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Cómo se genera la energía eléctrica

¿Sabrías explicar de manera rápida y sencilla cómo se produce la electricidad?
Lo cierto es que su origen y su viaje hasta el interior de tu casa para hacer funcionar la vida tal y como la conocemos es un enigma para muchos, pese a lo cerca que vivimos la energía.

Pones tu dedo sobre un interruptor, pulsas y empiezan a ocurrir cosas que, si lo piensas seriamente, parecen magia.

Luces que iluminan todo a tu alrededor, un calor que necesitas para cocinar y mantener tu hogar caliente. Un montón de herramientas, artilugios y dispositivos electrónicos funcionando. 

Como por arte de magia, parece que totalmente de la nada, tu casa y tu vida se alimentan de kilovatios. ¿Dónde está el truco?

Nuestra intención aquí es sencilla: explicarte dónde nace la electricidad y cómo llega hasta ti, sea cual sea su origen. Para eso, empecemos por el principio:

 

¿Qué es la electricidad?

No es posible no utilizarla en nuestro mundo globalizado, pero ¿quién sabe definirla realmente?

De forma simple, podemos decir que la electricidad es esa energía capaz de hacer brillar bombillas, mover los coches más eficientes y dar vida al monstruo de Frankenstein. Si profundizamos en el concepto más técnico, es la energía generada por el movimiento de electrones positivos y negativos en el interior de materiales conductores.

¿Y qué es esto? Materia, pequeños átomos minúsculos, cuyas partes, si son opuestas, se atraen. Sus cargas positivas y negativas se complementan creando dos tipos de electricidad: la electricidad estática (generada por fricción) y la electricidad dinámica (concebida por corriente).

Es maravillosa pero no es fácil que llegue hasta tu casa. Pulsar el interruptor conlleva un proceso que no es para nada sencillo. No hay persona en el mundo que pueda discutir sobre si la capacidad de generar electricidad es el mayor invento de la historia de la humanidad. La sociedad moderna no es posible concebirla sin energía eléctrica, y nuestras vidas dependen de la energía por muchos motivos.

¿Alguna vez te has preguntado de dónde procede la electricidad que llega a tu hogar?

 

¿De dónde viene la electricidad?

El viaje que realiza la energía eléctrica hasta llegar a tu enchufe es muy rápido y a su vez muy largo.

Aunque lo parece, no es magia. El proceso paso a paso es el siguiente:

  • Generación de energía: la electricidad se crea en centrales capaces de obtener energía eléctrica a partir de energías primarias. Las llamadas energías primarias renovables son el viento, la radiación solar, las mareas... y las no-renovables son el carbón, el gas natural, el petróleo... Las empresas construyen centros de generación de energía y son propietarias (totalmente o en parte) de las llamadas centrales eléctricas y las infraestructuras. Estas venden la energía generada a las compañías que las comercializan (comercializadoras).  
  • Transmisión de energía: una vez obtenida la energía y tras ser convertida en electricidad, se transmite por vías elevadas (torres de sustentación) o subterráneas, desde las centrales hasta las subestaciones. Allí existen otros elementos, llamados transformadores, cuya misión es garantizar una tensión eléctrica adecuada. Las subestaciones son necesarias para tratar la electricidad y mantener la tensión idónea y suelen estar al aire libre cerca de las centrales y/o en la periferia de las ciudades. Si no son de gran tamaño puedes encontrarlas excepcionalmente en la misma ciudad, dentro de un edificio. 
  • Distribución de energía: la electricidad se envía a los hogares de la zona más próxima desde las subestaciones. Como receptor de la energía y consumidor, tú no puedes elegir cuál es tu empresa distribuidora, ya que según la zona en que vivas te tocará una u otra. La empresa que te toque será responsable de que la electricidad llegue correctamente a tu vivienda y se ocupará de solucionar las averías. También es la propietaria de tu contador de la luz, y envía las lecturas del mismo a tu empresa comercializadora (que es la que te cobra).
  • Comercializaciónde energía: tu empresa comercializadora es la que siempre puedes elegir y siempre será la que te envía las facturas, ya que es quien compra la energía a las empresas de generación y te la vende a ti. Las comercializadoras pondrás a tu disposición diversas tarifas y ofertas, aunque en España existe un mercado libre donde pagas según las condiciones de tu contrato, como en cualquier otra tarifa de servicios (móvil, wifi, etc.) y un mercado regulado (pagas lo que se establece mediante un sistema diseñado por el Gobierno). 
“La empresa que hace que la luz llegue hasta tu casa no es la misma que te cobra las facturas.”

¿Qué tipos de central eléctrica hay?

Para generar electricidad necesitamos que la energía contenida en las materias primarias sea liberada, ya lo sabemos, pero… ¿cómo hacemos esto?

Depende totalmente del tipo de central eléctrica de la que estemos hablando, ya que depende de cómo obtengamos la energía, estaremos ante una u otra: 

  • Centrales termoeléctricas de ciclo convencional (carbón, gasóleo y gas natural): en estas centrales se quema carbón, el gas natural o el gasóleo. Al quemarse, elevan la temperatura de un depósito de agua, transformándola en vapor, que hace que se mueva una turbina. Es este movimiento, el de la turbina, el que genera electricidad por medio de un alternador que transforma energía mecánica en eléctrica. Es decir, el movimiento se transforma en electricidad. Finalmente, el vapor va a un condensador para volver a convertirse en agua y empezar de nuevo el ciclo.    
  • Centrales termoeléctricas de ciclo combinado (carbón, gasóleo y gas natural): funcionan de manera parecida a las de ciclo convencional. Como estas, tienen una turbina que se mueve con el vapor del agua calentada. Pero además cuentan con otra turbina diferente que se mueve con aire cogido de la atmósfera y calentado mediante combustibles fósiles. Sus grandes ventajas respecto a las de ciclo convencional es que son más eficientes, más flexibles (pueden trabajar a plena carga o "a medio gas" según las necesidades) y más ecológicas (menores emisiones a la atmósfera).  
  • Centrales nucleares: de la misma manera que en las anteriores, el calor liberado por la fisión nuclear en un reactor calienta grandes cantidades de agua a alta presión. El vapor liberado produce electricidad al pasar por una turbina conectada a un generador. La diferencia fundamental, aparte de su alta potencia, es el combustible que utilizan, habitualmente uranio. 
  • Centrales geotérmicas: el sistema es similar a las anteriores (se calienta agua para que emita vapor que mueva una turbina) pero en este caso se aprovecha el calor natural del interior de la tierra a través de canalizaciones en el subsuelo. 
  • Centrales de biomasa: en este caso, el calor se genera tras quemar materia orgánica, ya sean vegetales o todo tipo de residuos (animales, industriales, agrícolas y urbanos). 
  • Centrales hidroeléctricas: no necesitan calor, ya que este tipo de centrales son la evolución de los antiguos molinos. Lo que hacen es utilizar un salto de agua importante para mover una turbina hidráulica. Se suelen construir en presas y embalses.
  • Parques eólicos: de igual forma, el movimiento genera energía eléctrica, que en este caso es creada por el viento. Este mueve una turbina de la que se obtendrá la energía eléctrica.  
  • Centrales solares: hay de dos tipos. Las termosolares lo que hacen es usar el calor del sol para calentar agua y utilizar el vapor generado para mover una turbina. Las fotovoltaicas lo que hacen es transformar directamente la energía solar en electricidad, gracias a las células fotovoltaicas.  
  • ·Centrales mareomotrices: los movimientos de agua producidos por las subidas y bajadas de las mareas accionan una turbina que mediante un generador producirá electricidad.  
  • Centrales undimotrices: similar a lo anterior, pero usando el oleaje en lugar de las mareas.

Volviendo a las diferencias entre renovable y no-renovable, estaremos ante una u otra, dependiendo de la energía primaria que se está usando para generar electricidad. Si hay que “reponer” dicho "combustible" será no-renovable pero si no es necesario porque la naturaleza te lo ofrece gratis, será renovable.

Actualmente las centrales más extendidas son no-renovables, ya que utilizan energías primarias que hay que extraer de la tierra (carbón, gas natural, uranio...). Pero el futuro sólo implica que cada vez más, necesitemos que toda la energía que consumamos se renovable.

“La electricidad es renovable si no hace falta reponer el combustible que se usa para generarla.”

¿Cómo se produce la energía eólica?

La energía eólica es una de las formas más limpias de conseguir electricidad. Básicamente trata de transformar en electricidad la fuerza que ejerce el viento sobre los molinos de tres hélices creando una energía mecánica que se transfiere a una serie de alambres de cobre, donde se genera la energía eléctrica.

Los elementos que transforman el viento en energía son las llamadas turbinas eólicas o aerogeneradores, articulando en su interior un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red.

“España, junto a Dinamarca y Holanda, es uno de los países con mayor tasa de generación eólica.”

¿Y el viento? ¿de dónde sale?

Quizás nunca nos lo hayamos planteado. El Sol tiene sobre nuestro mundo una serie de efectos, y uno de ellos es el viento. Entre el 1% y el 2% de la radiación solar que absorbe el planeta termina convertida en viento. Esto se debe a que la corteza terrestre transfiere una mayor cantidad de energía solar al aire, haciendo que este se caliente, se vuelva menos denso y se expanda. Al mismo tiempo, el aire más frío y pesado -que proviene de mares, ríos y océanos- se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente. Estas fluctuaciones producen aire en movimiento y el viento no es otra cosa que aire en movimiento.

Cada masa de aire que se va desplazando desde zonas de alta presión atmosférica hacia otras de menor presión a través de velocidades proporcionales a las diferencias de presión entre ambas zonas (a mayor diferencia, más fuerte sopla el viento), la consideramos viento.

 

¿Y el sol? ¿cómo se transforma en energía eléctrica?

La energía del sol proviene de la luz del sol y del calor. Para transformarlas en energía hacen falta unas láminas metálicas semiconductoras: las células fotovoltaicas.

Estas células están recubiertas de un vidrio transparente que deja pasar la radiación y minimiza las pérdidas de calor y tienen una o varias capas de un material semiconductor. Gracias a estos elementos, pueden gestionar toda esa energía solar.

Cada vez más, podemos ver paneles solares en los tejados de casas y edificios. Estos paneles están totalmente formados por estas células fotovoltaicas.

Se dice que su instalación es costosa, pero los datos dicen que la compra se amortiza, con ahorros de en torno al 30% del consumo que a largo plazo (25 años) suponen pagar entre 20.000 y 30.000€ menos, por lo que es muy valorable a medio-largo plazo. Otra de sus ventajas es que no necesitan de mucho mantenimiento.

¿Y cómo funciona un panel solar?

Básicamente a través de los rayos solares. Estos están compuestos por fotones que llegan a las células fotovoltaicas de la placa, generando un campo de electricidad entre ellas y, por tanto, un circuito eléctrico. Cuanto más intensa sea la luz, mayor será el flujo de electricidad.

Las células fotovoltaicas se encargan de convertir la luz solar en electricidad en forma de corriente continua y con una graduación que varía entre los 380 y los 800 voltios. El resultado obtenido puede mejorarse utilizando un inversor, que se encarga de trasformar esta energía en corriente alterna, que es la que utilizamos en nuestras casas.

Finalmente, esta corriente alterna pasa por un contador que la cuantifica y la suministra a la red general de electricidad.

“La solar fotovoltaica será la fuente de energía eléctrica más barata del mundo.”

La energía hidráulica

Según la NASA, en uno de sus estudios se descubrió que el origen de la vida podría estar en la electricidad generada de forma natural en los fondos marinos hace 4.000 millones de años. Tanto el agua como el movimiento son fuente de vida y, por lo tanto, fuente de energía.

En la antigüedad, el ser humano ya utilizaba la corriente del río para mover grandes molinos. La evolución de los molinos tuvo como resultado las centrales hidroeléctricas. Realmente, el funcionamiento de una presa hace que un río se bloquee con un muro de hormigón, inundando la zona que rodea el recinto y creando un lago artificial. El agua, como fuerza de la naturaleza, aun retenida alberga en su interior un enorme potencial energético.

El torrente producido por ese bloqueo, puede convertirse en energía cinética (la energía de un objeto en movimiento) su se utiliza la fuerza de gravedad. Esto es muy sencillo de entender: el agua cae hacia abajo a lo largo de una serie de grandes tubos llamados conductos de presión. De esta forma, hace girar a gran velocidad las hélices de unas turbinas colocadas estratégicamente para recibir el movimiento por esa caída.

Una presa puede alimentarse de su propia energía mecánica.

 

La energía mareomotriz

La energía mareomotriz es una variante de la energía hidráulica que no es tan conocida.

Este sistema utiliza el movimiento vertical del agua marina que se produce por la fuerza gravitatoria que ejercen sobre ella la Luna y el Sol. El flujo y reflujo de la marea genera energía mareomotriz.

Actualmente existen tres tipos de energía mareomotriz:

  • Las Presas de marea: son construidas en las desembocaduras de los ríos y se parecen bastante a las presas hidroeléctricas.
  • La diferencia de altura entre las mareas altas y las mareas bajas se aprovecha generando la energía potencial que surge con el movimiento. Aunque generan grandes cantidades de energía, construirlas y mantenerlas cuesta bastante dinero.
  • Generador de corriente de marea: en este caso, las corrientes hacen girar una sucesión de turbinas axiales, parecidas a los molinos de viento, que generan energía mecánica. Es el método más sencillo, más barato y que menos impacto provoca en la naturaleza. Al no requerir la construcción de una presa, no altera el ecosistema marino.
“Recuerda, la energía mareomotriz proviene del movimiento de aguas provocado por el ciclo marea alta/marea baja”

La energía geotérmica

La energía geotérmica, se obtiene a través de un sistema que usa el calor almacenado en la tierra, ya sea en rocas y/o aguas termales, para generar energía.

La energía calórica contenida bajo nuestros pies es gigantesca. Si excavaras unos 10 metros de profundidad, encontrarías temperaturas de aproximadamente 17ºC durante todo el año, debido a la inercia térmica del suelo.

Para conseguir esa energía se utilizan unas bombas de calor geotérmicas que extraen o ceden calor a la tierra, dependiendo de si se desea caldear el ambiente, refrigerarlo o conseguir agua caliente.

Una de las técnicas más precisas es la inyección de agua líquida en la zona interior terrestre para que eleve su temperatura: el agua se convierte en vapor y regresa a la central llena de energía y preparada para ser transformada en electricidad.

La aplicación de esta energía depende de las características de cada fuente:

  • Los recursos de alta temperatura (más de 150ºC) se aprovechan para generar luz.
  • Por debajo de los 100ºC se emplean para suministrar electricidad a los sistemas de calefacción/aire acondicionado.
  • Con temperaturas muy bajas (menos de 30ºC) su uso va directamente para agua caliente.
“Basta excavar unos 10 metros para encontrar temperaturas estables de 17ºC durante todo el año.”

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