1. FUENTES DE ENERGÍA
Las fuentes de energía son recursos naturales de los cuales se obtienen diferentes formas de energía que pueden transformarse para un uso concreto.
Atendiendo a su disponibilidad en la naturaleza y a su capacidad de regeneración las podemos diferenciarlas en:
Renovables: son las fuentes de energía abundantes en la naturaleza e inagotables. (por ejemplo: el viento, la marea, el sol...).
No renovables: son las fuentes de energía que pueden ser abundantes o no en la naturaleza, pero se agotan al utilizarlas, y no se renuevan a corto plazo. (por ejemplo: el carbón, el petróleo, la gasolina....)
Atendiendo a la necesidad de transformarlas o no para su uso, las podemos clasificar en:
Primarias: se obtienes directamente de la naturaleza y no hace falta transformarlas. (por ejemplo: el gas natural, nuclear, energías renovables...).
Secundarias: son el resultado de la transformación de fuentes primarias, y se necesitan transformar. (por ejemplo: los derivados del petróleo, electricidad...).
Atendiendo a su uso en cada país las podemos clasificar en:
Convencionales: trata de las energías más usadas en los países industrializados, son responsables del desarrollo tecnológico. (por ejemplo: la energía procedente de los combustibles fósiles...).
No convencionales: son fuentes alternativas de energía que están empezando su desarrollo tecnológico. No inciden mucho en la economía de los países. (por ejemplo: la energía solar y la energía eólica...).
Atendiendo al impacto ambiental se dividen en:
Limpias o no contaminantes: son las fuentes cuya obtención de energía produce un impacto ambiental mínimo y no genera subproductos tóxicos y contaminantes.( por ejemplo: la energía hidráulica , la biomasa ...)
Contaminantes: son las fuentes de energía que dañan el medio ambiente a través de su forma de obtención (minas, talas...) y otras en el momento de su uso (combustibles) producen subproductos altamente contaminantes. (por ejemplo: en los residuos nucleares....).
2. ENERGÍA ELÉCTRICA
La energía eléctrica es la energía transportada por la corriente eléctrica. Es la forma de energía más utilizada en las sociedades industrializadas debido a:
Su facilidad para transformarse en otras formas de energía.
Es posible transportarla a larga distancia con un bajo coste y un rendimiento elevado.
2.1. Centros de generación de electricidad
Se llama central de generación las instalaciones donde se transforma la energía primaria o secundaria en energía de consumo. En el caso de que la energía de consumo sea eléctrica, es una central eléctrica.
Una vez generada la energía de consumo, es transportada hasta los puntos donde se necesite, ya en ellos, la energía es distribuida en viviendas, empresas, alumbrado público…
Funcionamiento general de una central eléctrica
Una central eléctrica utiliza principalmente la energía mecánica que produce una fuente de energía, por ejemplo, la caída del agua, para transformarla, mediante un generador, en energía eléctrica de consumo.
El generador que se emplea en una central eléctrica es un alternador
Un alternador consta de una pieza fija, denominada estator, y de otra móvil, denominada rotor. El rotor está compuesto por un número par de bobinas, alimentadas por corriente continua, que funcionan como electroimanes produciendo un campo magnético giratorio. Al moverse el eje del rotor por acción de la turbina acoplada al mismo, se produce corriente eléctrica alterna en cada una de las bobinas del estator.
El sistema turbina-alternador está presente en todas las centrales convencionales y no convencionales, excepto las centrales fotovoltaicas.
2.2. Transporte y distribución de la energía eléctrica
La energía eléctrica no se puede almacenar, por tanto, hay que transportarla en tres procesos:
Elevación del voltaje: unos transformadores elevan el voltaje entre 22000V y 400000V debido a las grandes distancias que la electricidad ha de recorrer y con objeto de que no existan pérdidas de energía significativas debido al calor.
Diseño y construcción de la ruta de cables de alta tensión: por medio de torretas que sostienen los cables.
Reducción del voltaje: se instalan subestaciones de transformación entre la línea de alta tensión y el consumidor final. Estas, mediante transformadores, reducen el voltaje hasta 3-30 kV.
A partir de aquí comienza la fase de distribución por medio de postes o bien a través de canalizaciones subterráneas. En esta etapa, el voltaje se reduce hasta alcanzar valores que oscilan entre 230 y 400 voltios, dependiendo de su destino final. Antes de que la energía eléctrica llegue al aparato que se va a utilizar, pasa por una serie de instalaciones intermedias: contadores, cajas de derivación, etc.
3. Centrales eléctricas convencionales
Producen la mayor parte de la electricidad que consumimos. En ellas se convierte en electricidad la energía mecánica del vapor de agua a presión o la acumulada en un salto de agua.
3.1. Centrales térmicas de combustibles fósiles
En estas centrales, se calienta agua en una caldera gracias al calor generado por la combustión de fuel, gas natural o carbón.
El vapor de agua generado mueve una turbina conectada al rotor de un generador que suministra corriente eléctrica a la red de alta tensión. El vapor pasa después por un condensador que vuelve a convertirlo. En líquido que es bombeado de nuevo hacia la caldera para comenzar otra vez el proceso.
Centrales de ciclo combinado
En este tipo de centrales, se obtiene electricidad mediante dos ciclos combinados: el que hemos visto para las centrales térmicas convencionales y otro en el que se utiliza aire y gas.
En este último se emplea una turbina de gas que incluye un compresor. Este permite comprimir el aire entrante, que se mezcla con el gas antes de proceder a su combustión, gracias a la cual se genera electricidad en la turbina. Los gases de dicha combustión, además se llevan a una caldera de recuperación donde transfieren su energía al agua del segundo ciclo. Con este tipo de central se obtienen rendimientos superiores a los de las centrales de ciclo único.
3.2. Centrales nucleares
Son centrales térmicas en las que la caldera ha sido sustituida por un reactor nuclear. El vapor de agua a presión se produce gracias al calor generado en la fisión de los núcleos atómicos radiactivos, principalmente uranio.
La potencia de las centrales nucleares instaladas en España se sitúa entre los 466 MW de la central de Garoña y los 1087 MW de la central tarraconense de Vandellós.
La ventaja principal de las centrales nucleares es su alta rentabilidad en la producción de energía. Sus inconvenientes primordiales son la gestión y almacenamiento de los residuos radiactivos, así como el riesgo que para la población conllevan los posibles accidentes nucleares.
3.3. Centrales hidráulicas
Este tipo de centrales aprovecha la energía potencial generada por la caída de agua desde cierta altura principalmente en embalses. El agua, al caer, mueve los álabes de una turbina situada al pie de la presa, cuyo eje está conectado al rotor de un generador, el cual la transforma en energía eléctrica. Estas centrales pueden ser de dos tipos:
De gravedad: el agua sigue por el cauce de un río y no se vuelve a usar.
De bombeo: el agua tras pasar por la turbina va a una pequeña represa situada a menor altura, donde será bombeada al embalse superior para reutilizarle y generar más electricidad.
4. CENTRALES NO CONVENCIONALES
Los problemas medioambientales plantean la aparición y el desarrollo de las centrales no convencionales o alternativas.
El principal inconveniente es que generan un nivel mucho menor de energía, pues usan fuentes de energía difusa. Sin embargo, en los últimos años han experimentado un gran desarrollo, debido a que presentan importante ventajas:
Contaminan menos que las centrales convencionales, es decir, son limpias.
Consumen recursos renovables.
Reducen la dependencia energética de los países productores.
Son relativamente baratas.
4.1. Centrales eólicas
Aprovechan la energía cinética del viento para mover las palas de un rotor situado en lo alto de una torre, el aerogenerador.
Las aspas están conectadas a un sistema multiplicador de la velocidad cuya salida está fijada en el rotor.
Los parques eólicos constituyen una forma totalmente limpia de generar electricidad. Sin embargo, no es posible instalarlos en cualquier lugar, pues es preciso un régimen de vientos inapropiados. Este tipo de centrales generan entre 1 MW y 10 MW.
1. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN
La comunicación es la transmisión de información de una persona a otra. Para establecer una comunicación, necesitamos un emisor, un medio para transmitir el mensaje y un receptor. Además, para transmitir un mensaje, necesitamos un canal de transmisión.
1.1. Sistemas de comunicación eléctricos
Señales eléctricas
Señal analógica: aquella que puede tomar una infinidad de valores (de frecuencia y amplitud) dentro de un límite. Son señales continuas que presentan una analogía con la información que las origina.
Señal digital: aquella señal cuyos valores, normalmente del sistema binario, son discretos: se trata de una combinación de ceros y unos que representan datos y números (dígitos, de ahí su nombre).
Dependiendo de medio a través del cual se desplaza el mensaje, las comunicaciones pueden ser alámbricas o inalámbricas.
La transmisión alámbrica se lleva a cabo mediante cables, hilos o fibra óptica, que pueden ser de varios tipos dependiendo de su capacidad para transportar información y de la resistencia que oponen a las interferencias. Precisa una instalación fija que normalmente lleva asociada una serie de canalizaciones, centralitas, puntos de registro y otras infraestructuras.
La transmisión inalámbrica se realiza a través de la atmósfera, el agua o el espacio exterior. No necesita cables, pero sí la instalación de antenas que transmiten la señal a través del espacio. Esta señal consiste en ondas electromagnéticas.
Ondas electromagnéticas: constituyen la forma de propagación de la energía asociada a la radiación electromagnética.
Un conductor eléctrico es capaz de emitir energía en forma de ondas electromagnéticas se hacemos circular a través de él una corriente eléctrica variable. Estas ondas se utilizan en las telecomunicaciones y se propagan por el espacio a la velocidad de la luz. Se caracterizan por
Frecuencia (f): es el número de veces que oscila la onda por segundo. Se mide en hercios (Hz).
Longitud de onda (λ): es el espacio recorrido por una onda en un ciclo completo de la misma. Se mide en metros.
Amplitud (A): es el valor máximo que alcanza la onda. Está relacionada con la energía que posee la onda y su valor disminuye a lo largo de su recorrido.
Periodo (T): es el tiempo que tarda la onda en hacer un ciclo completo. Es la inversa de la frecuencia: f = ; T =
Velocidad del movimiento ondulatorio (v): es la velocidad con la que se propaga la onda: v = ; λ = v · T
Relación de los distintos parámetros: La relación entre la longitud de onda, el período y la velocidad de la luz, c (300000 km/s), es la siguiente:
c = λ · f c = λ ·
λ = c · T
2. EL ESPACIO RADIOELÉCTRICO
La parte del espectro electromagnético comprendida entre las frecuencias de 3 kHz y 300 GHz recibe el nombre de espectro radioeléctrico porque se emplea normalmente en las telecomunicaciones inalámbricas.
3. SATÉLITES ARTIFICIALES
Los satélites son elementos que pueden poner en contacto puntos muy distantes de la Tierra sin necesidad de instalar antenas repetidoras entre ellos.
Un sistema de comunicaciones por satélite consta básicamente de los siguientes elementos:
Un satélite o conjunto de satélites, que constituyen el elemento principal, pues son los encargados de establecer la comunicación entre el emisor y el receptor.
El centro de control, que vigila el funcionamiento correcto de los satélites.
Estaciones terrestres (emisoras y receptoras), con antenas adecuadas para emitir y recibir las señales transmitidas.
Tipos de satélite según su función
Satélites de telecomunicaciones: se utilizan para transmitir información de un punto a otro de la Tierra, en particular, comunicaciones telefónicas, datos o programas televisados.
Satélites de observación terrestre: Se emplean para observar la Tierra, con un objetivo científico o militar. El espectro de observación es extenso. Una de sus funciones principales es la observación meteorológica o la detección de incendios forestales.
Satélites de observación espacial: desde ellos se observa el espacio con un objetivo científico. Se trata de telescopios en órbita. Tienen un amplio espectro de observación, con el fin de recibir distinta información del estadio.
Satélites de localización: permiten conocer la posición de los objetos sobre la superficie de la Tierra. Por ejemplo, el GPS americano, el GLONASS ruso o el Galileo europeo.
Estaciones espaciales: están destinadas a ser habitadas por el ser humano con un objetivo científico.
Sondas espaciales: cumplen la función de observadoras de otros cuerpos celestes y, por tanto, se desplazan por el sistema solar.
4. TELÉGRAFO Y TELÉFONO
4.1. Telégrafo
Fue el primer sistema de comunicación a distancia en tiempo real. Su mecanismo consiste en un circuito eléctrico entre dos estaciones conectadas entre sí por un cable que permite recibir la señal en la otra mediante un timbre.
Samuel F. B. Morse ideo un código que asociaba a cada letra del alfabeto un conjunto de puntos y rayas. Estos puntos eran transmitidos como impulsos eléctricos de corta duración y las rayas, como impulsos más largos.
4.2. Teléfono
El funcionamiento del teléfono fijo se basa en gran medida en el del telégrafo, que añade la posibilidad de transmitir mensajes de voz y sonido variable. Para ello incorpora dos elementos principales al esquema del telégrafo: el micrófono y el auricular.
El micrófono es una resistencia capaz de variar su valor con las vibraciones del sonido de nuestra voz. Cuando cambia el valor, se produce una variación en la intensidad de corriente en el circuito de la resistencia .Esta variación de corriente es recogida por el auricular, que reproduce, a su vez, el sonido original que el micrófono había captado.
Central de conmutaciónCuando descolgamos el teléfono, la central nos envía un tono indicando que está a la espera de que marquemos una serie de dígitos. Al recibir el número de teléfono, la central manda tonos de llamada al destinario o envía la petición a una central superior, llamada central en tránsito.
Cuando descolgamos el teléfono, la central nos envía un tono indicando que está a la espera de que marquemos un número. Al recibir el número, la central manda tonos de llamada al destinatario (si reside en la misma zona) o envía la petición a una central de tránsito. Cuando el destinatario descuelga el teléfono, se puede establecer la comunicación, pero si el teléfono del destinatario está ocupado, la central nos envía una señal para indicárnoslo.
5. RADIO
La emisión radiofónica consiste en la transmisión de sonidos, voz y música, a distancia por medio de ondas electromagnéticas que son recibidas por un receptor de radio.
5.1. Emisora de radio
Las emisoras de radio no pueden enviar directamente la señal eléctrica producida en el micrófono al ser frecuencias muy bajas, el alcance de la transmisión sería muy reducido y habría interferencias con otras emisoras que producirían el mismo rango de frecuencias.
La solución consiste en que cada emisora utilice una señal portadora, de frecuencia más elevada, encargada de transportar el mensaje desde el emisor al receptor. La combinación de la señal que contiene el mensaje de sonido con la portadora recibe el nombre de modulación.
Tipos de modulación
Modulación en amplitud AM: la amplitud de la portadora varía en función de la amplitud el mensaje que haya que transmitir. Las estaciones de radio de AM transmiten en el rango de frecuencias de 520 a 1605 kHz. Utilizan un ancho de banda de tan solo 5kHz, por lo que la calidad de la música no es la óptima.
Modulación en frecuencia FM: la frecuencia de la señal portadora varía en función del mensaje que se deba transmitir. Las emisoras de FM se distribuyen entre los 88 y los 108 MHZ. La transmisión es más resistente a ruidos e interferencias, ya que estos afectan sobre todo a la amplitud y no a la frecuencia. La calidad del sonido es mucho mayor, dado que se utiliza un ancho de banda de 15 kHz.
5.2. Receptor de radio
En el receptor recuperamos la señal de sonido, el mensaje. Para ello, debemos separarla de la portadora, que ya ha cumplido su función. Únicamente la señal que contiene el mensaje se envía a los altavoces. La primera etapa de la recepción consiste en sintonizar mediante el dial la emisora que deseemos. Después, el demodulador se encarga de separar la portadora del mensaje. Por último, se amplifica la señal antes de ser enviada a los altavoces.
6. TELEVISIÓN
La televisión nos permite ver imágenes de lo que está ocurriendo en cualquier parte del mundo o en un estudio de televisión.
Si observamos la pantalla de televisión a una distancia de pocos centímetros, veríamos que está formada por miles de pequeños puntos luminosos rojos, verdes y azules. Combinando estos tres colores, pueden obtenerse todos los demás y colorear toda la pantalla para formar una imagen. Si nos alejamos lo suficiente, en nuestro cerebro se forma la imagen en conjunto y si además las imágenes se suceden muy rápidamente (más de 20 por segundo), nos parecerá que estamos viendo una escena en movimiento.
Tipos de pantallas
Pantallas de tubos de rayos catódicos: La pantalla de un receptor de televisión está recubierta de fósforo, un material que emite luz cuando un electrón incide sobre él. Para que esto se produzca, los electrones son lanzados a la pantalla mediante tres cañones situados en el extremo de un tubo con forma de bombilla, llamado tubo de rayos catódicos. La velocidad a la que se produce el impacto determina el brillo de cada punto.
Con el fin de que cada electrón incida en el punto adecuado, se coloca una rejilla metálica entre el tubo y la pantalla, denominada máscara de sombra.
Pantallas de plasma: Contienen un gas inerte que cuando se activa con la corriente eléctrica reacciona con el fósforo de los píxeles de la pantalla y produce luz coloreada en cada punto de la misma. Estas televisiones crean distintos tonos de colores.
Pantallas de cristal líquido (LCD): están formadas por dos capas de vidrio con un material cristalino aislado en celdillas que pueden modificar su transparencia al paso de la corriente eléctrica.
Pantallas LED: formada por diodos LED, con lo que se ahorra energía y se mejora la calidad de imagen.