Generación eléctrica

Te explicamos qué es la generación de energía eléctrica, sus tipos y cómo se produce. Además, etapas del sector eléctrico.

¿Qué es la generación de energía eléctrica?

La generación de energía eléctrica engloba al conjunto de procesos distintos a través de los cuales puede producirse electricidad, o lo que es lo mismo, transformar otras formas de energía disponibles en la naturaleza (energía química, cinética, térmica, lumínica, nuclear, etc.) en energía eléctrica aprovechable.

La capacidad de producir electricidad es una de las principales preocupaciones de la humanidad contemporánea, dado que su consumo se ha masificado y normalizado desde su descubrimiento en el siglo XIX, a punto tal de hacerse indispensable en nuestra vida cotidiana. Nuestros hogares, las industrias, el alumbrado público, incluso nuestros artefactos personales, dependen de un suministro constante y estable de energía eléctrica.

Así, el consumo energético mundial va en franco aumento. Mientras que en 1900 el consumo global de energía era de apenas 0,7 Terawatts (0,7 x 10¹² W), ya en el año 2005 se estimó en unos 500 Exajulios (5 x 10²⁰ J), equivalentes a 138.900 Terawatts.

El sector industrial es el mayor consumidor de todos, y por ende el mundo desarrollado (el llamado Primer Mundo) es responsable de los mayores porcentajes de consumo. Estados Unidos, por ejemplo, consume el 25% de la energía generada mundialmente.

Por eso, la búsqueda de nuevas y más eficientes formas de obtenerla es un área en la que se invierten enormes recursos científicos y tecnológicos, especialmente en una época en la que los efectos climáticos de la industrialización y de la quema de combustibles fósiles se ha hecho no sólo evidente, sino alarmante.

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¿Cómo se produce la energía eléctrica?

La electricidad, en general, se produce en grandes instalaciones llamadas centrales eléctricas o plantas eléctricas, que aprovechando distintos tipos de materia prima o de procesos naturales “fabrican” la electricidad.

Para ello, en su mayoría, las centrales disponen de alternadores, que son grandes dispositivos que generan corriente alterna. Están compuestos a su vez por una bobina, que es un rollo grande y giratorio de material conductor eléctrico dispuesto en hilos, y un imán que permanece fijo.

Al hacer girar la bobina dentro del imán a grandes velocidades, se produce un fenómeno llamado inducción electromagnética: el campo magnético resultante moviliza los electrones del material conductor, creando un flujo de energía que luego deberá ser “preparada” para su distribución mediante una serie de transformadores.

El asunto, entonces, está en cómo hacer que la bobina gire a grandes velocidades y de manera constante. En los experimentos llevados a cabo en el siglo XIX con electricidad, se la generaba mediante el pedaleo de una bicicleta, lo cual producía apenas una mínima cantidad, desde luego.

En el caso de las plantas eléctricas, se requiere de algo mucho más sofisticado: una turbina, que es un artefacto giratorio capaz de transmitir energía mecánica a la bobina, haciéndola girar, a partir del aprovechamiento de otra fuerza.

Por ejemplo, puede utilizar la caída de agua en una cascada, o el soplo constante del viento, o en la mayoría de los casos, el vapor ascendente de una buena cantidad de agua hirviendo, para lo cual hace falta a su vez generar una cantidad constante de calor, mediante la combustión de diversos tipos de materiales.

Como se verá, el proceso completo de la generación de energía eléctrica no es más que la transformación de energía química en calórica (combustión), para luego convertirla en cinética y mecánica (al movilizar la turbina), y más tarde en electromagnética, es decir, en electricidad.

Etapas del sector eléctrico

El sector eléctrico es aquel que se encarga del circuito entero de producción de electricidad, desde su inicio hasta su consumo en cada una de nuestras casas, por ejemplo. El ciclo entero de producción de energía en este sector involucra las siguientes etapas:

• Generación. La primera etapa, lógicamente, consiste en la obtención de la electricidad a través de los medios disponibles, en cualquiera de los tipos de planta eléctrica que existen.
• Transformación. Una vez obtenida la electricidad, usualmente se la somete a un proceso de transformación que la prepara para su transporte a lo largo de una red de tendido, ya que la electricidad, a diferencia de otros productos y bienes, no se puede almacenar para su consumo posterior, sino que debe transmitirse inmediatamente.

De ello se encargan las llamadas subestaciones o plantas transformadoras, ubicadas en las cercanías de las plantas eléctricas, y también los centros de transformación, próximos a las poblaciones consumidoras, pues su misión es modular la tensión eléctrica para hacer la electricidad transportable (alta tensión) y consumible (baja tensión).

• Distribución. La electricidad finalmente debe suministrarse a nuestros hogares o a las industrias que la consumen a través de una red de cableado conocida como tendido eléctrico, y de la que usualmente se ocupan distintas empresas de distribución y comercialización de energía.
• Consumo. Finalmente, cada hogar consumidor o planta industrial posee una instalación de enlace, que une las redes de distribución con las instalaciones interiores, permitiendo que la energía se encuentre presente allí donde sea que la necesitemos.

Tipos de generación eléctrica

La generación eléctrica se clasifica, normalmente, por el tipo de central eléctrica en la que se produce, o lo que es lo mismo, según qué procedimiento específico se utiliza para, como explicamos antes, movilizar la turbina que hacer girar la bobina que a su vez genera la electricidad. Así, tenemos:

• Energía termoeléctrica de combustibles fósiles. Las centrales termoeléctricas son aquellas que producen electricidad a partir de la energía calórica, hirviendo de grandes cantidades de agua, o calentando similarmente otros gases, gracias a la combustión de diversos materiales orgánicos (carbón, petróleo, gas natural u otros combustibles fósiles) en una caldera interna. En estos casos, el gas en expansión es responsable de movilizar la turbina, y luego es enfriado para poder repetir el ciclo.
• Energía termonuclear. El principio de funcionamiento de la energía termonuclear no es distinto al de la termoeléctrica, con la salvedad de que el calor necesario para hacer girar las turbinas se obtiene a través de diversos procesos químicos de fisión de átomos pesados, es decir, bombardeando con partículas los núcleos atómicos de ciertos elementos, para forzarlos a convertirse en otros elementos más livianos y liberar una inmensa cantidad de energía. En estas plantas, conocidas como reactores, se sigue la misma lógica de la bomba atómica, pero aplicada a fines pacíficos. La desventaja es que produce residuos radiactivos de difícil manejo y altísima toxicidad.
• Energía geotérmica. De nuevo, en este caso el funcionamiento de la planta eléctrica obedece al modelo termoeléctrico, pero sin la necesidad de combustibles ni de calderas, pues se aprovecha el calor interno de la corteza terrestre. Para ello, se requiere de un emplazamiento tectónico conveniente, o sea, de un área con actividad tectónica que permita verter agua hacia las profundidades terrestres y aprovechar el vapor resultante para movilizar las turbinas eléctricas.
• Energía termosolar. Similar a los casos anteriores, este tipo de plantas eléctricas aprovechan la luz del sol, enfocándola y concentrándola mediante un complejo sistema de espejos, para así calentar líquidos a temperaturas de entre 300 y 1000 °C, e iniciar así el proceso termoeléctrico de generación.
• Energía fotovoltaica. Este tipo de energía también se obtiene aprovechando la luz solar, pero en un sentido distinto: mediante grandes campos de células fotovoltaicas, compuestas por diodos sensibles a la luz solar, que generan pequeños diferenciales de potencial en sus extremos. Se requieren grandes emplazamientos de estos paneles solares para generar electricidad, pero al mismo tiempo se lo hace sin requerir de materia prima y sin contaminar demasiado el ambiente.
• Energía hidroeléctrica. En este caso, las turbinas eléctricas de la planta de generación no se mueven por acción del calor, sino aprovechando la energía mecánica de una caída de agua. Por esa razón, se requiere de una topografía específica para ello, como cataratas, saltos, ríos caudalosos o cuerpos de agua en los que puedan implantarse diques o represas. Más allá de la brutal modificación de estos cuerpos de agua y de sus ecosistemas propios, se trata de una forma de energía limpia, barata y segura.
• Energía mareomotriz o undimotriz. Se llama así a las plantas de obtención de energía eléctrica a partir de las mareas o de las olas marinas, a través de instalaciones costeras que a través de dispositivos flotantes aprovechan el empuje del agua para movilizar las turbinas. Se trata sin embargo de formas poco potentes y poco rentables de obtención de energía, al menos por el momento.
• Energía eólica. Si en los casos anteriores se aprovechaba el movimiento natural del agua, en las plantas eólicas se aprovecha el empuje del viento, especialmente en regiones en que sopla constantemente, como las zonas costeras, las grandes planicies, o similares. Para ello se disponen de campos enteros de hélices gigantes, sensibles al paso del viento, que al moverse transmiten la energía mecánica a una turbina eléctrica. Se trata de una forma relativamente económica y segura de producción de electricidad, pero desafortunadamente muy poco potente y con un costo importante en materia paisajística.

Energías renovables

La obtención de electricidad es un proceso complejo y de altísimo impacto medioambiental, sobre todo en sus variantes tradicionales, como las de combustible fósil. Además, en estos últimos casos el combustible disponible cuenta con reservas limitadas, ya que el carbón y el petróleo tienen un origen geológico muy lento y prolongado, que no permite reponer las existencias planetarias al mismo ritmo en que las estamos consumiendo.

Por ello, muchos de los esfuerzos del sector energético se invierten en la búsqueda de posibles fuentes renovables, o en el perfeccionamiento de las que ya existen, como la energía solar, hidroeléctrica y geotérmica.

Sin embargo, las grandes esperanzas de la humanidad en materia energética apuntan a la posibilidad de la fusión atómica como fuente segura, confiable, no contaminante y renovable de energía: se toman átomos de hidrógeno, el elemento más abundante del universo, y se fusionan para generar enormes cantidades de energía, tal y como ocurre en el corazón de las estrellas en el espacio.

Desafortunadamente, dicha tecnología está aún lejos de nuestro alcance, de modo que la humanidad deberá hacer mayores esfuerzos para adaptar su consumo energético a las posibilidades del mundo, o correr el riesgo de arruinarlo por completo en nuestro deseo de contar con energía eléctrica infinita.

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Referencias

• “Generación de energía eléctrica” en Wikipedia.
• “Sistema de suministro eléctrico” en Wikipedia.
• “Cómo se genera la energía eléctrica” en Endesa.
• “¿Cómo se genera la energía eléctrica que consumes?” (video) en Instituto Tecnológico de Monterrey (México).
• “Tipos de generación de energía” en Seisa Energía.