Ejercicios: Generación de energía eléctrica

Casi todas las centrales comparten tres elementos. Relacione cada uno con su función: (1) turbina, (2) alternador y (3) transformador, con: (a) convierte el movimiento de giro en energía eléctrica; (b) recibe el empuje del agua, el vapor o el viento y lo convierte en giro; (c) eleva la tensión para transportar la energía con menos pérdidas.

Describa la cadena de transformaciones energéticas de una central térmica de carbón o gas, desde el combustible hasta la red eléctrica: energía química, energía térmica del vapor, energía mecánica de la turbina y energía eléctrica.

En una central nuclear, el calor se obtiene de la fisión de átomos de uranio, sin combustión. Explique qué tiene en común su proceso con el de una central térmica (todo lo que ocurre a partir de tener vapor a presión) y qué tiene de diferente (cómo se consigue el calor y qué residuos se generan).

Explique qué energía aprovecha una central hidroeléctrica de embalse (la energía potencial del agua almacenada en altura) y escriba su cadena de transformaciones hasta la red eléctrica, señalando qué elemento convierte cada forma de energía en la siguiente.

Un aerogenerador aprovecha la energía cinética del viento. Escriba su cadena de transformaciones energéticas y razone por qué, a diferencia de una termoeléctrica, no necesita caldera ni vapor: el viento mueve directamente el rotor.

Explique la diferencia entre una central solar fotovoltaica (los paneles convierten la luz directamente en electricidad) y una central solar térmica (los espejos concentran el sol para calentar un fluido y mover una turbina). ¿Cuál de las dos se parece más, en su proceso, a una central térmica?

Explique qué fenómeno natural aprovecha cada una de estas centrales renovables menos conocidas: (a) la mareomotriz (la subida y bajada del agua del mar con las mareas) y (b) la geotérmica (el calor del interior de la Tierra). Cite una condición geográfica que necesita cada una.

Ordene las etapas de una central térmica de biomasa, que le damos desordenadas: (a) el vapor a presión empuja la turbina; (b) el transformador eleva la tensión; (c) la caldera quema el combustible y calienta el agua; (d) el alternador genera electricidad. Escriba la cadena completa y nombre la forma de energía al inicio y al final de cada etapa.

La figura muestra el esquema de una central hidroeléctrica de embalse, con un elemento marcado con un signo de interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Identifique el elemento marcado con el signo de interrogación y explique qué conversión de energía realiza. (b) Escriba la cadena completa de transformaciones de la central, desde el agua embalsada hasta la línea. (c) Razone de qué dos factores depende la potencia que puede dar la central (la altura del salto y el caudal de agua).

Se dice que la nuclear y la térmica son energías «de base» y la eólica, «variable». Explique qué significa que una central sea gestionable (puede decidir cuándo generar) frente a variable (depende del viento o del sol) y razone por qué un sistema eléctrico necesita de ambos tipos combinados.

Una central hidroeléctrica reversible tiene dos embalses a distinta altura: de día genera electricidad al caer el agua, y de noche, cuando sobra energía barata, bombea el agua de vuelta al embalse superior. Explique qué función cumple en el sistema eléctrico (actúa como una batería gigante) y razone por qué, aun perdiendo algo de energía en el ciclo, resulta útil.

Asigne a cada central su impacto más característico, justificando brevemente: (a) térmica de carbón (emisiones de $\text{CO}_2$), (b) nuclear (residuos radiactivos de larga vida), (c) hidroeléctrica de embalse (valle inundado y ecosistemas fluviales alterados), (d) eólica (impacto paisajístico y sobre aves) y (e) fotovoltaica (ocupación de suelo y reciclaje de paneles).