Aunque fue en 1646 la primera vez que apareció la palabra “eléctrico” o “electricidad”
(en una publicación en la obra
Pseudodoxia Epidemica, del escritor Thomas Browne), mucho antes la humanidad sabía de
las pequeñas descargas eléctricas que transmitían algunos peces.
Incluso en textos del Antiguo Egipto, que datan del 2750 a.C, los autores se referían a
estos peces como “los tronadores del Nilo”. Escritores antiguos describieron la sensación al tocar
estos peces como un efecto de adormecimiento propiciado por las descargas eléctricas que emitían
estos peces y rayas eléctricas.
La electricidad y el
magnetismo
siempre se estudiaron como dos cosas totalmente individuales. No fue hasta el año 1865 que estos
dos fenómenos se unieron en
la formulación de las ecuaciones de Maxwell, las cuales describían por completo
los
fenómenos electromagnéticos.
La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a finales del siglo XIX, se extendió la
iluminación eléctrica de las calles y las casas. Gracias a sus grandes ventajas y sus
crecientes aplicaciones, la electricidad fue
uno de los motores fundamentales en la Segunda Revolución Industrial, y fue
en este punto donde grandes inventores y científicos conocidos dieron impulso a su carrera
convirtiendo la innovación tecnología en una actividad industrial activa.
La palabra biomasa describe los materiales provenientes de seres vivos animales o vegetales. Es
decir, toda la materia orgánica (materia viva) procedente del reino animal y vegetal obtenida de
manera natural o procedente de las transformaciones artificiales.
Toda esta materia se convierte en
energía
si le aplicamos procesamientos químicos. La energía de la biomasa proviene en última instancia del Sol. Los vegetales
absorben y almacenan una parte de la energía solar que llega a la tierra y a los animales en
forma de alimento y energía. Cuando la materia orgánica almacena la energía solar, también crea
subproductos que no sirven para los animales ni para fabricar alimentos pero sí para hacer energía
de ellos.
La biomasa era la fuente energética más importante para la humanidad hasta el inicio de la
revolución industrial, pero su uso fue disminuyendo al ser sustituido por el uso masivo de
combustibles fósiles.
2. Tipos de biomasa
La biomasa se puede clasificar en tres grandes grupos:
Biomasa natural: es la que se produce a la naturaleza sin la intervención
humana.
Biomasa residual: son los residuos orgánicos que provienen de las actividades de
las personas (residuos sólidos urbanos, RSU, por ejemplo).
Biomasa producida: son los cultivos energéticos, es decir, campos de cultivo donde
se produce un tipo de especie con la única finalidad de su aprovechamiento energético.
Existen diferentes
formas para transformar la biomasa en energía que se pueda aprovechar, pero hay dos de ellas que
hoy en día se utilizan más:
Métodos termoquímicos
Es la manera de utilizar el
calor
para transformar la biomasa. Los materiales que funcionan mejor son los de menor humedad (madera,
paja, cáscaras, etc.). Se utilizan para:
Combustión: existe cuando quemamos la biomasa con mucho aire (20-40% superior al
teórico) a una temperatura entre 600 y 1.300ºC.
Es el modo más básico para recuperar la energía de la biomasa, de donde salen gases
calientes para producir calor y poderla utilizar en casa, en la industria y para producir
electricidad.
Pirólisis: se trata de descomponer la biomasa utilizando el calor (a unos 500ºC)
sin oxígeno. A través de este proceso se obtienen gases formados por hidrógeno, óxidos de
carbono e hidrocarburos, líquidos hidrocarbonatos y residuos sólidos carbonosos. Este proceso
se utilizaba hace ya años para hacer carbón vegetal.
Gasificación: existen cuando hacemos combustión y se producen diferentes elementos
químicos: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO
2), hidrógeno (H) y metano (CH
4), en cantidades diferentes. La temperatura de la gasificación puede estar entre 700 y
1.500ºC y el oxígeno entre un 10 y un 50%.
Según se utilice aire u oxígeno, se crean dos procedimientos de gasificación distintos. Por un
lado, el gasógeno o “gas pobre” y por otro el gas de síntesis. La importancia de este es que puede
transformar en combustibles líquidos (metanol y gasolinas). Por eso se están haciendo grandes
esfuerzos que tienden a mejorar el proceso de gasificación con oxigeno.
Co-combustión: consiste en la utilización de la biomasa como combustible de ayuda
mientras se realiza la combustión de carbón en las calderas. Con este proceso se reduce el consumo
de carbón y se reducen las emisiones de CO
2.
Métodos bioquímicos
Se llevan a cabo utilizando diferentes microorganismos que
degradan las moléculas. Se utilizan para biomasa de alto contenido en humedad. Los más corrientes
son:
Fermentación alcohólica: técnica que consiste en la fermentación de hidratos de
carbono que se encuentran en las plantas y en la que se consigue un alcohol (etanol) que se puede
utilizar para la industria.
Fermentación metánica: es la digestión anaerobia (sin oxígeno) de la biomasa,
donde la materia orgánica se descompone (fermenta) y se crea el biogás.
4. Sistemas de aprovechamiento de la biomasa
Si a la gran variedad de biomasa existente aplicamos distintas tecnologías podemos transformar
esta energía para usarla en:
Producción de energía térmica
Son sistemas de combustión directa. Se utilizan para dar calor, que se puede utilizar
directamente para, por ejemplo, cocinar alimentos o secar productos agrícolas.
También se pueden aprovechar para hacer vapor para la industria o para generar electricidad.
El inconveniente, sin embargo, es la
contaminación.
Producción de biogás
La finalidad es conseguir combustible, principalmente el metano, muy útil para aplicaciones
térmicas para el sector ganadero u agrícola, subministrando electricidad y calor.
Producción de biocombustibles
Son una alternativa a los combustibles tradicionales del transporte y tienen un grado de
desarrollo desigual en los diferents países. Existen dos tipos de biocombustibles:
Bioetanol: substituye a la gasolina. En el caso del etanol, y en cuanto a la
producción de materia prima, actualmente se obtiene de cultivos tradicionales como el cereal, el
maíz y la remolacha.
Biodiesel: su principal aplicación va dirigida a la substitución del gasoil. En un
futuro servirá para variedades orientadas a favorecer las calidades de producción de energía.
Producción de energía eléctrica
La electricidad se puede producir por combustión o gasificación y se pueden obtener
potencias de hasta 50MW.
5. ¿Qué es una central de biomasa?
Es una instalación industrial diseñada para
generar energía eléctrica a partir de recursos biológicos. Así pues, las centrales
de biomasa utilizan
fuentes
renovables para la producción de energía eléctrica.
Funcionamiento de una central de biomasa de generación eléctrica
El proceso de funcionamiento de una central eléctrica de biomasa es el siguiente:
En primer lugar, el combustible principal de la instalación y los residuos forestales se
almacenan en la central. Allí se tratan para reducir su tamaño, si fuera necesario.
A continuación, pasa a un edificio de preparación del combustible, donde se clasifica en función
de su tamaño y finalmente se llevan a los correspondientes almacenes.
Seguidamente son conducidos a la caldera para su combustión, eso hace que
el agua de las tuberías de la caldera se convierta en vapor debido al
calor.
El agua que circula por las tuberías de la caldera proviene del tanque de alimentación, donde se
precalienta mediante el intercambio de calor con los gases de combustión aún más
lentos que salen de la propia caldera.
Del mismo modo que se hace en
otras
centrales térmicas convencionales, el vapor generado a la caldera va hacia la turbina de vapor
que está unida al
generador
eléctrico, donde se produce la energía eléctrica que se transportará a través de las líneas
correspondientes.
El vapor de agua se convierte en líquido en
el condensador, y desde aquí es nuevamente enviado al tanque de alimentación
cerrándose así el circuito principal agua-vapor de la central.
6. Impacto ambiental de una central de biomasa
La biomasa es la única fuente de energía que aporta un balance de CO
2 favorable, siempre y cuando la obtención de la biomasa se realice de una forma
renovable y sostenible, de manera que
el consumo del recurso se haga más lentamente que la capacidad de la Tierra para
regenerarse. De esta manera, la materia orgánica es capaz de retener durante su
crecimiento más CO
2 del que libera en su combustión, sin incrementar la concentración de CO
2.
Aunque el potencial energético existente en el planeta sería suficiente para cubrir todas las
necesidades energéticas, esta no se puede utilizar en su totalidad, ya que exigiría el
aprovechamiento a gran escala de los recursos forestales. Esto haría imposible mantener el
consumo por debajo de la capacidad de regeneración, lo cual reduciría muy considerablemente la
energía neta resultante y conduciría a un agotamiento de dichos recursos a la vez que daría lugar
a efectos medioambientales negativos.
Los efectos producidos serian tales como la deforestación y el aumento notable de emisiones de
CO
2, lo que implicaría una contribución
al
cambio climático.
El parque eólico es una
central
eléctrica donde la producción de la energía eléctrica se consigue a partir de la
fuerza del viento, mediante aerogeneradores que aprovechan las corrientes de
aire.
El viento es un efecto derivado del calentamiento desigual de la superficie de la Tierra por el
Sol.
El principal problema de los parques eólicos es la
incertidumbre respecto a la disponibilidad de viento cuando se necesita. Lo que
implica que la energía eólica no puede ser utilizada como fuente de energía única y deba estar
respaldada siempre por otras fuentes de energéticas con mayor capacidad de regulación (térmicas,
nucleares, hidroeléctricas, etc.).
Para aprovechar la energía eólica se utilizan los aerogeneradores.
2. El aerogenerador
Un aerogenerador es un generador de electricidad
activado por la acción del viento. El viento mueve la hélice y a través de un
sistema mecánico de engranajes hace girar
el
rotor de un generador, que produce
la
corriente eléctrica.
Los principales componentes de un aerogenerador son:
La góndola: es la carcasa que protege los componentes clave del aerogenerador.
Las palas del rotor: capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje.
Tienen una longitud de 20m.
El buje: es un elemento que une las palas del rotor con el eje de baja
velocidad.
Eje de baja velocidad: conecta el buje del rotor al multiplicador. Gira muy lento,
a 30 rpm.
El multiplicador: permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire
50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.
Eje de alta velocidad: gira aproximadamente a 1.500 rpm, lo que permite el
funcionamiento del generador eléctrico.
El generador eléctrico: en los aerogeneradores modernos la
potencia
máxima suele estar entre 6 y 12MW.
El controlador electrónico: es un ordenador que continuamente monitoriza las
condiciones del aerogenerador y controla el mecanismo de orientación.
La unidad de refrigeración: contiene un ventilador eléctrico utilizado para
enfriar el generador eléctrico.
La torre: soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de
una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta a medida que nos alejamos del nivel del
suelo
El mecanismo de orientación: está activado por el controlador electrónico, que
controla la dirección del viento utilizando el panel.
El anemómetro y el panel: las señales electrónicas del anemómetro conectan el
aerogenerador cuando el viento tiene una velocidad aproximada de 5m/s.
Tipos de aerogeneradores
Actualmente existe una gran variedad de modelos de aerogeneradores que se diferencian entre
ellos por su potencia, por el número de palas o incluso por la manera de producir energía eléctrica
atendiendo a diferentes criterios:
Por la posición del aerogenerador
Eje vertical: su característica principal es que
el eje de rotación se encuentra en posición perpendicular al suelo:
Darrieus: consisten en dos o tres arcos que giran alrededor del eje.
Panemonas: cuatro o más semicírculos unidos al eje central.
Sabonius: dos o más filas de semicilindros colocados de forma opuesta.
Eje horizontal: son los más habituales y en los que se ha invertido un mayor
esfuerzo para su mejora en los últimos años. Se les denomina también “HAWTs”.
Por la orientación respecto al viento:
A sobre viento. La mayoría de los aerogeneradores tienen este
diseño. En este tipo de aerogeneradores el viento empieza a desviarse de la torre antes de llegar,
aunque la torre sea redonda y lisa.
A bajo viento. Las máquinas de corriente baja tienen el rotor situado en la cara
de bajo viento de la torre. Pueden ser construidos sin un mecanismo de orientación.
3.
Funcionamiento de una
central eólica
Para producir electricidad con una central eólica es necesario que el viento sople a una
velocidad de entre 3 y 25m/s.
El viento hace girar las palas al incidir sobre ellas, convirtiendo así
la energía cinética del viento en energía mecánica que se transmite al rotor. Esta
energía se transmite mediante un
eje de baja velocidad a la caja del multiplicador, de donde sale a una velocidad
50 veces mayor. Es entonces cuando se puede transmitir al
eje
del generador eléctrico para producir energía eléctrica.
En un aerogenerador se crea electricidad estática al producirse el roce del viento sobre él.
Esta electricidad estática se descarga a través de una presa en el suelo que tienen todos los
aerogeneradores. Esta presa en el suelo se instala porque, debido a la altura de la torre, se crea
una
diferencia
de potencial entre el suelo y el aerogenerador.
La energía eólica es de las más limpias, renovables y abundantes, ya que
los aerogeneradores eléctricos no producenemisiones
contaminantes (atmosféricas, residuos, vertidos líquidos…) y no contribuyen, por lo tanto,
al
efecto invernadero ni a la acidificación.
No obstante, también existen factores negativos, algunas de consecuencias medio ambientales
son:
El impacto visual. Mientras que un parque de pocos aerogeneradores puede hasta
llegar a considerarse atractivo, una gran concentración de máquinas plantea problemas. Para
evitarlo, se suelen utilizar colores adecuados, una cuidada ubicación de las instalaciones en la
orografía del lugar y una precisa distribución de los aerogeneradores.
El impacto sobre las aves. Se trata de un impacto potencial que, si bien no
reviste gravedad en términos generales, depende principalmente de la ubicación del parque eólico.
En aquellos parques en que se sitúen en áreas sensibles, puede ser minimizado a través de
programas de vigilancia y seguimiento.
La flora y la fauna. Una central eólica puede tener efectos directos en la
modificación del hábitat existente en la zona y de algunos de los organismos que en él habitan,
generando ruidos y movimientos que afectan el comportamiento de los animales.
El efecto sonoro. Un aerogenerador produce un ruido similar al de cualquier otro
equipamiento industrial de la misma potencia. La diferencia recae en que mientras los equipamientos
convencionales se encuentran normalmente cerrados en edificios diseñados para minimizar su nivel
sonoro, los aerogeneradores tienen que trabajar al aire libre y cuentan con un elemento transmisor
de sonido: el propio viento.
El impacto por erosión. Se producen principalmente por el movimiento de tierras
durante la preparación de los accesos al parque eólico. Esta incidencia se puede reducir mediante
estudios previos a su trazado.
Las interferencias electromagnéticas. El gran tamaño de los aerogeneradores puede
producir una interferencia en las ondas de radio, telefonía, televisión, etc. cuando las aspas
están en movimiento.
El Sol es una esfera gaseosa formada, fundamentalmente, por helio, hidrógeno y carbono. Su masa
es 330.000 veces la masa de la Tierra y se estima que su edad es de unos 6.000 millones de
años.
El Sol se comporta como un
reactor
nuclear que transforma la energía nuclear en energía de radiación, energía que llega a la
Tierra. Sin embargo, no toda la energía que se produce en el Sol llega a la superficie terrestre.
Al atravesar la atmósfera, la radiación pierde intensidad a causa de la absorción, la difusión y la
reflexión por acción de: gases, vapor de agua y partículas en suspensión de la atmósfera.
Así, la radiación que la tierra recibe del Sol se puede dividir en:
Radiación directa: es la que atraviesa la atmósfera sin sufrir ningún cambio en su
dirección.
Radiación dispersa o difusa: es la que recibimos después de los fenómenos de
reflexión y difusión.
Podríamos decir que a la Tierra llega una gran cantidad de energía solar en forma de
radiaciones. Por eso,
la energía solar es un recurso energético importante a tener en cuenta.
2. Aprovechamiento de la energía solar
Actualmente, existen dos vías principales de aprovechamiento de la energía solar:
Energía solar térmica
El aprovechamiento de la energía solar térmica consiste en
usar la radiación del Sol para calentar un fluido que, en función de su
temperatura, se utiliza para producir agua caliente, vapor o energía eléctrica.
Los sistemas para aprovechar la energía solar por la vía térmica se pueden dividir en tres
grupos:
Sistemas a baja temperatura. El calentamiento del agua se produce
por debajo de su punto de ebullición, es decir, 100ºC. La mayor parte de los
equipos basados en esta tecnología se aplican en la producción de agua caliente sanitaria y en
climatización.
Sistemas a media temperatura. Se utilizan en esas aplicaciones que necesitan
temperaturas entre 100 y 300ºC para calefacción, proporcionando
calor
en procesos industriales, suministro de vapor, etc.
Sistemas a alta temperatura. Se utilizan en aplicaciones que necesitan
temperaturas superiores a 250 o 300ºC como, por ejemplo, para producir vapor o
para la
generación de energía eléctrica en centrales termosolares.
Energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica se aprovecha transformándola directamente en electricidad
mediante
el
efecto fotovoltaico. Esta transformación se lleva a cabo mediante células fotovoltaicas.
3. ¿Qué es una central solar?
Las centrales solares son instalaciones destinadas a
aprovechar la radiación del Sol para generar energía eléctrica. Existen 2 tipos de
instalaciones con las que se puede aprovechar la energía del Sol para producir electricidad:
En la
central termosolar se consigue la generación eléctrica a partir del calentamiento
de un fluido con el cual, mediante un
ciclo
termodinámico convencional, se consigue mover un alternador gracias al vapor generado de
él.
En la
instalación fotovoltaica la obtención de energía eléctrica se produce a través de
paneles fotovoltaicos que captan la energía luminosa del Sol para transformarla en energía
eléctrica. Para conseguir la transformación se emplean células fotovoltaicas fabricadas con
materiales semiconductores.
Centrales termosolares
Una central termosolar es una instalación que permite el aprovechamiento de la energía del Sol
para producir electricidad utilizando un ciclo térmico parecido al de las
centrales
térmicas convencionales. Hay diferentes esquemas de centrales termosolares, aunque las más
importantes son:
Centrales de torre central. Disponen de un conjunto de espejos direccionales de
grandes dimensiones que concentran la radiación solar en un punto. El calor es transferido a un
fluido que circula por el interior de la caldera y lo transforma en vapor, empezando así un ciclo
convencional de agua-vapor.
Centrales de colectores distribuidos. Utilizan los llamados colectores de
concentración, que concentran la radiación solar que reciben en la superficie, lo cual permite
obtener, con buenos rendimientos, temperaturas de hasta 300ºC, suficientes para producir vapor a
alta temperatura, que se usa para generar electricidad o también para otros procesos
industriales.
Funcionamiento de una central termosolar
Una central termosolar de torre central está formada por un
campo de espejos direccionales de grandes dimensiones que reflejan la luz del Sol
y concentran los rayos reflejados en una caldera situada en una torre de gran altura.
En la caldera, la aportación calorífica de la radiación solar es absorbida por un fluido térmico
que es conducido hacia un generador de vapor, en el cual
transfiere
su calor a un segundo fluido (generalmente agua) para convertirlo en vapor.
Este vapor se conduce a una
turbina para transformar su energía en energía mecánica que se transformará en
electricidad en
el
alternador.
El vapor se lleva a un condensador donde vuelve a su estado líquido para poder repetir un nuevo
ciclo de producción de vapor.
La producción en una central solar depende de las horas de
insolación. Por eso, para aumentar su producción se acostumbra a disponer de
sistemas de aislamiento térmico intercalados en el circuito de calentamiento.
Puedes
saber más de las centrales termosolares en el siguiente juego interactivo.
Limitaciones de las centrales termosolares
El desarrollo de este tipo de centrales hace frente a varias limitaciones:
Económicas: sus costes de explotación son aún muy altos, por eso no son
competitivas ante otro tipo de centrales.
Tecnológicas: aún se deben realizar muchas mejoras para aumentar la eficiencia de
los sistemas de concentración y almacenaje.
Estacionalidad: hay que hacer frente a la variabilidad de la radiación solar y las
incertidumbres meteorológicas.
Parques fotovoltaicos
El efecto fotovoltaico es un
fenómeno físico que consiste en la conversión de la energía luminosa en energía
eléctrica. La energía de radiación (fotones) que incide sobre una estructura heterogénea de
material (célula fotovoltaica) es absorbida por electrones de las capas más externas de los
átomos que forman este material, eso crea una
corriente
eléctrica interior de una tensión determinada.
Las células
se
conectan en serie para formar un módulo fotovoltaico.
El elemento básico de un parque fotovoltaico es el
conjunto de células fotovoltaicas que captan la energía solar, transformándola en
corriente
eléctrica continua. Las células fotovoltaicas están integradas en módulos que, al unirse,
formarán
placas fotovoltaicas.
La corriente continua generada se envía, en primer lugar, a un armario de corriente continua
donde se producirá la transformación con la ayuda de un
inversor de corriente y, finalmente se lleva a un
centro de transformación donde se adapta la corriente a las condiciones de
intensidad y tensión de las líneas de transporte de la
red
eléctrica.
Puedes
conocer
más acerca del funcionamiento de los parques fotovoltaicos en el siguiente juego.
Limitaciones de los parques fotovoltaicos
Las tecnologías disponibles se han de optimizar para que la eficiencia de las células
fotovoltaicas pueda mejorar hasta llegar a cifras del orden del
18-20%.
España es un país pionero en desarrollo de esta tecnología y se facilitan ayudas económicas a
este tipo de producción eléctrica.
4. Impacto sobre el medio ambiente de las centrales solares
Desde el punto de vista medio ambiental, la producción de electricidad a partir de este tipo de
sistemas tiene grandes ventajas:
A pesar de esto, las grandes centrales termosolares pueden generar un gran impacto sobre el
paisaje y necesitan grandes superficies para colocar los espejos direccionales.
Cabe mencionar también que una vez han terminado su vida útil,
las placas fotovoltaicas dejan residuos que deben ser tratados
específicamente.
En las centrales térmicas convencionales (o termoeléctricas convencionales)
se produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fueloil o
gas natural, mediante
un ciclo termodinámico de agua-vapor. El término ‘convencionales’ sirve para
diferenciarlas de otras centrales térmicas, como
las
nucleares o
las
de ciclo combinado.
2. Componentes principales de una central térmica convencional
Caldera. En
este espacio el agua se transforma en
vapor, cambiando su estado. Esta acción se produce gracias
a la combustión del gas natural (o cualquier otro combustible fósil que pueda
utilizar la central), con la que se generan gases a muy alta temperatura que al entrar en contacto
con el agua líquida la convierten en vapor.
El agua que se transforma en vapor circula por unas cañerías llamadas
serpentines, donde se produce el intercambio de calor entre los gases de la
combustión y el agua.
Turbina de vapor. Máquina que recoge el vapor de agua y que, gracias a un complejo
sistema de presiones y temperaturas,
consigue que se mueva el eje que la atraviesa. Esta turbina normalmente tiene
varios cuerpos,
de alta, media y baja presión, para aprovechar al máximo el vapor de agua.
El eje que atraviesa los diferentes cuerpos está conectado con el generador.
Generador.
Máquina que recoge la energía mecánica generada en el eje que atraviesa la turbina y la transforma
en eléctrica mediante
inducción
electromagnética. Las centrales eléctricas transforman la energía mecánica del eje en una
corriente eléctrica trifásica y
alterna.
3. Funcionamiento de una central térmica convencional
El funcionamiento de las centrales termoeléctricas convencionales es el mismo
independientemente del combustible que se utilice.
Sin embargo, sí hay diferencias en el
tratamiento previo que se hace al combustible y del diseño de los quemadores de las
calderas de las centrales.
Centrales de carbón. Donde el combustible debe ser
triturado previamente.
Centrales de fueloil. Donde el combustible se
calienta para una utilización más fácil.
Centralesde gas natural. Que no precisa almacenaje, llegando así directamente por
gaseoductos.
Centrales mixtas. Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo necesarios
los tratamientos previos anteriormente citados.
El consumo de electricidad en Argentina ha crecido fuertemente
desde 1990. El consumo per cápita fue de poco más de 2.000 kWh / año en
2002 y aumentó a más de 2.600 kWh / año en 2007. La producción bruta de
energía eléctrica en 2007 fue de 115 millones de kWh, el 54% de la de
gas, 27% de energía hidroeléctrica, el 9,4% del petróleo, un 2,2% a
partir del carbón, y el 6,3% (7,2 millones de kWh) de origen nuclear. En
2008, la energía nuclear proporciona más de 6,8 millones de kWh de
electricidad - alrededor del 6,2% de la generación total de energía eléctrica.
En Argentina, la producción de energía eléctrica
es en gran parte privatizada, y está regulada por el ENRE (Ente
Nacional Regulador de la Electricidad). La capacidad instalada es de
unos 35 GW, alrededor del 11% de los cuales es de autoproductores y los
generadores privados.
Desarrollo de la industria nuclear argentina
La Comisión Atómica de energía de Argentina (Comisión Nacional de
Energía Atómica, CNEA) se creó en 1950 y dio lugar a una serie de
actividades centradas en la investigación y desarrollo de la energía
nuclear, incluyendo la construcción de varios reactores nucleares de investigación. Actualmente están operando cinco reactores de investigación con la previsión de construir un sexto reactor.
En 1964 Argentina empezó a interesarse plenamente en la energía
nuclear y realizó un estudio de viabilidad para construir una planta en
la región de Buenos Aires de 300 a 500 MW. La política del país se
basaba firmemente por el uso de reactores nucleares de agua pesada utilizando uranio
natural como combustible. Las ofertas más atractivas y que finalmente
se aceptaron fueron las de Canadá y Alemania. Como resultado se
construyó la central nuclear de Atucha, en Lima, a 115 km al noroeste de Buenos Aires. La cental nuclear Atucha 1 entró en funcionamiento en 1974 convirtiéndose en la primera central nuclear argentina.
En 1967, se realizó un segundo estudio de viabilidad de una planta
más grande en el Embalse de la región de Córdoba, a 500 km tierra
adentro. En este caso, se seleccionó un reactor CANDU-6 de la Atomic
Energy of Canada Ltd. (AECL), en parte debido al acuerdo de
transferencia de tecnología que acompañaba, y fue construido con la
empresa italiana Italimpianti. La central nuclear de Embalse
entró en funcionamiento en 1984. En 2010, se firmó un acuerdo para la
renovación de la planta y ampliar su vida útil por 25 años. Se aprovechó
para aumentar la potencia aproximadamente en un 7% con una inversión de
$ 240 millones. Actualmente está funcionando alrededor del 80% de su
capacidad para limitar el daño de neutrones en los tubos de presión.
En 1979 se proyectó una terceracentral nuclear
en Argentina - Atucha 2 - a raíz de una decisión del gobierno argentino
de tener cuatro unidades más que entraran en funcionamiento entre 1987 y
1997. Fue un diseño de Siemens. La construcción se inició en 1981. Sin
embargo, el trabajo avanzó lentamente debido a la falta de fondos y se
suspendió en 1994 con un 81% de la planta construida.
En 1994, se creó Nucleoeléctrica Argentina SA (NASA) para hacerse
cargo de las centrales nucleares de la CNEA y supervisar la construcción
de Atucha 2.
El diseño de las unidades de Siemens Atucha PHWR era exclusivo de
Argentina, y la NASA buscó la experiencia de Alemania, España y Brasil
para completar la unidad. En 2003, se presentaron los planes para
completar los 692 MW de Atucha 2. En agosto del 2006, el gobierno
anunció un plan de EE.UU. de 3500 millones de dólares para desarrollar
la energía nuclear en Argentina. Se trataba de terminar Atucha 2 y
extender la vida útil de funcionamiento de Atucha 1 y Embalse.
El objetivo era que la energía nuclear formara parte de una expansión
de la capacidad de generación para satisfacer la creciente demanda.
Mientras tanto, se llevó a cabo un estudio de viabilidad sobre un
reactor de cuarta generación para iniciar la construcción a partir del
2010.
Reactor nuclear CAREM
Otro
aspecto del plan del 2006 fue un paso hacia la construcción de un
prototipo de 27 MW del reactor CAREM. Actualmente está en la etapa de
pre-construcción en la provincia noroeste de Formosa.
Desarrollado por la CNEA e INVAP ( Investigación Aplicada ), el reactor CAREM nuclear es un sistema modular de 100 MWt con un reactor nuclear
simplificado de agua presurizada con los generadores de vapor integral
diseñado para ser utilizado para la generación de electricidad (27 MWe
netos) o como un reactor de investigación o para la desalación de agua.
Estudios recientes han valorado la posibilidad de aumentar la escala de
100 o 300 MWe. Se trata de un diseño maduro que podría ser desplegado
dentro de una década.
Los recursos de uranio de Argentina, son sólo unas 15.000 tU, a pesar
de que la CNEA estima que hay unas 55.000 tU como "objetivos de
exploración". A partir de mediados de 1950 se llevó a cabo una
exploración de uranio y un poco de la minería, pero la última mina cerró en 1997 por razones económicas.
Sin embargo, hay planes para reabrir la mina de Sierra Pintada CNEA
en Mendoza, en el centro-oeste, cerrada desde 1997.También es conocida
como la mina de San Rafael y el Molino. La reanudación de la minería del
uranio forma parte del plan del 2006.
En 2007, la CNEA llegó a un acuerdo con el Gobierno Provincial de Salta, en el norte del país para reabrir la mina de uranio Don Otto, que funcionó de manera intermitente desde 1963 hasta 1981.
Gestión de residuos radiactivos en Argentina
Desde abril del 1997 la Ley Nacional de la Actividad Nuclear asigna
la responsabilidad de la CNEA para la gestión de los residuos
radiactivos, que crea un fondo especial para tal fin.
Los residuos de baja y media actividad, incluido el combustible usado
de los reactores de investigación se manejan en las instalaciones de la
CNEA Ezeiza. El combustible utilizado se almacena en cada central.
La CNEA es también responsable de desmontar los equipos, que deben
ser financiados progresivamente por cada operación de la planta.
Regulación y seguridad
En 1994, la Autoridad Regulatoria Nuclear ( Autoridad Regulatoria
Nuclear de , ARN) se formó y se hizo cargo de todas las funciones de
regulación de la Junta Nacional de Regulación Nuclear ( Ente Nacional
Regulador Nuclear de , ENREN) y la CNEA. Así como del la protección
contra las radiaciones, también es responsable de la seguridad, licencias y garantías. Depende directamente del Presidente.
La no proliferación
Argentina es parte en el Tratado de No Proliferación (TNP) desde 1995
como un estado sin armas nucleares, y ha sido parte en el Tratado de
Tlatelolco desde 1994. Sin embargo, las salvaguardias totales han
operado desde 1991 en colaboración con la Agencia Brasileño-Argentina de
Contabilidad y Control de Materiales Nucleares (ABACC), bajo los
auspicios del Organismo Internacional de la Energía Atómica (OIEA).
Argentina no ha firmado el Protocolo Adicional en relación con sus
acuerdos de salvaguardias con el OIEA. El país es miembro del Grupo de
Suministradores Nucleares.
La
radiación es
la
emisión o propagación de energía en forma de ondas o de partículas subatómicas como, por
ejemplo, las ondas electromagnéticas emitidas por el Sol o las partículas emitidas por sustancias
radioactivas.
La radioactividad es una propiedad interna de los átomos, por eso está muy relacionada con el
estudio de la estructura de la materia. Numerosos científicos colaboraron en estos descubrimientos:
Rutherford, Pierre y Marie Curie, Bequerel, Geiger y Marsden, Planck, Bohr, Hertz, entre muchos
más.
Emisiones radioactivas
Cuando se produce alguna transformación en los núcleos atómicos se emiten partículas y
radiaciones electromagnéticas de elevada frecuencia. Hay elementos que pueden producir este
fenómeno de manera natural y hay otros de los cuales se pueden obtener isótopos radioactivos de
forma artificial.
Radioactividad natural
Puede ofrecer tres tipos de transiciones radioactivas, a cada una de las cuales le corresponde
un tipo de radiación:
Radiación
Alfa. Una desestabilización del
núcleo
puede llegar a hacer que dos protones y dos neutrones se junten y formen un núcleo de helio con
energía suficiente como para abandonar el núcleo inicial.
Radiación Beta. En esta radiación un neutrón se transforma en un protón. Esta
radiación es mucho más penetrante que la radiación Alfa y para frenarla es necesaria una lámina de
aluminio de unos cuantos milímetros de grosor. Por lo tanto, puede afectar fácilmente a los tejidos
humanos.
Radiación Gamma. Consiste en una radiación electromagnética emitida por un núcleo
en
estado de excitación. Cuando desparece la excitación siempre se forma un núcleo
más estable. Esta es muy difícil de parar, pudiendo traspasar con naturalidad el cuerpo humano.
Radioactividad artificial
Cuando se bombardea un núcleo con las partículas adecuadas
, estas pueden penetrar en el núcleo y formar uno nuevo.
La radioactividad artificial fue descubierta en el año 1939 por el matrimonio Curie.
La fisión nuclear
La fisión nuclear consiste en la
división del núcleo de un átomo pesado (como puede ser el uranio) en otros
elementos más ligeros, de forma que en esta reacción se genere una
gran cantidad de energía. Esta división es provocada por el choque del
átomo
con un neutrón.
El proceso de fisión es posible a causa de la inestabilidad que tienen los núcleos de algunos
elementos químicos de elevado número atómico. En estas condiciones solo hace falta una pequeña
cantidad de energía para provocar que
el núcleo se rompa en dos trozos.
Tienes a tu disposición
un
juego interactivo que explica la fisión nuclear de una manera sencilla.
La reacción nuclear de fisión fue descubierta por los científicos O. Hahn y F. Strassmann el año
1938.
2. ¿Qué es una central nuclear?
Una central nuclear es una instalación industrial construida para generar electricidad a partir
de la energía nuclear.
Las centrales nucleares forman parte de la familia de
las centrales termoeléctricas, lo que implica que utilizan el calor para generar
la energía eléctrica. Este calor proviene de la
fisión
de materiales como el uranio y el plutonio.
3. Funcionamiento de una central nuclear
El funcionamiento de una central nuclear se basa en el
aprovechamiento del calor para mover una turbina por la acción del vapor de agua,
la cual está conectada a un
generador
eléctrico. Para conseguir el vapor de agua se utiliza como combustible el uranio o el
plutonio.
El proceso se puede simplificar en cinco fases:
Debido a
la
fisión del uranio que se lleva a cabo en el
reactor nuclear,
se libera una gran cantidad de energía que calienta el agua hasta
evaporarla.
Este vapor se transporta al conjunto turbina–generador mediante
un circuito de vapor.
Una vez ahí, las aspas de la turbina giran por la acción del vapor y mueven
el
generador que trasforma la energía mecánica en
electricidad.
Una vez el vapor de agua ha pasado por la turbina, se envía a un
condensador donde se enfría y se vuelve líquido.
Y nuevamente se transporta el agua para volver a conseguir vapor,
cerrando así el circuito del agua.
Los residuos generados por la fisión del uranio son almacenados dentro de la propia central, en
unas piscinas de hormigón especiales para materiales radioactivos.
4. Reactores nucleares de fisión
Un reactor nuclear de fisión es una instalación capaz de
iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, disponiendo de
los medios adecuados para extraer el calor generado.
Los elementos esenciales que forman un reactor nuclear son:
Combustible. Formado por un material fisionable, generalmente compuesto de uranio
en el que tienen lugar las reacciones de fisión. Es, por lo tanto,
la fuente de generación de calor.
Moderador. Hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos generados en la
fisión, manteniendo la reacción. Se acostumbra a utilizar agua, agua pesada, helio, grafito o sodio
metálico.
Elementos de control. Permiten controlar en todo momento la población de neutrones
y
mantener estable el reactor.
Refrigerante. Extrae el calor generado por el combustible. Generalmente se
utilizan refrigerantes líquidos como el agua ligera y el agua pesada o gases como el
anhídrido carbónico y el helio.
Blindaje. Evita que les radiaciones y los neutrones del reactor se escapen al
exterior. Se acostumbra a usar hormigón, acero o plomo.
Elementos de seguridad. Todas las centrales nucleares de fisión disponen de
múltiples sistemas que evitan que se produzcan accidentes que provoquen una liberación de la
radioactividad al exterior del reactor nuclear.
5. Tipos de reactores nucleares
Los reactores térmicos se pueden clasificar
según el moderador que utilicen. Generalmente, cada moderador tiene asociado un
tipo de combustible y un tipo de refrigerante. Las diferencias esenciales entre estos reactores son
los siguientes:
Reactor de agua ligera
Dentro de este grupo existen dos tipos de reactores:
Reactor de agua a presión (PWR –
Pressurized water reactor). Utilizan agua como moderador y refrigerante. El combustible utilizado es el uranio
ligeramente enriquecido en forma de dióxido de uranio. Este tipo de reactor se ha desarrollado
principalmente en los Estados Unidos, Rusia, Alemania, Francia y Japón.
Reactor de agua en
ebullición (BWR – Boiling water reactor). En este tipo de reactor, una parte del agua del refrigerante (que a la vez actúa como
moderador) pasa a la fase vapor en el propio reactor. Se ha desarrollado principalmente en los
Estados Unidos.
Reactor de agua pesada
El reactor de agua pesada usa como combustible uranio natural y el agua pesada se utiliza como
moderador y como refrigerante.
Este tipo de reactor se ha desarrollado principalmente en Canadá.
Reactor de uranio natural, gas y grafito
Este tipo de reactor utiliza como combustible uranio natural en forma metálica. Utilizan grafito
como moderador y anhídrido carbónico como refrigerante.
Estos reactores se han desarrollado principalmente en Francia y Gran Bretaña.
Reactor avanzado de gas
Las principales diferencias se presentan en el combustible. Estos utilizan óxido de uranio
ligeramente enriquecido y dispuesto en tubos de acero inoxidable.
Reactor de grafito y agua ligera
Este diseño, exclusivamente soviético, utiliza uranio ligeramente enriquecido como combustible,
grafito como moderador y agua como refrigerante, que se transforma en vapor en el propio
reactor.
6. Características de una central nuclear de agua a presión (PWR)
El combustible que utilizan las centrales nucleares PWR es dióxido de uranio enriquecido y el
proceso comienza introduciéndolo
en forma de
pastillas en unos tubos.
Los elementos de combustible se refrigeran mediante un circuito de agua (llamado
circuito primario
) que, a su vez, sirve como moderador.
El agua aumenta la temperatura y se mantiene en estado líquido a causa de la elevada presión del
sistema.
El refrigerante circula por los generadores de vapor, cediendo el calor a
otro circuito de agua diferente y totalmente independiente (circuito secundario
) que se transforma en vapor, haciendo girar los álabes de la turbina, que está acoplada
a un
generador
eléctrico.
El vapor, una vez ha pasado por la turbina, se condensa y vuelve al generador de vapor.
Todo este circuito está situado en el interior de un
edifico de contención, constituido de hormigón armado con un espesor de entre 50 y
100 cm y con un cubrimiento interior de acero que hace que sea hermético. Este edificio de
contención se mantiene por debajo de la presión atmosférica para evitar, en caso de accidente, que
los posibles escapes salgan al exterior.
Puedes entender mejor
el
funcionamiento de una central nuclear de agua a presión mediante un juego.
7. Características de una central nuclear de agua en ebullición (BWR)
Las centrales BWR se diferencian de las anteriores principalmente en que no tienen
circuito de agua secundario. Además, el
circuito primario trabaja a una presión inferior y
el vapor se produce en el reactor desde donde se envía directamente a la turbina
para mover el generador.
Tanto las centrales PWR como las BWR disponen de un edificio de combustible que sirve para
almacenar los elementos de combustible nuevos y para guardar el combustible ya utilizado hasta que
se pueda trasladar a un centro de almacenaje final de combustible gastado.
El edificio de combustible y el de contención están conectados entre sí para poder trasladar los
elementos combustibles sin salir de la zona controlada de la central y que se encuentra totalmente
aislada del resto de instalaciones de la central.
Además, las centrales nucleares disponen de edificios auxiliares en los que están situados los
equipos y sistemas de seguridad.
Puedes profundizar en
el
funcionamiento de una central nuclear de agua en ebullición con el siguiente juego
interactivo.
8. Impacto ambiental de las centrales nucleares
Cabe destacar que
las centrales nucleares no envían a la atmósfera óxidos de carbono, azufre, nitrógeno ni otros
elementos derivados a la combustión, como las cenizas. Por lo tanto, no contribuyen
al
calentamiento global, el cual es el responsable del clima del planeta o
la
lluvia ácida.
No obstante, debe tenerse precaución en la generación de electricidad mediante la energía
nuclear, tanto en la extracción, el concentrado y enriquecimiento del uranio como en la propia
producción de energía eléctrica.
La producción de energía eléctrica en centrales nucleares genera residuos radioactivos de larga
duración que deben almacenarse en la misma central y en depósitos especiales para materiales
radioactivos.
Las centrales nucleares han estado siempre sujetas a un estricto control reglamentario
institucional difícil de igualar por otras actividades industriales. Esta reglamentación tiene en
cuenta todas y cada una de las fases que forman el ciclo de producción, contemplando también la
protección de los trabajadores, el público en general y el desmantelamiento de la central al final
de su vida útil.
Existen diferentes
formas para transformar la biomasa en energía que se pueda aprovechar, pero hay dos de ellas que
hoy en día se utilizan más:
Funcionamiento de una
central eólica 
Caldera. En
este espacio el agua se transforma en
vapor, cambiando su estado. Esta acción se produce gracias
a la combustión del gas natural (o cualquier otro combustible fósil que pueda
utilizar la central), con la que se generan gases a muy alta temperatura que al entrar en contacto
con el agua líquida la convierten en vapor.
Radiación
Alfa. Una desestabilización del
en forma de
pastillas en unos tubos.
Además, el
circuito primario trabaja a una presión inferior y
el vapor se produce en el reactor desde donde se envía directamente a la turbina
para mover el generador.
Cabe destacar que
las centrales nucleares no envían a la atmósfera óxidos de carbono, azufre, nitrógeno ni otros
elementos derivados a la combustión, como las cenizas. Por lo tanto, no contribuyen