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Física y Química 3.º ESO · La energía: transformaciones, conservación y degradación

Recuerda: cómo funciona una central eléctrica

Objetivo: Al terminar, sabrás describir el esquema común de una central eléctrica (turbina, alternador, transformador y transporte), distinguir los principales tipos de central y escribir su cadena de transformaciones de la energía.

Recuerda

Cómo funciona una central eléctrica

Una central eléctrica es una instalación que transforma otra forma de energía en energía eléctrica. Casi todas funcionan con el mismo esquema:

Algo hace girar una turbina: vapor de agua a presión, agua que cae de un embalse o el viento.
La turbina está unida al eje de un alternador (generador): dentro, unos imanes giran junto a unas bobinas de cable y se produce corriente eléctrica (al moverse un imán cerca de un cable se produce corriente; lo estudiarás a fondo en 4.º).
Un transformador eleva la tensión (cientos de miles de voltios) para que se pierda menos energía en el transporte.
Las líneas de alta tensión llevan la electricidad hasta las subestaciones cercanas a las ciudades, donde se baja la tensión hasta los 230 V de los enchufes de casa.

La cadena de transformaciones de una central

$\text{energía de la fuente} \rightarrow \text{cinética (turbina)} \rightarrow \text{eléctrica (alternador)}$

Térmica (carbón, gas): química $\rightarrow$ térmica (vapor) $\rightarrow$ cinética $\rightarrow$ eléctrica.
Hidroeléctrica: potencial gravitatoria del agua $\rightarrow$ cinética $\rightarrow$ eléctrica.
Eólica: cinética del viento $\rightarrow$ cinética de las palas $\rightarrow$ eléctrica.

Excepción: las centrales solares fotovoltaicas no tienen turbina ni alternador: las células solares transforman directamente la energía radiante en eléctrica.

Tipos de centrales

Central	Fuente	¿Qué mueve la turbina?	¿Renovable?
Térmica de carbón o de gas (ciclo combinado)	Carbón o gas natural	Vapor de agua (el combustible se quema en una caldera)	No
Nuclear	Uranio	Vapor de agua (el calor sale de un reactor nuclear)	No
De biomasa	Restos de poda, de la aceituna…	Vapor de agua (se queman los restos)	Sí
Hidroeléctrica	Agua de un embalse	El agua que cae por una tubería	Sí
Eólica	Viento	El viento mueve las palas del aerogenerador	Sí
Solar termoeléctrica	Sol	Vapor de agua (espejos concentran la luz y calientan un fluido)	Sí
Solar fotovoltaica	Sol	No tiene turbina: las células solares dan corriente directamente	Sí

Fíjate en que las térmicas, las nucleares, las de biomasa y las termoeléctricas funcionan igual: calientan agua, el vapor mueve la turbina y la turbina mueve el alternador. Solo cambia de dónde sale el calor.

En cada paso se pierde algo de energía

Ninguna central transforma en electricidad toda la energía que recibe: una parte se degrada en energía térmica (y algo de sonora). En las térmicas de carbón y en las nucleares se pierde más de la mitad (en las de ciclo combinado, algo menos de la mitad), en forma de calor que se expulsa al aire o al agua de un río; las hidroeléctricas aprovechan mucho más.

Puntos clave

Partes comunes de casi todas las centrales: turbina, alternador, transformador y líneas de alta tensión.
La turbina gira y mueve el alternador, que produce la corriente eléctrica.
La tensión se eleva para transportar la electricidad con menos pérdidas y se baja antes de llegar a las casas.
La fotovoltaica es la excepción: no tiene turbina ni alternador.
Térmicas, nucleares, de biomasa y termoeléctricas funcionan igual: calientan agua y el vapor mueve la turbina.
Ninguna central convierte en electricidad toda la energía que recibe: una parte se degrada en energía térmica.

Errores frecuentes

ErrorPensar que la turbina produce la electricidad.
Cómo corregirloLa turbina solo gira; quien produce la corriente es el alternador, unido a su eje.
ErrorCreer que la electricidad es una fuente de energía.
Cómo corregirloLa electricidad se obtiene en las centrales a partir de una fuente (carbón, agua, viento, Sol, uranio…).

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Una central hidroeléctrica a pie de presa situación real (partes y cadena de transformaciones)
En muchos embalses de la cuenca del Tajo hay una central hidroeléctrica al pie de la presa. El agua del embalse baja por una tubería, mueve una turbina y sale al río. a) Ordena las partes por las que pasa la energía: alternador, embalse, línea de alta tensión, turbina, transformador. b) Escribe la cadena de transformaciones de la energía.

Resolución
a) Embalse (el agua está a cierta altura) → turbina (el agua la hace girar) → alternador (produce la corriente) → transformador (eleva la tensión) → línea de alta tensión.

b) $\text{potencial gravitatoria (agua del embalse)} \rightarrow \text{cinética (agua y turbina)} \rightarrow \text{eléctrica}$ (con pérdidas en forma de energía térmica y sonora en cada paso).

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Ordena las partes de una central térmica en el orden en que pasa la energía: turbina, caldera, transformador, alternador, combustible (gas natural), líneas de alta tensión.

Ver solución
Combustible → caldera → turbina → alternador → transformador → líneas de alta tensión.
El combustible se quema en la caldera y calienta agua hasta convertirla en vapor; el vapor mueve la turbina; la turbina hace girar el alternador, que produce la corriente; el transformador eleva la tensión y las líneas de alta tensión la transportan.
2. Fácil
Escribe la cadena de transformaciones de la energía en un aerogenerador de un parque eólico.

Ver solución
Cinética del viento → cinética de las palas → eléctrica (+ térmica y sonora).
$\text{cinética (viento)} \rightarrow \text{cinética (palas y eje)} \rightarrow \text{eléctrica}$ Parte se pierde como energía térmica (rozamientos en el eje) y sonora (el ruido de las palas).
3. Media
Un compañero dice: «Todas las centrales tienen una turbina y un alternador». ¿Tiene razón? Explícalo.

Ver solución
No: las fotovoltaicas no tienen ni turbina ni alternador.
No del todo. Las térmicas, nucleares, hidroeléctricas y eólicas sí los tienen, pero las solares fotovoltaicas no: sus células transforman directamente la energía radiante del Sol en energía eléctrica, sin piezas que giren.

Para practicar más

1. Fácil
¿Para qué sirve cada una de estas partes de una central? a) Turbina. b) Alternador. c) Transformador.

Ver solución
a) Gira y mueve el alternador. b) Produce la corriente eléctrica. c) Eleva la tensión para el transporte.
a) La turbina gira empujada por el vapor, el agua o el viento, y transmite el giro al alternador. b) El alternador transforma la energía cinética del giro en energía eléctrica. c) El transformador eleva la tensión de la corriente para transportarla por las líneas de alta tensión con menos pérdidas.
2. Fácil
Escribe la cadena de transformaciones de la energía en: a) una central térmica de gas natural; b) una central solar fotovoltaica.

Ver solución
a) Química → térmica → cinética → eléctrica. b) Radiante → eléctrica.
a) $\text{química (gas)} \rightarrow \text{térmica (vapor)} \rightarrow \text{cinética (turbina)} \rightarrow \text{eléctrica (alternador)}$ b) $\text{radiante (luz del Sol)} \rightarrow \text{eléctrica}$ (en las células solares, sin turbina).
3. Media
Desde una central hasta tu casa, la electricidad cambia de tensión dos veces. Explica dónde y por qué.
Ver solución
Se eleva a la salida de la central (menos pérdidas en el transporte) y se baja en las subestaciones hasta 230 V.
1. A la salida de la central, un transformador eleva la tensión a cientos de miles de voltios: así se pierde menos energía (calentamiento de los cables) en el largo viaje por las líneas de alta tensión.
2. Cerca de las ciudades, en las subestaciones y en los transformadores de barrio, se baja la tensión hasta los 230 V que usan los aparatos de casa, mucho más seguros.