Centrals Elèctriques: Funcionament, Tipus i Energies Renovables
Clasificado en Tecnología
Escrito el en 
catalán con un tamaño de 16,44 KB
La Central Elèctrica
Una central elèctrica és una instal·lació l'objectiu de la qual és produir energia elèctrica. L'energia que utilitzen les centrals elèctriques per aconseguir aquest objectiu s'anomena energia primària. Per produir energia elèctrica es fan diferents transformacions energètiques: primer, de l'energia primària en energia mecànica cinètica, i d'aquesta, en energia elèctrica.
Transformacions Energètiques
Les màquines encarregades de transformar l'energia primària en energia mecànica cinètica s'anomenen turbines, i són mogudes per aigua, vapor, gas, etc.
Els alternadors són els encarregats de transformar en energia elèctrica l'energia cinètica produïda en la turbina. El conjunt de turbina i alternador s'anomena turboalternador.
Els transformadors converteixen aquesta energia elèctrica en una energia elèctrica amb la tensió adequada per als aparells que la utilitzen.
Transport i Distribució Inicial
L'energia elèctrica de les centrals es transporta per les línies de transport i distribució als llocs de consum.
La Turbina
La turbina és una màquina rotativa que transforma en energia mecànica l'energia potencial i cinètica de l'aigua, vapor o gas.
Parts de la Turbina
- El distribuïdor s'encarrega d'orientar o dirigir el cabal d'aigua sobre una roda mòbil.
- El rodet és una roda amb àleps o paletes, en l'eix de la qual té lloc la transformació energètica de l'aigua.
Tipus de Turbines
Turbina Pelton
És una turbina d'acció, tangencial i normalment d'eix horitzontal. El distribuïdor està format per una o diverses entrades d'aigua al rodet.
Turbina Francis
És una turbina de reacció, radial-axial, normalment d'eix vertical. El distribuïdor està compost per aletes mòbils per regular el cabal d'aigua que condueix fins al rodet.
Turbina Kaplan
La Kaplan és una turbina de reacció radial-axial i, normalment, d'eix vertical.
L'Alternador
Els alternadors són màquines rotatives que transformen l'energia mecànica cinètica produïda en la turbina en energia elèctrica.
Constitució de l'Alternador
- Una part fixa o estator, on es fa el bobinatge induït.
- Una part mòbil o rotor, on es fa el bobinatge inductor. L'eix del rotor és solidari amb l'eix de la turbina.
Principi de Funcionament
Si entre els pols nord i sud d'un imant potent fem girar una espira o una bobina els extrems de la qual estiguin connectats a dos anells, aïllats de l'eix, mitjançant unes escombretes, apareix la tensió en aquests anells.
Si connectem una làmpada a l'alternador, pel circuit exterior circularà un corrent. El fet que variï de valor i de sentit en cada volta de l'alternador fa que l'anomenem corrent altern.
Centrals Tèrmiques Convencionals
Són les que utilitzen com a energia primària combustibles fòssils com el carbó i el gas, o algun producte derivat del petroli, com el fuel.
Principi de Funcionament
La seva funció és la transformació de l'aigua en vapor en una caldera. Aquest vapor es genera a pressions molt altes i és conduït per canonades fins a la turbina. El vapor xoca contra els àleps de la turbina i produeix un moviment rotatiu en l'eix. Així s'aconsegueix dotar el rotor de l'alternador, l'eix del qual està acoblat al de la turbina, d'un moviment de gir que fa que puguem obtenir un corrent altern als seus borns.
Refrigeració
Quan el vapor surt de la turbina, no pot ser abocat a l'exterior, ja que l'aigua és un bé escàs. Per solucionar aquest problema s'instal·la a la sortida d'aquella un condensador, que fa que el vapor es converteixi de nou en aigua, per poder repetir el cicle (circuit d'alimentació).
El vapor passa pel condensador per una sèrie de tubs pels quals circula l'aigua freda (circuit de refrigeració) que prové d'un riu o del mar. Quan passa, la temperatura i la pressió del vapor es redueixen i es produeix la condensació. Per no produir impacte ambiental en el riu o en el mar, l'aigua passa per una torre de refrigeració, on es deixa caure en forma de pluja fina i es refreda en contacte amb l'aire.
Centrals Nuclears
Utilitzen l'energia que hi ha en la massa dels àtoms per produir energia elèctrica.
Principi de Funcionament
Funciona de manera anàloga a una central termoelèctrica convencional. L'energia calorífica prové de la fissió d'àtoms d'urani que té lloc al reactor.
Fissió Nuclear
Quan els nuclis d'alguns àtoms grans es trenquen en dues meitats, s'allibera energia. L'escissió d'un nucli atòmic s'anomena fissió nuclear.
Es fa xocar un neutró amb el nucli de l'àtom. El neutró és absorbit i es produeix la fissió que emet diversos neutrons. Aquests xoquen amb altres nuclis, provoquen noves fissions i l'alliberament de més neutrons que s'encarregaran de fendre altres nuclis. És el que coneixem com a reacció en cadena. Si aquesta reacció no es controla, es produeix una explosió (bomba atòmica).
El Reactor Nuclear
Substitueix la caldera en una central elèctrica convencional. En el reactor es crea una reacció de fissió nuclear controlada per extreure la calor generada. Les parts són:
- El combustible, en barres cilíndriques amb àtoms d'urani-235.
- El moderador, que disminueix la velocitat dels neutrons perquè tinguin un moviment més lent que ocasioni noves fissions.
- Les barres de control, fetes de cadmi, s'encarreguen de controlar el flux de neutrons i d'absorbir-los.
La calor produïda en les barres s'elimina fent circular el refrigerant, com l'aigua, entre les barres (circuit primari). Aquesta aigua és conduïda fins al generador de vapor, que escalfa aigua i produeix vapor en un altre circuit (circuit secundari). Un circuit de refrigeració (circuit terciari) s'encarrega que el vapor d'aigua torni a les seves condicions inicials. L'aigua que està en contacte amb el reactor es torna radioactiva i no té contacte amb l'exterior.
Transport i Distribució d'Energia
Les línies de transport s'utilitzen per transportar l'energia elèctrica generada a les centrals als llocs de consum.
Les tensions que es generen en els alternadors de les centrals, no superiors a 30 kV, es transformen en tensions molt altes (entre 220 i 400 kV) per facilitar el transport.
El Transformador
Són màquines estàtiques capaces de canviar els valors de la tensió. Estan formats per un nucli de material sensible al camp magnètic, amb un bobinatge primari connectat a un generador i un bobinatge secundari connectat al circuit d'utilització.
Energies Alternatives i Renovables
Les fonts d'energia no renovables, obtingudes a partir dels combustibles fòssils i l'energia nuclear, són les fonts d'energia més utilitzades. Alguns països han invertit aquesta tendència donant importància a l'ús d'energies renovables, també anomenades energies alternatives.
Centrals Hidràuliques
Són les més importants. Aprofiten l'energia de l'aigua dels rius elevant el nivell amb una presa. Aquesta es fa baixar per una canonada forçada i l'energia potencial es converteix en cinètica. Quan l'aigua arriba a la turbina, aquesta gira. Aquest moviment es transmet a l'alternador, que genera energia elèctrica.
Energia Solar
Centrals Solars Tèrmiques
De Col·lectors Distribuïts
Recullen l'energia tèrmica del Sol en uns col·lectors, miralls parabòlics, pels quals passa un fluid la temperatura del qual s'eleva. Es genera vapor i, mitjançant dipòsits i intercanviadors de calor, es fa girar el turboalternador.
De Torre Central
El sistema de captació es basa en heliòstats (grans miralls) que reflecteixen la radiació solar en el receptor: una caldera situada a la torre. El fluid escalfat es fa passar per un generador de vapor, on es produeix el vapor necessari per moure la turbina. Aquest moviment es transmet a l'alternador per generar energia elèctrica. Els heliòstats disposen d'un sistema automàtic capaç de seguir la trajectòria del Sol.
Centrals Fotovoltaiques
Transformen la llum solar en energia elèctrica mitjançant les cèl·lules fotovoltaiques. Aquestes cèl·lules són dispositius compostos de dues capes de silici: una de molt fina, en la qual s'ha introduït un excés d'electrons (capa n), i una altra de més gruixuda que es fabrica amb un dèficit d'electrons (capa p). Quan s'il·lumina la capa tipus n es genera un corrent continu en la unió que fa que, en connectar un receptor, funcioni. El conjunt de diverses cèl·lules dóna lloc a una placa fotovoltaica que produeix als seus borns una tensió de 12 V de CC. El corrent continu generat s'emmagatzema en un acumulador elèctric. En la següent fase es transforma en corrent altern, mitjançant la utilització d'un convertidor de CC a CA.
Energia Eòlica
És l'energia generada pel vent. La producció d'energia elèctrica a partir de la força del vent es fa a les centrals eòliques. Aquestes instal·lacions estan formades bàsicament per un conjunt d'aerogeneradors o molins de vent.
El vent mou les pales que produeixen un moviment de rotació a l'eix de la turbina. El sistema de transmissió multiplica les voltes de l'eix i transmet el moviment de gir a l'eix de l'alternador que genera energia elèctrica. L'aerogenerador està suportat sobre una torre en direcció perpendicular al vent, la qual cosa s'aconsegueix mitjançant un sistema d'orientació.
Energia Geotèrmica
És present a l'interior del nostre planeta en forma de calor. Una central geotèrmica aconsegueix energia elèctrica a partir de la producció de vapor. S'injecta aigua per un tub fins a la profunditat necessària perquè la temperatura de l'interior de la Terra la converteixi en vapor. El vapor produït s'extreu per un altre tub.
Energia Mareomotriu
Les marees són moviments de pujada i baixada dels nivells de l'aigua del mar. Si construïm una presa, quan el nivell del mar pugi s'omplirà l'embassament i aprofitarem l'energia potencial quan l'aigua passi per les conduccions i es faci circular pels turboalternadors.
Biomassa
És la matèria orgànica no fòssil que té el seu origen en la fotosíntesi provocada per la radiació solar en les plantes. La biomassa vegetal la constitueixen els residus agrícoles i forestals. La biomassa animal està constituïda per restes animals. També es consideren biomassa els residus sòlids urbans, el tractament dels quals és susceptible de proporcionar energia. Hi ha tres processos de transformació de la biomassa que tenen com a objectiu obtenir diversos combustibles.
Tractament de Residus i Impacte Ambiental
Residus de Centrals Tèrmiques Convencionals
Quan es cremen combustibles fòssils a les centrals tèrmiques, es generen una sèrie de residus. Per reduir l'efecte dels residus, es prenen les següents mesures:
- Instal·lació de filtres que retenen les emissions sòlides.
- Instal·lació de filtres dessulfurants, que redueixen l'impacte dels òxids de sofre.
- Sistemes de combustió a menys temperatura, que, sense afectar el rendiment de la central, redueixen els òxids de nitrogen.
- Reducció del contingut de sofre dels combustibles utilitzats mitjançant la dessulfuració prèvia.
- Cremar com menys combustibles fòssils millor per deixar pas a la utilització d'energies alternatives, ja que el diòxid de carboni no es pot capturar ni tractar fàcilment.
Residus de Centrals Nuclears
Els residus radioactius generats a les centrals nuclears es consideren perillosos per a l'ésser humà i per al medi ambient.
Aquests residus s'emmagatzemen a les piscines de les centrals durant un cert temps, amb l'objectiu que la seva radioactivitat disminueixi. Passat aquest període, són transportats a les plantes d'emmagatzematge definitiu. S'hi produeix el confinament, que consisteix a emmagatzemar els residus en capes geològiques profundes, interposant-hi barreres que eviten que els productes radioactius passin a l'entorn humà. La radioactivitat present en aquests residus pot arribar a durar fins a 4.000 anys.
Qüestionari sobre l'Energia Elèctrica
- Quines són les dues màquines que produeixen energia elèctrica? Alternador i turbina.
- De què disposa el distribuïdor d'una turbina Francis? D'àleps mòbils. Què és el rodet? La part mòbil d'una turbina.
- Què trobem al rotor d'un alternador? Les escombretes, els anells col·lectors giratoris i l'imant. I a l'estator? La bobina induïda.
- Què és una central elèctrica? Una instal·lació que té com a objectiu produir energia elèctrica.
- Quina és la funció de les barres de control? Absorbeixen els neutrons per poder controlar la reacció.
- On l'aigua crea energia potencial? A l'embassament.
- On la radiació solar crea energia calorífica? Als heliòstats.
- On se situen els parcs eòlics? On el vent presenta unes característiques de velocitat i continuïtat adequades.
- Quina funció fa l'alternador? Genera energia elèctrica a partir de l'energia cinètica que rep del sistema de transmissió.
- D'on s'obté l'energia? De diferents fonts.
- Identifica cadascun dels components en l'esquema de funcionament de la central hidràulica i escriu en cada requadre la forma en què es manifesta l'energia. (Aquesta pregunta requereix un esquema visual no proporcionat.)
- Identifica cadascun dels components en l'esquema de funcionament de la central tèrmica convencional i escriu en cada requadre la forma en què es manifesta l'energia. (Aquesta pregunta requereix un esquema visual no proporcionat.)
- Dibuixa l'esquema de funcionament corresponent a la central nuclear representada a la figura: (Aquesta pregunta requereix una figura visual no proporcionada.)
- Indica si són veritables (V) o falses (F) les afirmacions següents: (Les afirmacions no estan proporcionades.)
- Relaciona els elements de cada columna. (Les columnes no estan proporcionades.)
- Com es diu la màquina comuna a totes les centrals elèctriques que transforma l'energia cinètica en energia elèctrica? L'alternador.
- Explica l'impacte ambiental provocat per les centrals tèrmiques convencionals. (La resposta es troba en la secció"Residus de Centrals Tèrmiques Convencional".)
- Quina funció té la turbina en una central hidroelèctrica? Enumera els tipus de turbines hidràuliques que s'utilitzen actualment. La turbina transforma l'energia cinètica de l'aigua en energia mecànica. Els tipus són Pelton, Francis i Kaplan.
- Explica el funcionament d'un aerogenerador. (La resposta es troba en la secció"Energia Eòlic".)
- Quins processos de transformació previs ha de rebre la biomassa abans de poder ser utilitzada com a combustible? (El document esmenta que hi ha tres processos, però no els detalla.)
- Quins són els dos processos d'aprofitament d'energia solar per produir energia elèctrica? Centrals solars tèrmiques i centrals fotovoltaiques.