CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Una central hidroeléctrica es aquella que utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda.

En general estas centrales aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual trasmite la energía a un alternador en cual la convierte en energía eléctrica.

¿Cómo funciona?
El agua cae desde la presa hasta unas turbinas que se encuentran en su base. Al recibir la fuerza del agua las turbinas comienzan a girar. Las turbinas están conectadas a unos generadores, que al girar, producen electricidad. La electricidad viaja desde los generadores hasta unos transformadores, donde se eleva la tensión para poder transportar la electricidad hasta los centros de consumo.

Podemos ver todo esto con un sencillo dibujo:



Impacto ambiental
Las centrales hidráulicas funcionan gracias al depósito de agua que proporciona un embalse. El impacto sobre las aguas deriva del impacto mismo de la construcción y operación del embalse, con la consiguiente alteración del régimen de las aguas en la cuenca de que se trate. El funcionamiento de las centrales hidráulicas supone el movimiento de grandes masas de agua, lo que puede acarrear alteraciones en el caudal de los ríos y problemas en los ecosistemas acuáticos y de ribera, cuando las poblaciones animales y vegetales son incapaces de adaptarse a los cambios bruscos de disponibilidad de agua, altura de la capa freática, concentración de nutrientes y oxígeno, etc. Los embalses también suponen alteraciones en los ecosistemas acuáticos, pues crean grandes masas de agua de movimiento lento, lo que puede provocar déficit de oxígeno en las agua profundas, problemas de sobrecrecimiento de la materia orgánica (eutrofización), etc. Además, los embalses ocasionan la detención del flujo natural de materiales en el curso del río, llenándose poco a poco de sedimentos, en un fenómeno conocido como aterramiento. También suponen una barrera al movimiento de las especies animales que habitan en el curso del río.Los embalses también causan grandes alteraciones en el paisaje: cambian el microclima de la zona en que están construídos y pueden suponer el desplazamiento forzado de pueblos enteros cuyas casas y cultivos se encuentran en la zona a sumergir.

Tecnologías correctoras
Mejorar la resistencia de las centrales para evitar inundaciones y no instalarlas en terrenos inestables,además de ho fabricar demasiadas para no alterar el paisaje.



Centrales hidroeléctrica, de Zújar, Badajoz, España.

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Curiosidades

-Si no se contara con la energía hidroeléctrica, habría que quemar más de 400 millones de toneladas extra de petróleo al año, en el mundo.
-Una de las primeras centrales hidroeléctricas del mundo la instaló George Westinghouse, en las "Cataratas del Niágara", cuya construcción comenzó en 1886 y duró diez años, y en 1896 transmitió electricidad a la ciudad de Buffalo a una distancia de 35 Km.

CENTRALES DE BIOMASA

Una central de biomasa se ocupa de obtener energía eléctrica mediante los diferentes procesos de transformación de la materia orgánica.
La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica; esa energía la podemos recuperar por combustión directa o transformando la materia orgánica en otros combustibles.

La energía del sol es utilizada por las plantas para sintetizar la materia orgánica mediante el proceso de fotosíntesis. Esta materia orgánica es incorporada y transformada por el reino animal, incluido el hombre. El hombre, además, la transforma por procedimientos artificiales para obtener bienes de consumo. Todo este proceso da lugar a elementos utilizables directamente, pero también a subproductos que tienen la posibilidad de encontrar aplicación en el campo energético.



¿Cómo funciona?
Básicamente el funcionamiento de una central es el siguiente:

1. La biomasa recogida se prepara para transformarla en combustible líquido.

2. Este combustible se quema y se calienta agua.

3. Se produce vapor a alta presión que mueve la turbina y esta a su vez mueve el generador que producirá energía eléctrica.

4. La energía eléctrica producida es transportada por el tendido eléctrica.

5. El calor producido por el vapor se transmite en forma de agua caliente.




Impacto ambiental
Sólo es capaz de aprovechar residuos orgánicos,la construcción de una central provoca alteraciones en el medio natural,ocupa grandes extensiones de tierra en el caso del cultivo energético,tiene menor rendimiento respecto al de las centrales de combustibles fósiles y su potencial energético existente en el planeta podría bastar para cubrir la totalidad de las necesidades energéticas mundiales.
No obstante, una serie de circunstancias limitan notablemente su aprovechamiento. Por ejemplo:
- Alrededor del 40% de la biomasa es acuática. Se produce fundamentalmente en los océanos y es de muy difícil recuperación.
- De la biomasa terrestre, una gran parte está muy dispersa y es imposible utilizarla de forma eficaz.
- El aprovechamiento directo y a gran escala de los recursos forestales para fines energéticos podría conducir a un agotamiento de dichos recursos y dar lugar a efectos medioambientales negativos.
- Aprovechar la parte utilizable de la biomasa existente exige aportar una notable cantidad de energía para su recolección, transporte y transformación en combustible útil, lo cual reduce considerablemente la energía neta resultante.
Por el momento, la mayor parte de la biomasa que se utiliza para fines energéticos es explotada a través de medios tradicionales, poco eficaces y productivos, y que permiten únicamente el aprovechamiento de una pequeña parte de su potencial energético.

Tecnologías correctoras
De la misma manera de las centrales fotovoltaicas,las de biomasa no producen ninguna cantidad de residuos,por lo tanto,no necesitan muchos arreglos.
Contaminantes no producen,pero hay que tener en cuenta todos los inconvenientes antes redactados.
Para ello:
-Podríamos localizarlas en lugares no productivos,así no desaprovechamos terrenos -fértiles.
-Fabricarlas los suficientemente grandes para no tener que ocupar mucho terreno.
-Aprovechar toda la biomasa posible,incluída la que está cerca de nosotros,no sólo la que fabrican las centrales y gente especializada.



Central de biomasa, As Pontes, Galicia, España.

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Curiosidades

Diversas tecnologías permiten producir calor y energía de forma combinada a partir de biomasa, como las plantas de cogeneración, que aprovechan parte del vapor para generar energía calorífica; la gasificación, que aprovecha los productos originados por la descomposición térmica de la biomasa haciendo reaccionar un gas que permite la obtención de electricidad; o diversos sistemas como turbinas de gas, células de combustible o motores tipo Stirling. Por otra parte, la biomasa también permite el desarrollo de nuevos procedimientos para generar biocombustibles. Por ejemplo el denominado "Biomass-to-Liquid" explota toda la biomasa de la planta aumentando considerablemente el potencial de estos combustibles ecológicos.

Los consumidores tienen también la posibilidad de instalar en sus casas o comunidades calderas de biomasa como sistema de calefacción.

CENTRALES FOTOVOLTAICAS

Las centrales fotovoltaicas producen electricidad sin necesidad de turbinas ni generadores, utilizando la propiedad que tienen ciertos materiales de generar una corriente de electrones cuando incide sobre ellos una corriente de fotones.

La clave del funcionamiento de las células fotovoltaicas está en la disposición en forma de sandwich de materiales dopados de diferente forma, de manera que unos tengan exceso de electrones y otros, por el contrario, "huecos" con déficit de electrones. Los fotones de la luz solar portan una energía que arranca los electrones sobrantes de una capa y los hace moverse en dirección a los "huecos" de la otra capa.

El resultado es la creación de flujo de electrones excitados, y por lo tanto, un voltaje eléctrico. Este voltaje conseguido es muy pequeño: por ejemplo, una iluminación con una potencia de 1 kW por metro cuadrado genera apenas un voltaje de 0,5 voltios.

La solución consiste en conectar en serie gran número de células: en el ejemplo anterior, conectando 36 células obtendremos una tensión de 18 voltios. Conectando gran número de células, podremos alcanzar el voltaje que deseemos.

En la práctica, muchas instalaciones fotovoltaicas son pequeñas y se usan para propósitos específicos: por ejemplo, para apoyar el suministro eléctrico de una casa, o para señalizaciones de carretera. Pero también existen algunas grandes instalaciones más o menos experimentales.

En España, la central fotovoltaica de Toledo tiene una potencia de 1 MW: 1000 veces menos que una gran central térmica, pero es una muestra de cómo está avanzando el uso de la energía fotovoltaica comercial.

Numerosos laboratorios en todo el mundo trabajan para conseguir células capaces de convertir la luz del sol en electricidad con el mayor rendimiento posible. A medida que el rendimiento aumenta y la fabricación de las células se abarata, la electricidad fotovoltaica se hará cada vez más competitiva en comparación con las otras maneras de producir electricidad.

¿Cómo funciona?

En ausencia de luz, el sistema no genera energía.
Cuando la luz solar incide sobre la placa, la célula empieza a funcionar. Los fotones de la luz solar interacionan con los electrones disponibles e incrementan su nivel de energía.
A medida que la luz solar se hace más intensa, el voltaje que se genera entre las dos capas de la célula fotovoltaica aumenta.






Impacto ambiental
-Necesidad de instalar la central en zonas donde se perciba la radiación solar durante más horas diarias y más días al año.

-Menor rendimiento que otros sistemas.

-Mayor complejidad mecánica que otros sistemas de aprovechamiento de energías renovables.

-Peligro por las altas temperaturas que se alcanzan.

-Necesidad del empleo de acumuladores de calor para cuando no exista la suficiente radiación solar.

Técnicas correctoras
Ya que estas centrales no acumulan residuos,no se necesita ninguna tecnología correctora.
Lo único que se podría hacer para aunmentar su rendimiento,sería instalar más centrales,o fabricarlas en terrenos desérticos o improductivos,así no se desecha terreno utilizable.

Central fotovoltaica de La Puebla de Montalbán, Toledo, España.

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Curiosidades
La central fotovoltaica más grande de Estados Unidos en la base de las fuerzas aéreas Nellis Air Force y supone un enorme ahorro energético, tras la inversión en placas solares.

CENTRALES NUCLEARES

Los elementos de elevado peso atómico, como el uranio, el torio o el plutonio, tienen densos núcleos compuestos por gran cantidad de protones y neutrones. Algunos isótopos de estos elementos, como el uranio 235, poseen núcleos inestables. Si los golpeamos con un neutrón, se escinden en dos partes, produciendo una gran cantidad de energía y dos o tres neutrones. Estos neutrones podrán partir a su vez dos o tres núcleos, produciendo más energía y más neutrones libres listos para impactar con otros núcleos. El resultado final es una reacción en cadena que, si no se controla, puede provocar una enorme liberación de energía en un instante. Las centrales nucleares regulan la reacción en cadena de manera que se produce una gran cantidad de energía de forma regular. Esta energía se utiliza para producir vapor, que a su vez moverá una turbina conectada a un generador para producir electricidad.Las centrales nucleares necesitan para funcionar pastillas de "combustible nuclear", que suele ser uranio con gran concentración de su isótopo inestable. Estas pastillas se introducen en la vasija del reactor en una estructura conectada a un soporte móvil que contiene una sustancia capaz de atrapar neutrones, frenando así la reacción en cadena que se produce de manera espontánea en la masa del combustible nuclear. La fisión nuclear continúa así de manera controlada. Si se necesita más energía, se retira el moderador. Para frenar o detener la producción de energía, se introduce por completo. Esto por lo que respecta a la producción de calor por el reactor, pues las centrales nucleares, a partir de este punto, utilizan un circuito de agua-vapor muy similar al de las centrales térmicas convencionales.


¿Cómo funciona?

La diferencia principal del proceso térmico nuclear con respecto al convencional radica en la existencia de un núcleo del reactor, equivalente a la cámara de combustión de las centrales térmicas convencionales, que debe estar separado del medio ambiente por varias capas de seguridad.La transferencia del calor del núcleo al generador de vapor se puede hacer mediante un circuito cerrado intermedio, que asegura el aislamiento necesario. En un tipo muy corriente de reactor, el fluido que circula por este circuito es agua a presión. El llamado reactor de agua a presión se utiliza en las centrales de José Cabrera, Almaraz, Ascó, Vandellós II y Trillo I.Este circuito intermedio falta en los llamados reactores de agua en ebullición, que tienen un único circuito de agua que se vaporiza en contacto con el reactor y pasa acto seguido a la turbina de vapor. De este tipo son las centrales de Santa María de Garoña y Cofrentes.El tercer tipo de reactor se instaló en la central Vandellós II, actualmente fuera de servicio. Se denomina de grafito - gas, pues el núcleo utiliza grafito como moderador y un circuito de transferencia de calor de gas, por lo general dióxido de carbono.




Impacto ambiental

El riesgo de accidentes.Un escape de material radiactivo tiene consecuencias nefastas para la población circundante. Además, si el accidente es grave, como el ocurrido en Chernobyl (Ucrania) en 1986, la contaminación radiactiva puede extenderse incluso por varios continentes.
Por otra parte, se generan residuos radiactivos que siguen siendo tóxicos durante miles o miles de millones de años. Estos restos deben ser cubiertos con plomo y enterrados. Entonces, ¿por qué se sigue usando la energía nuclear? Principalmente por su alta eficiencia. En España, unas pocas centrales proporcionan un elevado porcentaje de la energía eléctrica producida en nuestro país.

Tecnologías correctoras

Seguridad en una Central Nuclear:
Las salvaguardias técnicas deben mantener las siguientes funciones vitales deducidas del objetivo principal de la seguridad nuclear.
El control de la Reacción Nuclear
La refrigeración del Reactor.
Junto con otras medidas pasivas e intrínsecas, los sistemas de seguridad responden ante la indisponibilidad y fallos de los sistemas principales, así como a los posibles transitorios de operación.
En el "esquema simplificado" se indican los principales sistemas que salvaguardan la refrigeración del Reactor y una síntesis de su funcionamiento.
Cerca de un centenar de sistemas prestan funciones de soporte a esta función y en su caso complementan el cumplimiento del objetivo de seguridad nuclear.

Salvaguardia para mantener la refrigeración del Reactor ante el fallo del Circuito Primario
El sistema asegura la refrigeración del Reactor Nuclear, en el supuesto de pérdida de la capacidad de refrigeración del Reactor por fallo o rotura del circuito Primario, y la evacuación del calor residual producido por los productos de fisión existentes en el núcleo del Reactor tras su parada.
El sistema inyecta agua directamente en la Vasija a presión, que contiene el núcleo, de forma que asegura su refrigeración hasta que alcance un estado de parada segura (temperatura fría).
El agua derramada del dañado circuito Primario es recogida en el sumidero del recinto de Contención y recirculada para volver a ser inyectada en la vasija, (circuito primario de emergencia).
-1-
El circuito primario encargado de transmitir el calor generado en el núcleo del Reactor se puede romper istantáneamente ,quedando el núcleo del reactor sin refrigerar.La fisión del combustible se detiene automáticamente.


-2-
Por diferencia de presión un depósito llamado acumulador descarga su contenido de agua pesada a ambos lados de la vasija del Reactor, de forma que al iniciar su descarga las condiciones físicas son las previstas para una segunda acción.
-3-
Desde el tanque de inudación y a través de sus bombas de impulsión se inyecta una segunda masa de agua durante un tiempo mucho mayor y que aegura unas condiciones de presión y temperaturas normales.


-4-
Por la rotura sigue fluyendo hacia fuera todo el agua del circuito, inundando el recinto estanco llamado "Contención". Este agua una vez refrigerada, asegurará, cuando el tanque del proceso 3 se haya vaciado, el proceso de refrigeración
Salvaguarda para mantener la refrigeración del circuito primario a través del Generador de Vapor
Actúa ante la pérdida de la capacidad de refrigeración a través del circuito Secundario y cuando un suceso exterior a la Central cuestiona la refrigeración del Reactor.
El sistema asegura que el generador de vapor mantiene su función de transferir el calor del sistema de refrigeración del reactor, durante el tiempo que transcurra desde la detención del Reactor hasta que alcance el estado de parada fría.
El sistema actúa directamente sobre el generador de vapor inyectándole agua proveniente de los depósitos localizados en el llamado edificio de alimentación de emergencia. Cuatro grupos diesel acoplados a generadores eléctricos garantizan el abastecimiento.



Central nuclear de Cofrentes, Valencia, España.

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Curiosidades

La tarde del 25 de Abril de 1986 debía llevarse a cabo un test de seguridad en la central de Chernobil, un test que ya llevaba de retraso 3 años pero tendría que esperar aún más. Un incidente había ocurrido en Kiev y por ello necesitaban aumentar la potencia energética de Chernobil por lo que se decidió retrasar este test hasta aquella misma noche. Como parte de los preparativos, deshabilitaron algunos sistemas de control críticos. A la 1:23h, un operario trató de hacer funcionar el reactor a su potencia mínima, y en combinación con otros errores previos se produjo un efecto dominó. Intentarón bajar las barras de grafito para controlar la sobrecarga del reactor pero era demasiado tarde, parte del nucleo ya se había fundido y las barras apenas podían bajar. La sobrecarga en el reactor provocó una explosión enorme. Fue el mayor accidente nuclear de la historia. Provocó la liberación al medio ambiente de enormes cantidades de material radiactivo y la formación de una nube radiactiva que se extendió por buena parte de Europa. La contaminación más grave se produjo en las regiones que rodean al reactor y que en la actualidad forman parte de Bielorrusia, Rusia y Ucrania.

Minutos después llegaron los bomberos de la ciudad de Pripyat para intentar apagar las llamas y evitar que el incendio en el reactor 4 no se propagara al resto de reactores. Varios helicopteros sobrevolaron el reactor para lanzar toneladas de arena, arcilla, plomo, dolomita y boro absorbente de neutrones. El boro absorbente de neutrones evitaría que se produjera una reacción en cadena. El plomo estaba destinado a contener la radiación gamma y el resto de materiales mantenían la mezcla unida y homogénea.
En los primeros días después de la explosión, algunos lugares llegaron a emitir 3.000-30.000 roentgens por hora. Una dosis de 500 roetgens durante 5 horas es letal para los humanos. Para llegar a entender estas cifras debemos saber que en una ciudad europea se mediría en condiciones normales unos 20 microroentgens por hora.

1000 microroentgens = 1 miliroentgens

1000 miliroentgens = 1 roentgen

Una vez se controló el incendio era el momento de comenzar a recoger todos los escombros radiactivos y comenzar la construcción del sarcófago que cubriría el reactor para aislar el reactor del exterior.En un mes y 4 días se inició el levantamiento de una estructura denominada sarcófago, que envolvería al reactor aislándolo del exterior. Las obras duraron 206 días. El reactor 4 quedó como podéis verlo en el siguiente video:

Merecen especial reconocimiento los liquidadores. Éste fue el nombre que recibieron cada una de las aproximadamente 600.000 personas que trabajaron en la eliminación de residuos radiactivos en la central de Chernobil así como también en la descontaminación de zonas próximas a la central.

Fueron bomberos, obreros y voluntarios muchos ignoraban a lo que se exponían, otros sí que lo sabían pero dieron su vida para salvar a su pueblo. Otros lo hacían por la recompensa. Les habían ofrecido una casa, un coche, grandes cantidades de dinero e incluso no ir al servicio militar (lo que podía suponer pasar 2 años en la guerra con Afganistán).
Los que trabajaron en la central sólo podían hacerlo oficialmente durante 3 min pero sólo lo cumplían los que trabajaban en la cubierta. Los q limpiaban la chimenea llegaron a recibir dosis letales de hasta 100 roetgen de una sola vez.

Pripyat era una ciudad muy joven, se construyó para los trabajadores de la planta de Chernobil y se encuentra a unos 3,5 km de la central. Sus ciudadanos tardaron en conocer lo que había ocurrido en la planta de Chernobil. No fue hasta un día y medio después que se les informó de que había habido un incidente en la planta nuclear y que iban a ser evacuados. Pensaban que volverían días después pero la ciudad sigue abandonada. La mañana del 27 de Abril 1200 autobuses y 300 camiones evacuan a los 50.000 habitantes de Pripyat.

El resto de la población soviética no conocería la catástrofe hasta un día después. El 28 de Abril se leyó un parte en la televisión soviética informando del accidente a los ciudadanos:

"Ha ocurrido un accidente en la central de energía de Chernóbil y uno de los reactores resultó dañado. Están tomándose medidas para eliminar las consecuencias del accidente. Se está asistiendo a las personas afectadas. Se ha designado una comisión del gobierno."

No todos quisieron irse. Alrededor de 3500 personas no quisieron irse o regresaron días después porque preferían morir por los efectos de la radiación a abandonar sus hogares. Unas 400 personas sobreviven a día de hoy.

A día de hoy aún hay trabajadores en Chernobil. El último reactor dejó de funcionar en el año 2000 pero muchos trabajadores siguen allí trabajando en el mantenimiento de la central.
Pronto debería comenzar la construcción de un nuevo sarcófago puesto que el que se construyó se hizo con gran celeridad con lo que tiene algunas deficiencias pero además tras estos 20 años se ha degradado. El nuevo sarcófago está previsto que tenga una vida de unos 100 años.

Después de todo el tiempo que ha pasado desde aquella horrible fecha,los efectos han llegado hasta zonas inimaginables en Europa,muy lejos de la ciudad donde nació la explosión.Aún hoy en día,en pequeñas proporciones,hay restos de la temible explosión que destruyó Chernobil.

CENTRALES TÉRMICAS

Las centrales convencionales utilizan la energía solar atrapada por la fotosíntesis, acumulada en los tejidos de plantas y animales para producir electricidad. Se trata de compuestos de carbono e hidrógeno, muy reactivos con el oxígeno, que producen gran cantidad de calor al quemarse.
La mayoría de las centrales térmicas queman combustibles fósiles, producto de la descomposición y almacenamiento en las capas geológicas de plantas y animales que vivieron hace millones de años. Estos combustibles -carbón, petróleo y gas natural- tienen un poder calorífico muy variable, según el tipo de yacimiento del que son extraídos y la época en que éste se formó.
Otras centrales térmicas funcionan quemando biomasa viva, es decir, madera, leñas y residuos agrícolas. Otras pueden funcionar recuperando la energía contenida en materiales de alto poder calorífico presentes en los residuos urbanos, principalmente plásticos, papel y cartón. También es posible emplear el gas metano que produce la descomposición de la materia orgánica en los vertederos, o incluso de las deyecciones (purines) del ganado.

¿Cómo funciona?
En el caso de utilizar carbón, este material se tritura en molinos hasta que queda convertido en un polvo muy fino, lo que facilita su combustión. En las centrales de fuel, el combustible se calienta hasta que alcanza la fluidez óptima para ser inyectado en los quemadores. Las centrales de gas también tienen quemadores especiales para este tipo de combustible. El generador de calor consiste en una red de millares de tuberías que tapizan las paredes de la cámara de combustión. De esta forma, la superficie de intercambio de calor es tan grande, que el agua se vaporiza a alta temperatura y penetra con gran presión en la turbina. El vapor es cuidadosamente deshumificado, esto es, "limpiado" de las gotas de agua en suspensión que pudiera contener. En caso contrario, las gotas de agua chocarían con las paletas de la turbina con la fuerza de un proyectil, dañándolas.La turbina se compone de varios cuerpos, unidos al mismo eje. El más próximo a la salida de vapor a presión tiene paletas muy pequeñas, para aprovechar con pleno rendimiento el vapor a máxima presión. El cuerpo de la turbina más alejado tiene paletas más grandes, que le permiten aprovechar la energía del vapor con una presión disminuida. El eje de la turbina está unido a un generador, que envía la corriente eléctrica a la red a través de un transformador. El vapor a baja presión, incapaz ya de mover las paletas de la turbina, es enviado al condensador, donde se convierte de nuevo en agua líquida.