¿Que es la energía?

La energía se puede entender como la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema para realizar un trabajo o producir algún cambio o transformación. Tales cambios pueden ser movimiento, calentamiento o alteraciones en dicho cuerpo.

Debemos tener clara la diferencia entre energía y potencia. La potencia es la transferencia de energía por unidad de tiempo. De esta forma, una bombilla viene caracterizada por su potencia; por ejemplo, 25 W. Si tenemos encendida la bombilla durante 5 horas, la energía consumida será de 125 W.h (vatios hora).

Las unidades de energía más utilizadas son:

 Julio (J). Es la unidad del Sistema Internacional. Se define como el trabajo que realiza una fuerza de 1 newton (N) cuyo punto de aplicación se desplaza 1 metro.

 Caloría (cal). Es una unidad de energía muy utilizada en procesos en los que interviene el calor. Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 1ºC, a presión atmosférica, un gramo de agua.


 Kilovatio hora (kW.h). Es la unidad que se utiliza para medir el consumo de energía eléctrica 

La energía se puede manifestar de diversas formas. Las principales formas de energía son:

 Energía mecánica. Es la formada por la suma de la energía cinética, asociada al movimiento, y la potencial, asociada a la fuerza de gravedad.
                               

 Energía térmica. Está relacionada con el movimiento de las moléculas que forman la materia: cuanto más caliente está la materia, mayor es el movimiento de las moléculas.
                                               

 Energía química. Es la energía asociada a las reacciones químicas. Estas reacciones, como la combustión de gas, son exotérmicas y liberan calor.
                                               

 Energía nuclear. Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos, que se libera en las reacciones de fisión y fusión. Se podría decir que es un tipo de energía química.
                                                    

 Energía radiante. Es la que tienen las ondas electromagnéticas, como la luz, los rayos ultravioletas, etc. Pueden transmitirse sin necesidad de soporte material alguno, en el vacío, como es el caso de la energía del Sol.
                                 


 Energía eléctrica. Está relacionada con el movimiento de las cargas eléctricas a través de los materiales conductores.
                                      

Todas estas formas de energía se pueden clasificar en dos tipos:

 Energía primaria. Es la energía disponible en la naturaleza sin necesidad de ser transformada (gas, carbón,etc).
                               


 Energía secundaria. Es la energía resultado de la transformación de las energías primarias (energía eléctrica).
                            

Todas las formas de energía se encuentran en un constante proceso de transformación. La energía eléctrica se transforma en energía radiante a través de una bombilla; la energía cinética del viento se convierte en energía eléctrica gracias a un aerogenerador...


No obstante, estas transformaciones no siempre se producen en la dirección deseada. En los procesos de transformación se produce la degradación de la energía, fenómeno por el cual cierta cantidad de energía pasa a un tipo de energía "de peor calidad": la energía. Se dice que esta energía se pierde. Así, por ejemplo, una bombilla transforma una parte de la energía eléctrica que consume en energía radiante (luz), pero otra parte de esa energía se transforma en calor que se considera energía perdida.

Centrales Eléctricas Convencionales

1. Centrales térmicas

Las centrales térmicas (o termoeléctricas) son aquellas que aprovechan la energía térmica (o calorífica) procedente de la combustión de fuentes energéticas como el carbón, el petróleo o el gas, para obtener energía eléctrica.

Podemos hablar de dos tipos de centrales térmicas:

  Centrales térmicas convencionales. El proceso es el siguiente:

1. En la caldera se realiza la combustión de la fuente energética correspondiente (carbón, petróleo y gas). La energía térmica generada calienta un circuito de agua y la transforma en vapor de agua a alta presión y temperatura.

2. El vapor se lleva hasta una turbina de vapor, donde la mueve y genera un movimiento rotacional del eje.

3. El eje, unido al alternador, hace que éste genere energía eléctrica, la cual se transforma y se vierte a la red.


4. Una vez que el vapor de agua mueve el conjunto turbina-alternador, se convierte en agua en el condensador y a continuación se enfría en la torre de condensación con el objetivo de reiniciar el ciclo.     

 Centrales térmicas de ciclo combinado. Son centrales que utilizan como combustible el gas natural y son más eficientes que las convencionales porque reutilizan la energía remanente de los gases de combustión. La energía térmica del combustible se transforma en electricidad mediante dos ciclos: el correspondiente a una turbina de gas y el convencional de agua/turbina de vapor:


‒ En una turbina de gas se produce la combustión de gas. Los gases de combustión que se producen se conducen hasta una turbina de gas donde la energía se transforma en energía mecánica de rotación que se transmite al alternador acoplado, donde se produce la energía eléctrica.

‒ A la salida de la turbina de gas, estos gases de combustión que aún están a una temperatura elevada, se usan para generar vapor de agua, que será llevada a una turbina de vapor que acoplada a otro alternador producirá energía eléctrica.


‒ Conviene señalar que el desarrollo actual de esta tecnología tiende a acoplar las turbinas de gas y de vapor del mismo eje, accionando así conjuntamente el mismo alternado.



2. Centrales nucleares

Las centrales nucleares son un tipo de central térmica que se diferencia de las anteriores en que la energía calorífica que mueve la turbina no procede de la combustión del carbón, el gas o el petróleo sino de la fisión de átomos radiactivos. Se caracterizan por su gran potencia.

Los núcleos de algunos átomos, como el uranio, son inestables. Esto significa que, de forma natural en un período de tempo más o menos largo, acaban rompiéndose para formar otros átomos diferentes que tienen núcleos más pequeños. Este fenómeno, la rotura del núcleo de los átomos para formar átomos más pequeños, se denomina fisión nuclear. Cuando se produce la fisión de un núcleo atómico se desprende una gran cantidad de energía que antes era utilizada por el núcleo para mantenerse unido.

El sistema más usado para generar energía nuclear utiliza el uranio como combustible. En concreto se usa el isótopo 235 del uranio que es sometido a fisión nuclear en los reactores. En este proceso el núcleo del átomo de uranio (U-235) es bombardeado por neutrones y se rompe originando dos átomos de un tamaño aproximadamente la mitad del uranio y liberándose dos o tres neutrones que inciden sobre átomos de U-235 vecinos, que vuelven a romperse, originándose una reacción en cadena. En esta reacción se libera una cantidad muy grande de energía calorífica que se puede aprovechar para generar electricidad y, si no se controla adecuadamente, da lugar a una explosión (así funcionan las bombas atómicas).

El mineral de uranio se encuentra en la naturaleza en cantidades limitadas. Es por tanto un recurso no renovable. Hay depósitos importantes de este material en Norteamérica (27,4% de las reservas mundiales), África (33%) y Australia (22,5%).

           

El funcionamiento de una central nuclear es similar al de una central térmica, pero en lugar de generarse el calor en una caldera por combustión de carbón, el calor se genera en un reactor nuclear. En el reactor se producen reacciones de fisión (ruptura) de los núcleos atómicos del combustible nuclear (generalmente uranio enriquecido). Estas reacciones liberan una gran cantidad de energía en forma de calor, para calentar el agua y transformarla en el vapor a presión que moverá las turbinas de un generador.
Estas centrales son muy eficientes: proporcionan mucha energía con poco combustible. Además, no emiten gases contaminantes a la atmósfera, tal sólo vapor de agua desde la torre de refrigeración.
Sin embargo, la energía nuclear tiene un grave inconveniente: genera residuos radiactivos que son díficiles de almacenar de forma segura y, además, existen riesgos de graves accidentes, como el ocurrido en Chernobyl (Ucrania), en el año 1986, cuando se incendió un reactor y escaparon sustancias radiactivas tóxicas que se extendieron por casi toda Europa.

3. Centrales hidroeléctricas

Las centrales hidroeléctricas se basan en el aprovechamiento de la energía potencial y/o cinética del agua de los ríos. El agua se lleva a una turbina, donde mueve los álabes y genera un movimiento de rotación de su eje; dicho eje está unido al alternador, el cual general la energía eléctrica.

La potencia eléctrica de una central hidroeléctrica depende tanto del caudal turbinado como de la altura del salto.
En función del caudal y la altura, el agua dispone de más energía potencial o más energía cinética, y ello permite distinguir dos tipos de centrales hidráulicas:

 Centrales hidroeléctricas de agua fluyente. No cuentan con reserva de agua y, por lo tanto, turbinan el agua de la que disponen en cada momento. Son centrales con gran caudal pero poco salto. La construcción se realiza sobre el propio cauce del río.


 Centrales hidroeléctricas de reserva. Necesitan de la construcción de un embalse, donde se almacena energía potencial y, por lo tanto, permiten gestionar la producción. En este caso, el salto es mayor, mientras que el caudal es más pequeño.

      

Existen también las denominadas centrales de bombeo, cuya particularidad es que disponen de dos embalses, uno en la parte alta y otro en la baja, de forma que, en las horas de mayor demanda energética la central turbina agua como una central de agua embalsada, y almacena esta agua turbinada en el embalse inferior. Mientras que durante las horas del día en las que la demanda de energía es menor, el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente.

Generación, Transporte y distribución de la energía eléctrica

De entre todas las formas de energía mencionadas, la energía eléctrica destaca por su especial importancia. Esto se debe a que se puede obtener de fuentes muy diversas (combustibles fósiles, luz solar, viento, saltos de agua...), transportarla hasta nuestras viviendas e industrias, y allí, volver a convertirla en el tipo de energía que nos interese: calor, luz, movimiento...

1. Generación de la energía eléctrica

Para producir energía eléctrica necesitamos un dispositivo que cree y mantenga una diferencia de potencial (diferencia de carga) entre dos puntos para que se pueda producir un flujo de electrones, es decir, una corriente eléctrica.


La energía eléctrica se genera de 3 formas diferentes:

 Mediante transformaciones químicas. Por ejemplo, como ocurre en las pilas o baterías.


Las pilas y baterías transforman la energía química que contienen en energía eléctrica. En el interior de pilas y baterías existen soluciones con determinados componentes químicos, que al reaccionar entre sí producen una corriente eléctrica.
                                           

 Mediante la luz solar, como ocurre en las células solares o fotovoltaicas.

Existen ciertos materiales que presentan la propiedad de emitir electrones cuando la luz solar incide sobre ellos (efecto fotoeléctrico). Las células fotovoltaicas son dispositivos construidos con materiales fotoeléctricos que realizan una conversión de energía solar luminosa en energía eléctrica. Las células solares se emplean en la generación de electricidad en centrales solares fotovoltaicas.
                                              

 Mediante generadores eléctricos (dinamos y alternadores). La inducción electromagnética es la base del funcionamiento de los generadores eléctricos más utilizados. Son generadores que transforman energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se utilizan, por ejemplo, en las centrales eléctricas.

El ejemplo más sencillo de este tipo de generadores es la dinamo de una bicicleta, que genera una corriente continua a partir del movimiento de rotación. 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. Esta corriente continua se utiliza para hacer funcionar los faros de la bicicleta.

Los alternadores son los generadores eléctricos utilizados en la producción de energía eléctrica en las centrales eléctricas (excepto en las centrales fotovoltaicas) y son movidos por turbinas. Las turbinas poseen unas palas o álabes que, al ser empujadas, ponen en movimiento el eje del alternador y producen una corriente alterna.

2. Transporte y Distribución de la energía eléctrica 

La red de transporte es la parte del sistema encargada de llevar la energía eléctrica desde las centrales eléctricas hasta los grandes puntos de consumo, recorriendo enormes distancias.

El transporte de la energía eléctrica se realiza en alta tensión. En España, la empresa encargada de hacerlo es Red Eléctrica de España.

La red de distribución es la encargada de repartir la energía eléctrica dentro de los centros de consumo (poblaciones, grandes industrias, etc) hasta la tensión de uso, que es baja tensión.

La distribución de energía eléctrica se realiza en media tensión y son las compañías distribuidoras las propietarias y gestoras de estas líneas.


Se denomina alta tensión eléctrica a las tensiones superiores a los 66.000 V, mientras que con media tensión nos referimos a las tensiones entre 1.000 y 36.000 voltios.

Para transportar grandes cantidades de energía eléctrica, debemos tener en cuenta que:

1. Cuanta más intensidad transporten, los cables eléctricos deben tener mayor tensión.

2. A mayor intensidad, gran parte de la energía eléctrica se pierde al transformarse en calor, porque al circular más intensidad hay más electrones y más choques entre ellos y el material del cable conductor.

Por tanto, puesto que la potencia (P) viene definida por P=V x I, si queremos transportar energía eléctrica de forma que las pérdidas de potencia sean mínimas, debemos aumentar la tensión y disminuir la intensidad.

Por ejemplo, si queremos obtener una potencia de 1200 MW, podemos transportar:

 76 000 V con una intensidad de 9300A.

 400 000 V con una intensidad de 1700 A


La potencia disipada, por kilómetro de cable, en el primer caso (9300 A) será 0,76 MW, y en el segundo caso (1700 A), mucho menor: 0,025 MW.

El elemento que nos permite cambiar la tensión y la intensidad de la corriente eléctrica es el transformador. Su característica principal es que el producto de tensión e intensidad a su entrada y a su salida es constante. El transformador puede ser elevador (sube la tensión, baja la intensidad) o reductor (baja la tensión, sube la intensidad).

                                             

Fuentes de energia

Las fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los cuales podemos obtener energía utilizable en alguna de las formas definidas anteriormente.

Todas ellas son energía primaria y, generalmente, se transforman en energía eléctrica (energía secundaria) para su transporte.
Podemos clasificarlas, atendiendo su origen, en:

 No renovables. Se encuentran en cantidades limitadas y en ellas la velocidad de regeneración es inferior a la de consumo.

 Renovables. Son inagotables, ya que se regeneran a un ritmo superior al que se consumen.

Por su utilización, las clasificamos en:

 Convencionales. Son las de uso más extendido.


 Alternativas. Su uso está menos extendido pero están adquiriendo cada vez más importancia.

TIPOS DE FUENTES	CONVENCIONALES	ALTERNATIVAS
No renovables	Combustibles  fósiles Energía nuclear
Renovables	Energía hidráulica	Energía solar Energía eólica Energía mareomotriz Energía de la biomasa Energía geométrica