Centrals elèctriques: energia i funcionament
Energia en centrals elèctriques
L'energia que utilitzen les centrals elèctriques per aconseguir el seu objectiu s'anomena energia primària. Per a produir energia elèctrica es fan diferents transformacions energètiques:
- D'energia primària a energia mecànica cinètica.
- D'energia mecànica cinètica a energia elèctrica.
Les màquines encarregades de transformar l'energia primària en energia mecànica cinètica són les turbines. Els alternadors són els encarregats de transformar en energia elèctrica l'energia cinètica produïda per la turbina. El conjunt de turbina i alternador s'anomena turboalternador.
L'energia elèctrica generada a les centrals es transporta al lloc de consum mitjançant les línies de transport i distribució.
- Energies renovables: Aigua, sol, vent.
- Energies no renovables: Carbó, fuel, gas natural, urani.
L'alternador
És un generador elèctric de corrent. Són màquines rotatives que transformen l'energia mecànica cinètica produïda a la turbina en energia elèctrica.
La turbina
És una màquina rotativa que transforma en energia mecànica l'energia potencial i cinètica de l'aigua, vapor o gas. Una turbina hidràulica consta, fonamentalment, d'una part fixa, anomenada distribuïdor, i d'una part mòbil, anomenada rodet.
- El distribuïdor s'encarrega de dirigir el cabal d'aigua sobre una roda mòbil.
- El rodet és una roda amb àleps o paletes en l'eix de la qual té lloc la transformació energètica de l'aigua.
Tipus de turbines
- Turbina Pelton: És una turbina d'acció, tangencial i normalment d'eix horitzontal. S'utilitza en salts de gran altura (superiors a 200 m) i petits cabals d'aigua.
- Turbina Francis: De reacció, radial-axial, normalment d'eix vertical. S'utilitza en salts d'aigua d'altura inferior a 200 m i per a una àmplia gamma de cabals d'aigua.
- Turbina Kaplan: És una turbina de reacció radial-axial, normalment d'eix vertical. S'utilitza en salts de petita altura (fins a 50 m) amb cabals d'aigua que solen superar els 15 m³/s.
Centrals tèrmiques convencionals
Són les que utilitzen com a energia primària combustibles fòssils com el carbó i el gas, o algun producte derivat del petroli, com el fuel. El seu funcionament es basa en la transformació, en una caldera, de l'aigua en vapor. Aquest vapor és conduït per canonades fins a la turbina. El vapor xoca contra els àleps de la turbina, i produeix un moviment rotatiu en l'eix d'aquesta. Quan el vapor surt de la turbina, no pot ser abocat a l'exterior, ja que l'aigua és un bé escàs. Per solucionar aquest problema, s'instal·la a la sortida d'aquella un condensador, que fa que el vapor es converteixi de nou en aigua, per poder repetir el cicle.
Centrals nuclears
Utilitzen l'energia que hi ha en la massa dels àtoms per a produir energia elèctrica. Funcionen de manera anàloga a una central termoelèctrica convencional. L'energia calorífica, en comptes de provenir de la combustió de carbó, petroli o gas, prové de la fissió d'àtoms d'urani que té lloc al reactor.
Energies alternatives
- Centrals hidràuliques: S'eleva el nivell de l'aigua amb una presa, amb la qual cosa s'adquireix energia potencial. L'aigua embassada es fa baixar per una canonada forçada, i es converteix així l'energia potencial en energia cinètica. Quan l'aigua arriba a la turbina, mou els àleps i genera un moviment de rotació en l'eix d'aquesta. Quan aquest moviment es transmet a l'alternador, es genera energia elèctrica en els seus borns.
- Energia eòlica: Aquestes instal·lacions estan formades per un conjunt d'aerogeneradors o molins de vent. Quan el vent mou les pales de l'aerogenerador, es produeix un moviment de rotació en l'eix de la turbina. Un sistema de transmissió multiplica les voltes de l'eix i transmet el moviment de gir a l'eix de l'alternador, que genera energia elèctrica.
- Energia geotèrmica: Present a l'interior del nostre planeta en forma de calor. S'injecta aigua per un tub fins a la profunditat necessària perquè la temperatura de l'interior de la terra la converteixi en vapor. Finalment, el vapor produït s'extreu per un altre tub.