Energías Renovables y No Renovables: Guía Completa de Producción y Distribución de Electricidad

Fuentes de Energía

Las fuentes de energía son recursos naturales de los cuales se obtienen diferentes formas de energía que pueden transformarse para un uso concreto.

Clasificación según la disponibilidad y regeneración

• Renovables: Son fuentes de energía abundantes en la naturaleza e inagotables (ej: viento, mareas, sol).

• No renovables: Son fuentes de energía que se agotan al utilizarlas y no se renuevan a corto plazo (ej: carbón, petróleo, gasolina).

Clasificación según la necesidad de transformación

• Primarias: Se obtienen directamente de la naturaleza sin necesidad de transformación (ej: gas natural, energía nuclear, energías renovables).

• Secundarias: Son el resultado de la transformación de fuentes primarias (ej: derivados del petróleo, electricidad).

Clasificación según su uso en cada país

• Convencionales: Energías más usadas en países industrializados, responsables del desarrollo tecnológico (ej: energía de combustibles fósiles).

• No convencionales: Fuentes alternativas de energía en desarrollo tecnológico, con poca incidencia en la economía de los países (ej: energía solar y eólica).

Clasificación según el impacto ambiental

• Limpias o no contaminantes: Su obtención produce un impacto ambiental mínimo y no genera subproductos tóxicos (ej: energía hidráulica, biomasa).

• Contaminantes: Dañan el medio ambiente en su obtención o uso, produciendo subproductos contaminantes (ej: residuos nucleares).

Energía Eléctrica

La energía eléctrica es la energía transportada por la corriente eléctrica. Es la forma de energía más utilizada en sociedades industrializadas debido a:

• Su facilidad para transformarse en otras formas de energía.

• Su transporte a larga distancia con bajo coste y alto rendimiento.

Centros de Generación de Electricidad

Las centrales de generación transforman energía primaria o secundaria en energía de consumo. Si la energía de consumo es eléctrica, es una central eléctrica.

Funcionamiento general de una central eléctrica

Una central eléctrica utiliza la energía mecánica de una fuente (ej: caída del agua) para transformarla, mediante un generador, en energía eléctrica.

El generador empleado es un alternador, con un estator (pieza fija) y un rotor (pieza móvil). El rotor, con bobinas alimentadas por corriente continua, produce un campo magnético giratorio. El movimiento del rotor, por acción de la turbina, genera corriente alterna en las bobinas del estator.

El sistema turbina-alternador está presente en todas las centrales convencionales y no convencionales, excepto las fotovoltaicas.

Transporte y Distribución de la Energía Eléctrica

La energía eléctrica no se puede almacenar, por lo que su transporte implica:

• Elevación del voltaje: Transformadores elevan el voltaje (22000V-400000V) para reducir pérdidas de energía.

• Diseño y construcción de la ruta de cables de alta tensión: Mediante torretas que sostienen los cables.

• Reducción del voltaje: Subestaciones reducen el voltaje (3-30 kV) antes de la distribución final.

• Distribución final: Mediante postes o canalizaciones subterráneas, reduciendo el voltaje a 230-400 voltios.

Centrales Eléctricas Convencionales

Producen la mayor parte de la electricidad que consumimos, convirtiendo la energía mecánica del vapor de agua a presión o la acumulada en un salto de agua.

Centrales Térmicas de Combustibles Fósiles

Se calienta agua en una caldera mediante la combustión de fuel, gas natural o carbón. El vapor mueve una turbina conectada a un generador. Luego, el vapor pasa por un condensador, convirtiéndose en líquido para volver a la caldera.

Centrales de Ciclo Combinado

Obtienen electricidad mediante dos ciclos: el de las centrales térmicas convencionales y otro que utiliza aire y gas. Este último emplea una turbina de gas con compresor, generando electricidad y utilizando los gases de combustión en una caldera de recuperación. Se obtienen rendimientos superiores a los de las centrales de ciclo único.

Centrales Nucleares

Son centrales térmicas donde el reactor nuclear sustituye a la caldera. El vapor de agua se produce por el calor generado en la fisión de núcleos atómicos (uranio). La ventaja principal es su alta rentabilidad, pero tienen inconvenientes como la gestión de residuos radiactivos y el riesgo de accidentes.

Centrales Hidráulicas

Aprovechan la energía potencial de la caída del agua. El agua mueve los álabes de una turbina conectada a un generador.

• De gravedad: El agua sigue por el cauce del río y no se reutiliza.

• De bombeo: El agua, tras pasar por la turbina, se bombea al embalse superior para reutilizarla.

Centrales No Convencionales

Generan menos energía que las convencionales, pero presentan ventajas:

• Menos contaminantes.

• Consumen recursos renovables.

• Reducen la dependencia energética.

• Son relativamente baratas.

Centrales Eólicas

Aprovechan la energía cinética del viento para mover las palas de un rotor en un aerogenerador. Los parques eólicos son una forma limpia de generar electricidad, pero su instalación depende del régimen de vientos. Generan entre 1 MW y 10 MW.

Sistemas de Comunicación

La comunicación es la transmisión de información. Necesita emisor, medio de transmisión, receptor y canal de transmisión.

Sistemas de Comunicación Eléctricos

Señales Eléctricas

• Analógica: Toma infinitos valores de frecuencia y amplitud dentro de un límite. Es continua.

• Digital: Toma valores discretos del sistema binario (ceros y unos).

Las comunicaciones pueden ser alámbricas (cables, fibra óptica) o inalámbricas (atmósfera, agua, espacio exterior, mediante ondas electromagnéticas).

Las ondas electromagnéticas se caracterizan por:

• Frecuencia (f): Número de oscilaciones por segundo (Hz).

• Longitud de onda (λ): Espacio recorrido en un ciclo completo (metros).

• Amplitud (A): Valor máximo de la onda, relacionada con su energía.

• Periodo (T): Tiempo de un ciclo completo (inversa de la frecuencia).

• Velocidad del movimiento ondulatorio (v): Velocidad de propagación de la onda.

• Relación de parámetros: c = λ · f ; c = λ / T

El Espacio Radioeléctrico

Parte del espectro electromagnético (3 kHz - 300 GHz) usado en telecomunicaciones inalámbricas.

Satélites Artificiales

Permiten conectar puntos distantes de la Tierra sin antenas repetidoras.

Un sistema de comunicaciones por satélite consta de:

• Satélite(s): Elemento principal.

• Centro de control: Vigila el funcionamiento.

• Estaciones terrestres: Antenas emisoras y receptoras.

Tipos de Satélite según su función

• Telecomunicaciones: Transmisión de información (teléfono, datos, TV).

• Observación terrestre: Observación de la Tierra (meteorológica, incendios).

• Observación espacial: Observación del espacio (telescopios en órbita).

• Localización: Posición de objetos en la Tierra (GPS, GLONASS, Galileo).

• Estaciones espaciales: Habitadas por humanos con fines científicos.

• Sondas espaciales: Observación de otros cuerpos celestes.

Telégrafo y Teléfono

Telégrafo

Primer sistema de comunicación a distancia en tiempo real. Samuel Morse creó un código de puntos y rayas (impulsos eléctricos) para representar letras.

Teléfono

Similar al telégrafo, pero transmite voz y sonido. Incorpora micrófono (convierte sonido en variaciones de corriente) y auricular (convierte variaciones de corriente en sonido).

Central de Conmutación

Gestiona las llamadas telefónicas, conectando emisor y receptor, o enviando la llamada a una central de tránsito si es necesario.

Radio

Transmisión de sonidos, voz y música a distancia mediante ondas electromagnéticas.

Emisora de Radio

Utiliza una señal portadora de frecuencia más elevada para transportar el mensaje (modulación).

Tipos de Modulación

• AM (Amplitud): La amplitud de la portadora varía según el mensaje. Rango de 520 a 1605 kHz, ancho de banda de 5 kHz (calidad de sonido no óptima).

• FM (Frecuencia): La frecuencia de la portadora varía según el mensaje. Rango de 88 a 108 MHz, ancho de banda de 15 kHz (calidad de sonido superior).

Receptor de Radio

Separa la señal de sonido de la portadora y la amplifica antes de enviarla a los altavoces.

Televisión

Permite ver imágenes a distancia. La pantalla está formada por miles de puntos luminosos rojos, verdes y azules que, combinados, forman la imagen.

Tipos de Pantallas

• Tubos de rayos catódicos (CRT): Electrones inciden en fósforo, emitiendo luz. Una máscara de sombra dirige los electrones a los puntos adecuados.

• Plasma: Gas inerte reacciona con el fósforo al paso de corriente eléctrica, produciendo luz coloreada.

• Cristal líquido (LCD): Dos capas de vidrio con material cristalino que modifica su transparencia al paso de corriente.

• LED: Formada por diodos LED, ahorrando energía y mejorando la calidad de imagen.