Generació, transport i distribució d'energia elèctrica

• Generació d'energia

L'energia elèctrica s'aconsegueix mitjançant transformacions químiques, fent girar un generador elèctric i recollint llum solars amb panells fotovoltaics.

La principal manera de produir energia elèctrica és la que s'aconsegueox donant moviment a una turbina que mou un generador elèctric.

• Transport i distribució d'electricitat

Per fer servir l'electricitat cal portar el corrent elèctric des de les centrals productores fins als llocs on es consumeix.

La quantitat d'energia que es transporta en la unitat de temps depèn de les característiques de la línia elèctrica.

Per comprendre millor el procès de transport i distribució hem de repassar el concepte de potència elèctrica.

La potència elèctrica (P) és l'energia elèctrica consumida per unitat de temps.

P = V · I

                         On:

                  P: potència (expressada en watts, W). V: tensió (expressada en volts, V). I: intensitat (expressada en amperes, A).

Hem de tenir en compte que:
1. Com més intensitat transporten, la secció de cables elèctrics ha de ser més gran.
2. Com més intensitat hi ha, gran part de l'energia elèctrica es perd en transformar-se en calor, perquè com circula més intensitat hi ha més xocs entre els electrons i el material del cable conductor.

Per tant, si volem transportar energia elèctrica, hem d'augmentar el voltatge i reduir la intensitat.

El Mapa d'Energia

ACTIVITATS

1. Indica, mitjançant un diagrama de blocs, les transformacions energètiques que es produeixen en:

a) Una batedora. Energia electrica -> energia mecànica

b) Una cuina de gas. Energia quimica -> energia tèrmica

c) Un microones. Energia electrica -> energia radiant

d)Focs artificials. Energia quimica -> energia lluminosa

2. Si per escalfar el menjar fan falta 1000 kcal, quants joules necesitem?4.180.000

I si fem servir electricitat, quants kWh necesitem? 1, 16

3. Quin tipus de generadors farà servir un cotxe? Bateria alternant.

On emmagatzema l'energia elèctrica? En la bateria i un alternador.

4. On és el transformador reductor de tensió de la teva localitat? A Sant Boi

5. Els electrodomestics següents disposen d'un transformador reductor de 220 volts a 12 volts a l'interior. Quina potència consu,eixen? Analitza quina intensitat caldria si la línia  d'alimentació fos de 12 volts en compte de 220. Copia i emplena la taula següent a la llibreta.

6. Quins combustibles es poden fer servir a les centrals tèrmiques? Residus de la biomassa, petroli, llenya, carbó, gas. Podríem fer servir llenya? Si

9. Quina funció té el grup turbina-generador en una central hidroelèctrica? cambiar energia mecànica a elèctrica. La turbina genera moviment i el generador transforma la energia.

10. Explica amb el teu llenguatge com funciona una central hidroelèctrica. 
S'emmagatzema l'aigua en un pantà, es canalitza i arriba a una turbina que converteix l'aigua de mecànica a elèctrica.

16. Investiga en quines zones de Catalunya hi ha parcs eòlics. 
En Tarragona i Girona.

17. Relaciona les fonts d'energia següents amb el tipus d'energia que tenen:

Sol: Energia radiant, energia química, energia mecànica, energia tèrmica, energia elèctrica.

Biomassa: Energia química, energia elèctrica.

Hidràulica: Energia mecànica.

Eòlica: Energia mecànica.

Carbó, gas, petroli: Energia nuclear, energia quìmica, energia tèrmica.

18. Enumera en quines altres formes d'energia pots transformar l'energia elèctrica. Posa exemples de màquines que facin cada transformació.
Elèctrica - Calorífica ---- Estufa
Elèctrica - Mecànica ---- Ventilador
Elèctrica - Lluminosa  ---- Bombeta

19. Classifica en renovables i no renobables les fonts d'energia següents:
- Gas Natural - no renobable
- Bioalcohol - renobable
- Urani - no renobable
- Oli vegetal -  renobable
- Vent - renobable
- Fusta - renobable
- Petroli - no renobable
- Carbó - renobable
- Gas Metà - no renobable
- Hidràulica - renobable

20. Una nevera pot servir de calefacció? 
Si, perquè per darrere surt calent. Expulsa aire 

22. Com podem fer girar el generador d'una central tèrmica? Pel vapor a pressió - calentant aigua - cremant residus. Obtenin energia partint del vapor.

24. Quines transformacions energètiques passen quan:  
a) Es planxa amb vapor. Elèctrica - Calorífica  
b) Es renta la roba amb aigua calenta. Elèctrica - Mecànica / Mecànica - Calorífica (per aigua calenta).

40. Quin és l'origen de la pauraula joule utilitzada com a unitat de energia?
El joule (de símbol: J) és la unitat d'energia, quantitat de calor i treball en el Sistema Internacional d'Unitats. Va ser anomenada així en honor del físic anglès James Prescott Joule(1818 – 1889). Es tracta d'una unitat derivada que es defineix com el treball que fa una força d'un newton quan el punt on s'aplica es desplaça un metre en la direcció de la força. En termes d'unitats bàsiques del SI s'expressa en quilogram per metre quadrat dividit entre segon al quadrat:

1J=1Kg·m²·s^-2

Seguint les normes del Sistema Internacional d'Unitats publicades pel l'Oficina Internacional de Pesos i Mesures el nom de les unitats s'ha d'escriure en minúscula (joule) i el símbol amb la lletra majúscula J atès que deriva d'un nom propi.

HISTÒRIA
El 1889 la British Association for the Advancement of Science va suggerir el nom de joule per a la unitat d'energia, el nom va ser adoptat al segon Congrès international. El joule és la unitat de la quantitat de calor, sembla que la Conferència va trobar alguns problemes amb els defensors de la caloria. Una altra mostra d'ambigüetat és que a la mateixa 9^a reunió de la CGPM es va adoptar una resolució referent a l'escriptura dels noms i símbols de les unitats on encara apareixia l'erg, no seria fins el 1960, a la 11^a reunió de la CGPM, quan es va definir el Sistema Internacional d'Unitats, que el joule quedaria definit clarament com l'única unitat d'energia, treball i quantitat de calor. En el camp de les radiacions ionitzants les unitats de mesura per a la dosi absorbida i la dosi equivalent de radiació són les mateixes, el joule per quilogram però per evitar confusions s'utilitzen unitats amb un nom específic, el gray i el sievert respectivament. El 1971 la Unió Europea va publicar la directiva 71/354/EEC instant els estats membres a utilitzar les unitats del Sistema Internacional, amb joule com la unitat d'energia tot i que permetia la utilització de la caloria fins el 1977 i de l'erg fins el 1979. La directiva 80/181/EEC del 1979 va confirmar la utilització del SI i el joule però va permetre la utilització d'algunes altres unitats, com la caloria, sempre i quan el seu ús fos suplementari a la unitat corresponent del SI i temporalment fins a finals del 1989. 

41. A quina tensió treballen aquets aparells?

ENERGIA HIDRÀULICA

És l’energia que te l’aigua embassada als pantans quan està a una gran altura respecte de la presa. L’aigua baixa amb molta velocitat, mou les turbines i, a través dels generadors, produeix energia elèctrica. És d’origen solar, ja que és el Sol qui evapora l’aigua (del terra, per l’evapotranspiració de les plantes, de rius i mars…). Quan l’aigua puja es condensa i forma els núvols, i aquests, quan descarreguen les seves gots, tornen l’aigal als rius, amb la qual cosa la podem tornar a emmagatzemar als pantans.

ENERGIA NUCLEAR

A les centrals nuclears, els nuclis dels àtoms d’urani es trenquen i alliberen molta calor. Amb aquesta energia es transforma l’aigua en vapor a alta pressió, i el vapor és el que mou les turbines i els alternadors per produir l’electricitat. Aquestes centrals plantegen molts inconvenientes, com ara els residus radioactius que generen, que són molts difícils de guardar. A més, aquests residus es mantenen actius durants milers o milions d’anys.

ENERGIA GEOTÈRMICA

Al subsòl d’algunes zones hi ha focus de calor acumulada de l’interior de la Terra. Aquesta calor s’aprofita fent-hi passar canonades d’aigua freda, que quan entren en contacte amb el focus calent surt a més temperatura.

ENERGIA FOTOVOLTAICA

La llum del Sol es transforma directament en electricitat als panells fotovoltaics, que ja es fan servir en moltes zones on no hi ha línies elèctriques. Amb aquesta electricitat també podem descompondre l’aigua en Hidrogen (H2) i oxigen (O2). L’hidrogen és un combustible magnific que, a més a més, no contamina. D’aquesta manera podem emmagatzemar l’energia solar en forma d’energia química.

ENERGIA SOLAR

És la font de gairebé totes les energies que fem servir. És gratuïta i neta. Ens arriba en 8 minuts des del Sol fins a la Terra, a través de l’espai i en forma de llum i calor. Si la poguéssim concentrar i aprofitar més bé, sobraria energia per tot el món.

El Sol escalfa la superfície de la Terra, que alhora escalfa l’aire que està en contacte amb aquesta. L’aire calent quan ascendeix, origina una baixa pressió (com un buit) que és reemplaçat ràpidament per l’aire d’una altra zona, i d’aquesta manera s’origina el vent.

COMBUSTIBLES FÒSILS

El carbó, el gas natural i el petroli. Són d’origen solar. S’han format a partir de falgueres i plàcton marí de fa milions d’anys que van créixer gràcies a la fotofíntesi. Constitueis la font d’energia més utilitzada. Són molt contaminants.

ENERGIA EÒLICA

És l’energia causada per el moviment de l’aire que fa girar les aspes dels molins. Aquests, mitjançant un sistema d’engranatges, multipliquen enormement la velocitat de gir d’un generador elèctric.

BIOMASSA

És l’energia acumulada las éssers vius. Gràcies a la llum del Sol creixen les plantes (fotosíntesi) i emmagatzemen l’energia a la seva massa (biomassa: <<massa dels éssers vius>>). Els residus orgànics de tota mena es cremen per obtenir energia tèrmica.

LLAMPS

L’energia d’un llamp és enorme, però encara no hem desemvolupat la tecnologia per aprofitar-la. Es formen amb les gotetes d’aigua y els microcristalls de gel dels núvols, que amb el contacte es van carregant d’electricitat estàtica.