrones.

Al aumentar la proporción de uranio 235 pueden tener lugar más fisiones nucleares, que compensan la absorción por parte del 238. Éste absorbe, con facilidad, los neutrones rápidos, siempre que sean lo suíicientemente energéticos (rápidos) como para convertir el uranio 238 en plutonio.

Los reactores rápidos se emplean en la producción de energía y en la producción de nuevo combustible. De hecho, producen más combustible del que consumen.

Esto no supone, como a primera vista parece, una violación de las leyes de conservación de la masa y la energía; lo que ocurre es que parte de la energía de fisión del uranio 235 se utiliza para convertir en plutonio (átomo fisible) el 238. Los reactores térmicos son mayores que los rápidos, porque éstos no llevan moderador. Las estructuras internas de estos reactores son distintas, ya que el reactor rápido es mucho más caliente que el térmico.

Componentes de una central nuclear

Como decíamos antes el combustible de la central nuclear, que se encuentra en el núcleo del reactor está formado, habitualmente, por una mezcla de isótopos fisionables e isótopos.

Dicho combustible ha de ser un elemento fisionable que, en ausencia de neutrones se mantenga estable el mayor tiempo posible, para que pueda ser manipuleado el uranio-233, el uranio-235 y el plutonio-239 son los tres isótopos que cumplen esta condición.

Entre ellos, únicamente el uranio-235 se halla presente en la naturaleza (aunque en muy baja proporción: el 0,7% del uranio natural); los otros dos se obtienen de manera artificial, a partir del bombardeo con neutrones del uranio-238 y del torio-232, denominados isótopos fértiles. Por su parte, estos dos últimos son isótopos fisionables con neutrones rápidos.

Los neutrones que resultan liberados como consecuencia de la reacción de fisión sufrida por los elementos fisionables pueden golpear, a su vez, a los elementos fértiles, los que, por su parte, dan lugar a nuevos elementos fisionables.

En función del tipo de reactor que posea la central nuclear se empleará una clase u otra de combustible.

Los más comunes son uranio natural, óxido de uranio natural y óxido de uranio enriquecido en su isótopo 235U. Habitualmente, el combustible se presenta en forma de pastillas incorporadas en el interior de vainas de acero inoxidable, de 1 cm. de diámetro y 4 o 5 m de longitud.

Las vainas forman conjuntos de sección cuadrada o circular, denominados elementos de combustible.

El moderador es otro de los elementos básicos de la central nuclear; se trata de un mecanismo que controla la velocidad con que los neutrones impactan en nuevos núcleos de uranio.

La presencia de determinadas sustancias, como el agua pesada, el berilio, el grafito o el agua ligera aseguran este proceso. El berilio es el menos empleado, debido a su elevada toxicidad.

El tercer componente fundamental son las barras de control, que se encuentran en el núcleo del reactor.

Las barras de control permiten regular el nivel de potencia de aquél. La potencia del reactor depende del calor generado en su núcleo, que se encuentra, a su vez, en relación con el número de neutrones que se ponen en acción durante la reacción de fisión en cadena.

Cuanto menor es el número de neutrones menor es la energía calorífica y, consecuentemente, la potencia.

Si no se actúa sobre el número de neutrones que se ponen en acción durante la reacción en cadena se logra el efecto contrario. Para regular el número de neutrones, se insertan en el núcleo determinadas sustancias que los absorben parcialmente; dichas sustancias reciben el nombre de barras de control del reactor.

Cuando las barras se encuentran totalmente introducidas en el núcleo del reactor, la absorción de neutrones intensa que el proceso de reacción en cadena no continúa. A la inversa, que se van retirando, el número de neutrones que se ponen en acción se incrementa, consiguiéndose así el restablecimiento de la reacción en cadena.

Generalmente las barras de control se fabrican a partir de la aleación de cadmio con plata, se incorporan berilio y aluminio, con el objetivo de incrementar su resistencia su resistencia a la corrosión.

Es también habitual la aleación de boro con acero. La extracción del calor del núcleo y su transporte hasta el grupo turbo-alternador se realiza a través de un fluido refrigerante, que se encuentra también en el interior del núcleo, en contacto con los elementos de combustible, el moderador y las de control.

El líquido refrigerante traslada el calor generado en el núcleo, de ra directa o bien a través de un circuito secundario, hasta el conjunto turbina-alternador, retornando posteriormente al núcleo del reactor, donde comienza nuevamente y el proceso.

Como refrigerantes más habituales hay que mencionar el agua ligera, el agua pesada, el Sodio, el litio y el potasio (todos ellos líquidos), así como el nitrógeno, el helio, el hidrógeno y el dióxido de carbono (entre los gaseosos).

OTRAS INSTALACIONES

Junto al edificio de contención, las centrales nucleares poseen instalaciones destinadas a operaciones concretas. El edificio de turbinas contiene el grupo o grupos turbina-alternador. En las centrales con sistemas de refrigeración integrados por un único circuito, el edificio está protegido, puesto que el vapor que mueve los alabes de la turbina puede arrastrar elementos radiactivos.

Los reactores provistos de dos circuitos de refrigeración no precisan de este control, dado que el líquido del circuito secundario no entra en contacto con el refrigerante del reactor y, consecuentemente, no transporta elementos radiactivos.

En el recinto de manipulación de combustible se almacenan las nuevas cargas de este elemento así como combustible ya empleado, que, posteriormente, se traslada al centro de reprocesamiento para extraer de él los materiales aprovechables.

Este edificio y el de contención están interconectados para asegurar el traslado de elementos radiactivos sin salir de la zona controlada de la central, que se encuentra aislada de las restantes de dependencias.

Las centrales nucleares cuentan, asimismo, con un sistema que permite refrigerar el vapor a alta temperatura que acciona los alabes de la turbina antes de que éste retorne al reactor, donde se reinicia el ciclo productivo. Finalmente, existen en una planta nuclear edificios de salvaguardia y equipos auxiliares, donde se los sistemas de emergencia (para los casos de avería) y los sistemas auxiliares propiamente dichos (recarga del combustible, puesta en marcha del reactor, etc.

dependencias destinadas al tratamiento de aguas y al almacenamiento temporal de residuos, laboratorios, talleres y un parque eléctrico propio —empleado para las operaciones de parada segura del reactor en casos de emergencia— completan las instalaciones y edificios de una central nuclear.

Funcionamiento de una central nuclear

Una vez que se ha realizado la carga de combustible en el reactor se inicia la reacción de fisión en cadena mediante un isótopo generador de neutrones, que permite la entrada en actividad de los átomos de uranio contenidos en el combustible.

El moderador proporciona a los neutrones el nivel de energía cinética que garantiza la Continuidad de la reacción en cadena. Las barras de control se introducen en el núcleo del reactor en mayor o menor medida, para absorber más o menos neutrones y mantener el grado de Potencia adecuado.

Las continuas reacciones de fisión que se verifican en el núcleo determinan grandes cantidades de energía en forma de calor.

Esta energía calorífica eleva la temperatura del fluido refrigerante que circula por la red de conductores A partir de aquí, en función del tipo de reactor, el proceso varía.

En los reactores de agua a presión, el fluido (agua ligera) circula de manera continua por un circuito primario cerrado, que conduce el refrigerante hasta el generador de vapor. Allí, el fluido a elevada temperatura convierte en vapor el agua que circula por un circuito secundario también cerrado. El agua del primer circuito no entra nunca en contacto con la del segundo.

Por su parte, el vapor de agua del circuito secundario es enviado al grupo o grupos turbina-alternador En los reactores de agua en ebullición sólo existe un circuito; el propio refrigerante se convierte en vapor por efecto del calor, en la misma vasija, y es enviado al grupo turbina-alternador tras accionarlo, el fluido se refrigera y se condensa de nuevo, para volver al núcleo y reiniciar el proceso.

En ambos casos, el vapor mueve los alabes , la turbina y el alternador unido a ella generando energía eléctrica como resultado de un ciclo termodinámico convencional.

En los reactores de agua a presión, el fluido refrigerante, una vez que ha vaporizado el agua del circuito secundario, retorna al núcleo del reactor El vapor, tras accionar el grupo turbina-alternador es enfriado nuevamente y vuelve a su estado líquido, para pasar inmediatamente por una batería de precalentadores. A continuación retorna al generador de vapor, para repetir el ciclo.

V

PARA SABER MAS…
ELECCIÓN DEL REFRIGERANTE
El refrigerante absorbe el calor para cederlo en un cambiador de calor, donde, si lo que se pretende es obtener energía eléctrica, se calienta un vapor para accionar los generadores eléctricos. El refrigerante se hace circular para que, después de haber entregado el calor, vuelva al reactor, a calentarse nuevamente y repetir el ciclo.

Conviene usar el mismo refrigerante una y otra vez, porque se contamina de radiactividad, y el manejo de sustancias contaminadas resulta bastante costoso. Como refrigerante, suele utilizarse el anhídrido carbónico, pero el uso del agua y del agua pesada es también frecuente. Todos estos productos pueden emplearse en reactores térmicos.

Los reactores rápidos plantean problemas de refrigeración algo mayores. El reactor es, de por sí, compacto; hay poco espacio para el refrigerante, y éste debe ser de mayor capacidad térmica (aptitud para almacenar calor) y mayor conductividad térmica que los gases y líquidos utilizados en los reactores térmicos. Para refrigerar reactores rápidos se emplean metales, como el sodio y el potasio, en estado líquido. Por su parte, estos metales plantean problemas de ingeniería, pues son muy corrosivos.

MODERADORES
Los moderadores sólo se usan en los reactores térmicos lentos. Los neutrones que salen de los núcleos de uranio 235 escindidos chocan con los átomos del moderador. Los mejores moderadores poseen dos propiedades: no absorben neutrones (que se limitan a rebotar en los átomos del moderador) y son de sustancias relativamente ligeras.

Cuanto más ligeros son los átomos del moderador, mayor es la energía que ceden los neutrones al chocar con ellos; por tanto, serán necesarias menos colisiones con los átomos moderadores para alcanzar velocidades térmicas. El grafito es el moderador más usado.

En algunos reactores, el combustible se disuelve en el moderador (que también actúa como refrigerante). El combustible está formado por sulfatos o nitratos de óxido de uranio, y el refrigerante —a la vez, disolvente y moderador—, es agua o agua pesada.

CONTROL DE LA REACCIÓN
La clave de todas las reacciones nucleares en cadena reside en el flujo de neutrones. Cuando éste aumenta, la reacción se acelera (incluso puede escapar al control); cuando disminuye, la reacción puede frenarse tan aparatosamente como en el caso anterior. Las válvulas de seguridad de los reactores nucleares son barras de boro o cadmio. Ambas sustancias absorben neutrones. Al introducir las barras, la reacción se frena; al sacarlas del reactor, se acelera.

Pero, en una reacción en cadena, las reacciones pueden tener lugar muy de prisa. Si el número de neutrones que desencadenan nuevas fisiones aumenta en sólo un 1 %, se produce tal cantidad de colisiones por segundo que el número de neutrones del reactor puede aumentar 25.000 veces cada segundo. La variación del número de neutrones debe, pues, detectarse y regularse muy rápidamente.

Tal velocidad en el aumento del número de neutrones es, virtual-mente, imposible de controlar. De hecho, todos los reactores nucleares habrían explotado hace mucho tiempo, si no fuese por un pequeño 0,8 % de neutrones a los que les lleva algún tiempo desprenderse del núcleo escindido. Por término medio, este 0,8 % del total de neutrones tarda 10 segundos en ser emitido, lo que deja margen suficiente para la detección y la regulación.

Los neutrones son aún más veloces en un reactor rápido. Por ello, sorprende que el reactor rápido se controle, virtualmente, a sí mismo. Ocurre, sin embargo, que existe un equilibrio entre la velocidad de los neutrones, la temperatura del reactor y la mayor o menor facilidad con que el uranio 235 absorbe mejor los neutrones lentos que los rápidos. Cuando el reactor se calienta y los neutrones se aceleran, el uranio 235 los absorbe en menor cantidad, la reacción en cadena se detiene, el reactor se enfría, los neutrones se frenan y se restablece la situación de equilibrio.

Central Hidroeléctrica Funcionamiento y Descripción

Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica

Durante siglos y siglos, el hombre, que supo subyugar las fuerzas de la naturaleza tales como el fuego, el viento y el agua, no conocía más combustible que la madera. Hasta que, en el siglo XVIII, se inició en Europa la revolución industrial.

En esta época la técnica hizo progresos pasmosos gracias a toda clase de innovaciones y de inventos. Uno de los principales, entre estos descubrimientos, fue el de la máquina de vapor. Como esta máquina exigía grandes cantidades de combustible, provocó la puesta en explotación de algunos yacimientos de carbón; de este modo, el siglo XIX se convirtió en el siglo de la hulla.

Pero el hombre, una vez en el buen camino, no se detuvo, y ese combustible se convirtió a su vez en la base de una nueva fuente de energía: la electricidad. Pero, con vistas a la fabricación de la electricidad, la hulla sufrió muy pronto la competencia de una poderosa rival: la fuerza hidráulica. En la actualidad, los dos pilares sobre los que se sostiene el progreso técnico son el petróleo , la electricidad y la energía atómica.

Hoy día la producción de electricidad se distribuye como sigue: 45 % corre a cargo de centrales térmicas, que utilizan carbón, , 40 % por centrales hidroeléctricas, que utilizan la fuerza propulsora del agua y un 15% energía atómica.

Las centrales hidroeléctricas, es decir, las que producen energía eléctrica por la acción de una fuerza hidráulica, pueden dividirse en dos grupos. En primer lugar tenemos las centrales hidroeléctricas establecidas en la corriente que utilizan esencialmente el caudal del curso de agua y que sacan su fuerza del volumen de agua que pasa por un lugar determinado en cada unidad de tiempo. En el segundo grupo englobamos las centrales construidas al pie de una presa. El agua retenida por ésta forma un lago artificial llamado  pantano,  que  acumula inmensas reservas de energía.

DESCRIPCIÓN GENERAL: Las centrales hidroeléctricas son instalaciones que aprovechan la energía potencial contenida en el agua transportada por los ríos para convertirla en energía eléctrica Para ello, emplean un sistemas de turbinas acopladas a alternadores.

Represa Hidroelectrica Central ElectricaLas centrales hidroeléctricas actúan a partir de la energía potencial del agua embalsada a niveles superiores con respecto al punto donde se encuentra situada la central.

Durante la caída, el agua se transforma en energía cinética que se aplica al movimiento de turbinas hidráulicas unidas a generadores, para su transformación en energía eléctrica. Una turbina hidráulica es una rueda forma tas curvas denominadas alabes, sobre las que actúa la corriente de agua, las en movimiento.

Hay que recordar que un generador funciona sobre la base de los principios de la inducción electromagnética, descubierta en 1831 por Faraday, que logró crear una corriente eléctrica al mover un imán junto a un circuito eléctrico cerrado.

Existen dos tipos de generadores, los que originan una corriente eléctrica continua, dínamos, y los que crean una corriente alterna, denominados alternadores.

La potencia de una central hidroeléctrica viene determinada por el producto del caudal, el volumen de agua que puede ser desalojado por segundo y el salto de diferencia de altura existente entre la situación del agua y el lugar donde se sitúa la turbina.

El emplazamiento

Dado que, normalmente, el caudal de los ríos no asegura una aportación regular de agua, la construcción de una central hidroeléctrica requiere del embalse previo del agua , en una presa. Se forma así un lago artificial en el que puede generarse un salto a partir del cual se libera la energía potencial de la masa de agua, que se transforma posteriormente en energía eléctrica.

El emplazamiento de una central hidroeléctrica viene condicionada lugar, por las peculiaridades orográficas del terreno. No obstante, existen dos modelos básicos: el aprovechamiento por derivación de las aguas y el aprovechamiento acumulación.

Aprovechamiento por derivación

En este primer caso, las aguas del río se desvían mediante la construcción de una pequeña presa hacia un canal que las conduce hasta un depósito, la cámara de carga procurando que la pérdida de nivel sea mínima.

Aprovechamiento por acumulación

En las centrales de aprovechamiento por acumulación se construye una presa a altura determinada, en un tramo del río que presenta un desnivel apreciable. De esta manera, el nivel del agua se sitúa en un punto cercano al extremo superior de la presa. Para aprovechar el volumen de embalse de la cota superior, a medía altura se emplaza la toma de aguas; en la base inferior se sitúa el sistema de turbina-alternador

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Funcionamiento de una central hidroeléctrica:
componentes principales

La presa

Se trata de un elemento esencial en los aprovechamientos hidráulicos. Existen dos grandes tipos de presas, las de gravedad y las de bóveda. En el primer caso, el propio peso del muro de la presa sirve para contener el agua. En las presas de bóveda, Li contención de las aguas se consigue mediante el empuje que ejercen los dos extremos del arco formado por la presa sobre las paredes laterales de la roca.

Aliviaderos

En la pared principal de la presa existen puntos donde parte del agua retenida se libera sin necesidad de que pase previamente por la sala de máquinas, donde se localiza el sistema de turbina-alternador Los aliviaderos entran en funcionamiento cuando se producen grandes avenidas en el río o para asegurar las necesidades del riego.

La salida del agua por los aliviaderos se regula gracias a la presencia de grandes puertas metálicas. La energía de caída del agua ha de ser disipada para evitar cause daños en su caída a los terrenos emplazados aguas abajo de la presa. La instalación de cuencos de amortiguación permite guiar la corriente.

Tomas de agua

Se sitúan en la pared anterior de la presa, la que da al embalse. Desde las agua parten diversas conducciones que se dirigen hacia las turbinas. Unas compuertas permite regular el volumen de agua que llega a la sala de máquinas otra parte, la existencia de rejillas metálicas impide el acceso de elementos tales como troncos o ramas, que podrían dañar la maquinaria. Desde la toma de agua pasa a una tubería forzada que atraviesa el cuerpo de la presa y con hacia las máquinas de la central. En el interior de la tubería, el agua transforma la energía potencial en cinética, es decir, adquiere velocidad.

La sala de máquinas: turbina y alternador

La turbina y el alternador son los mecanismos esenciales de la central hidroelélectrica. Cuando el agua llega a las máquinas, actúa sobre los alabes de la turbinas,—girar el rodete y perdiendo energía. El rodete de la turbina permanece unido al rotor del alternador, que, al girar con los polos excitados por una corriente induce una corriente alterna en las bobinas del estator del alternador.

Cuando ha cedido su energía, es restituida nuevamente al río, aguas abajo de la instalación. Unido al eje de la turbina y el alternador gira un generador de corriente empleado para excitar los polos del rotor del alternador. De esta manera, en los terminales del estator aparece una corriente alterna de media tensión y alta intensidad. Mediante un transformador esta corriente altera sus propiedades y pasa a ser alta tensión y baja intensidad. Se encuentra ya disponible para ser transportada mediante líneas de alta tensión hacia los centro de distribución y consumo

Central Hidroeléctrica de Bombeo

Las centrales de bombeo constituyen un tipo especifico de instalaciones hidroeléctricas. Están pensadas para el máximo aprovechamiento de la energía del agua.

Una central hidroeléctrica de bombeo consta de dos embalses emplazados a diferente altura. En las horas en que la demanda de electricidad es máxima, el funcionamiento del sistema no difiere del de las centrales hidroeléctricas convencionales. Así, el agua almacenada en el embalse superior provoca con su caída el giro de una turbina que se encuentra asociada a un alternador. Finalizada esta operación, el agua permanece almacenada, gracias a la presencia de una presa en un embalse construido a nivel inferior.

Cuando la demanda de electricidad disminuye, el agua almacenada en el embalse inferior se bombea hacia el superior, haciendo posible que el ciclo se reinicie. Para ello, la central está provista de motobombas, o bien de turbinas reversibles que pueden actuar como bombas, y alternadores que funcionan como motores.

Las centrales termoeléctricas no pueden adaptarse a los cambios de demanda señalados, puesto que están diseñadas para producir de manera estable. Puede darse el caso de que, en un momento de poca demanda, se esté generando un volumen de energía eléctrica excesivo. Dado que la energía no puede almacenarse, en las centrales de bombeo puede aprovecharse la generada en la central termoeléctrica —.funcionando a su mínimo técnico— para elevar el agua desde el embalse inferior al superior.

Una vez que el agua ha sido recuperada, la central de bombeo se utiliza nuevamente como central hidroeléctrica convencional, a lo largo del periodo del día en que la demanda es mayor. En suma, las instalaciones hidroeléctricas de bombeo evitan la pérdida de un importante volumen de energía, optimizando el aprovechamiento de los recursos hidráulicos.

Centrales Solares-Generar Energia Electrica con el Sol

Centrales Solares: Generan Energía Eléctrica con el Sol

1-Central Solar
2-El Sol Un Gigantesco Reactor
3-Aprovechamiento de la Energía Nuclear
4-Centrales Solares de Torre Central
5-Centrales solares con discos parabólicos
6-Sistemas solares fotovoltaicos
7-Ejemplos Prácticos (Ir)

Central solar: Las centrales solares son instalaciones destinadas a aprovechar la radicación del Sol para generar energía eléctrica. De manera general, puede decirse que las principales aplicaciones de los sistemas de aprovechamiento solar de baja y media temperatura se dan en el ámbito doméstico o industrial; son los sistemas basados en alta temperatura los que1 de manera específica, se utilizan para la producción de electricidad

Colectores Solares de Una Central En Europa

Colectores Solares de Una Central En Europa

El Sol, un gigantesco reactor nuclear

Tras la crisis de los años setenta, diversos países pusieron en marcha una política de diversificación energética, encaminada a la explotación de fuentes de energía alternativas. Entre ellas, la solar ocupa un lugar destacado. Los distintos sistemas de aprovechamiento solar se basan en la utilización de la enorme cantidad de energía que emite el Sol y que llega a la Tierra en forma de radiación.

En este sentido, el Sol, una enorme masa gaseosa formada, sobre todo, por helio, hidrógeno y carbono, actuaría como una especie de reactor de gigantescas dimensiones. Efectivamente, en el interior del Sol se producen continuamente reacciones nucleares de fusión, en las cuales dos átomos de hidrógeno se fusionan para formar uno de helio y liberar en el proceso gran cantidad de energía.

Únicamente una parte de ésta llega de forma efectiva a la superficie de la Tierra; la restante retorna al espacio por efecto de la reflexión y refracción provocadas por la presencia de la atmósfera terrestre, o bien es absorbida por las sucesivas capas atmosféricas.

La energía solar alcanza la Tierra por radiación directa o bien como reflejo de la radiación solar absorbida por el aire y el polvo (radiación difusa). La primera se aprovecha de forma masiva gracias a la tecnología actual; para poder utilizar la segunda existen sistemas específicos, como los colectores planos y las células fotovoltaicas.

Las ventajas de la energía solar se encuentran en su carácter inagotable. Utilizando la tecnología adecuada, es posible concentrar la enorme temperatura generada1 para poner en funcionamiento ciclos termodinámicos de elevado rendimiento.

El principal problema es la forma en que esta energía llega a la superficie terrestre de manera semialeatoria y dispersa, con fuertes oscilaciones en función de las horas del día, las peculiaridades climatológicas, las regiones del planeta o el ciclo estacional.

Por otra parte, la energía solar no puede almacenarse; ha de ser transformada inmediatamente en otra forma de energía, como calor o electricidad Finalmente, su captación requiere de instalaciones que, en buena medida, resultan todavía muy costosas.

El aprovechamiento de la energía solar: La vía térmica y la vía fotovoltaica

Actualmente existen dos formas principales de aprovechamiento de la energía solar: la térmica, que convierte la energía procedente del Sol en calor, y la fotovoltaica, que la transforma  en energía eléctrica.

En los sistemas solares basados en la vía térmica se distinguen tres modalidades de baja, media y alta temperatura Los primeros funcionan a partir de colectores que transmiten la radiación en forma de calor hasta un fluido que circula por conducto y alimenta sistemas de calefacción, climatización, etc. Aprovechan la energía solar. temperaturas de entre 35° y 100 °C.

Las principales instalaciones de media temperatura empleadas, generalmente, para producir vapor utilizado en aplicaciones industriales, son las de colectores distribuidos Constan de un conjunto de colectores de concentración normalmente de forma cilíndrico-parabólica —para favorecer una eficaz absorción de la radiación solar—, que, tras captar la energía solar la transmiten a un fluido (por ejemplo, aceite térmico) en forma de calor. El fluido se calienta y transporta la energía calorífica a través de un circuito primario hasta una caldera, de donde se transfiere otro fluido que transita por el circuito secundario.

Este segundo fluido, normalmente agua, pasa al estado de vapor a alta temperatura, y es enviado al grupo turbina-alternador donde generará energía eléctrica en virtud de un ciclo termodinámico convencional, o bien será empleado para alimentar procesos industriales.

Este tipo de instalaciones disponen, además, de un elemento que permite almacenar la energía calorífica para afrontar las fluctuaciones de la radiación solar. En este solo, el fluido del circuito secundario envía previamente su calor al sistema de almacenamiento antes de llegar al grupo turbina-alternador La modalidad de media temperatura aprovecha la energía solar a temperaturas de entre 100 y 300 °C. Por su parte, los sistemas de alta temperatura pueden ser aprovechados para proveer energía eléctrica.

Centrales solares de torre central

El tipo de planta más común es la denominada central termoeléctrica de receptor central, integrada por una vasta superficie cubierta de grandes espejos que reflejan la radiación del Sol, concentrándola en un pequeño punto.

Son los denominados helióstatos. Provistos de mecanismos específicos conectados a un ordenador centre estos espejos direccionales se van moviendo según dos ejes de giro, de manera que en todo momento, se encuentran en la posición idónea para recibir la máxima intensidad de la radiación solar y para concentrarla de modo eficaz en el receptor central. Generalmente, el punto receptor se dispone sobre una caldera situada de una torre de gran altura; en este caso se trata de centrales solares de tipos central.

En la caldera, la energía calorífica de la radiación solar reflejada es absorbida por un fluido térmico, que va a parar a un generador de vapor. Allí transfiere hasta un segundo fluido, que se encarga de poner en movimiento los álabes grupo turbina-alternador, para generar energía eléctrica. En una fase posterior, el fluido se condensa en un aerocondensador, para la repetición del proceso.

Intercalados en el circuito de calentamiento existen sistemas de almacenamiento térmico, destinados a aumentar y estabilizar la producción de la central sola, que como se ha indicado, depende estrechamente de las horas de insolación. El fluido secundario transmite hasta el dispositivo de almacenamiento la energía calorífica de llegar al grupo turbina-alternador.

Centrales solares con discos parabólicos

En este tipo de instalaciones, las superficies reflectantes adoptan la forma geométrica de un paraboloide de revolución. En el foco del paraboloide, donde se localiza el receptor, se concentra la energía solar captada. El receptor opera como un intercambiador de calor, a través del cual circula el fluido portador de calor. El máximo aprovechamiento de la energía solar se logra gracias a que los discos posee un sistema de seguimiento de la trayectoria solar según dos ejes. Cada uno de los discos parabólicos puede actuar como unidad independiente o bien integrar un conjunto, originando, al operar de forma interconectada, un sistema de mayor potencia.

Sistemas solares fotovoltaicos

a transformación directa de energía solar en energía eléctrica se verifica a través dE instalación de paneles provistos de células fotovoltaicas Como cualquier onda electromagnética la luz del Sol transporta energía en forma de un flujo de fotones. Cuando los fotones inciden sobre un determinado tipo de materiales, y siempre que existan las condiciones adecuadas, provocan una corriente eléctrica. Es el denominado efecto fotovoltaico

Las células fotovoltaicas (también llamadas simplemente células solares) son, por tanto, pequeños elementos fabricados con materiales semiconductores cristalinos -normalmente silicio—, que, cuando son golpeadas por la radiación solar, transforman la energía luminosa en energía eléctrica, en virtud del mencionado efecto fotovoltaico.

Las instalaciones que aprovechan la energía solar a partir de células fotovoltaicas han alcanzado menor difusión que las plantas basadas en sistemas de aprovechamiento por vía térmica. Razones económicas explican, al menos en parte, este diferente nivel de desarrollo entre una y otra modalidad.