Una central termoeléctrica es una instalación empleada a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.
Algunas centrales termoeléctricas contribuyen al efecto invernadero emitiendo dióxido de carbono. No es el caso de las centrales de energía solar térmica que, al no quemar ningún combustible, no lo hacen. También hay que considerar que la masa de este gas emitida por unidad de energía producida no es la misma en todos los casos: el carbón se compone de carbono e impurezas. Casi todo el carbono que se quema se convierte en dióxido de carbono -también puede convertirse en monóxido de carbono si la combustión es pobre en oxígeno-. En el caso del gas natural, por cada átomo de carbono hay cuatro de hidrógeno que también producen energía al convertirse en agua, por lo que contaminan menos por cada unidad de energía que producen y la emisión de gases perjudiciales procedentes de la combustión de impurezas -como los óxidos de azufre-es mucho menor.
Cuando el calor se obtiene mediante la fisión controlada de núcleos de uranio la central se llama central nuclear. Este tipo de central no contribuye al efecto invernadero, pero tiene el problema de los residuos radioactivos que han de ser guardados durante miles de años y la posibilidad de accidentes.
El efecto termoeléctrico en un material que relaciona el flujo de calor que lo recorre con la corriente eléctrica que lo atraviesa. Este efecto es la base de las aplicaciones de refrigeración y de generación de electricidad: un material termoeléctrico permite transformar directamente el calor en electricidad, o bien generar frío cuando se le aplica una corriente eléctrica.
Las aplicaciones actuales y potenciales son los materiales termoeléctricos se basan en dos aspectos del efecto Thomson:
Por un lado, el establecimiento de un flujo de calor, opuesto a la
difusión térmica, cuando un material sometido a un gradiente de
temperatura es atravesado por una corriente eléctrica, permite pensar
en aplicaciones de refrigeración termoeléctrica. Esta solución
alternativa a la refrigeración clásica que utiliza ciclos de
compresión-expansión no necesita de partes móviles, lo que incrementa
su fiabilidad y elimina los ruidos y vibraciones. Estas propiedades son
fundamentales en aplicaciones en las que la temperatura debe ser
regulada de forma muy precisa y fiable, como por ejemplo en los
contenedores empleados en el transporte de órganos para trasplantes o
en aquellas en las que las vibraciones son un inconveniente grave, como
por ejemplo: los sistemas de guía que emplean láser, o los circuitos integrados.
Además, la posibilidad de crear un flujo térmico a partir de una
corriente eléctrica de manera directa hace inútil el empleo de gases
como el freón, que resultan perjudiciales para la capa de ozono.
Por otra parte, la posibilidad de convertir un flujo de calor en corriente eléctrica permite aplicaciones de generación eléctrica
mediante efecto termoeléctrico, sobre todo a partir de fuentes de calor
residual como los tubos de escape de los automóviles, las chimeneas de
los incineradores, los circuitos de refrigeración de las centrales nucleares.
El uso de esta tecnología supondría en estos casos una mejora en el
rendimiento energético del sistema completo de manera «limpia». El
calor residual es aprovechado para obtener un mayor aprovechamiento de
la energía. Por ejemplo: el empleo de la termoelectricidad en los
automóviles permitiría suplir parcialmente el trabajo del alternador, reduciendo así aproximadamente en un 10% el consumo de combustible.
Además, la gran fiabilidad y durabilidad de estos sistemas (gracias
a la ausencia de partes móviles) ha motivado su empleo en la
alimentación eléctrica de sondas espaciales, como ocurre en la sonda espacial Voyager, lanzada al espacio en 1977. En ella el flujo de calor establecido entre el material fisible PuO2 (el PuO2 es radiactivo
y se desintegra, constituyendo entonces una fuente de calor) y el
exterior atraviesa un sistema de conversión termoeléctrica a base de
SiGe (un termopar de silicio y germanio), permitiendo de esta manera la alimentación eléctrica de la sonda (las sondas espaciales no pueden alimentarse mediante paneles solares más allá de Marte, ya que el flujo solar es demasiado débil). Véase el artículo Generador termoeléctrico mediante radioisótopo.
Como se verá a continuación, los sistemas de conversión que utilizan
el efecto termoeléctrico tienen un rendimiento muy pequeño, ya sea
generando electricidad o funcionando como refrigeradores. De momento
sus aplicaciones están limitadas a sectores comerciales en los que la
fiabilidad y la durabilidad son más importantes que el precio. Sin
embargo la termoelectricidad fue utilizada extensamente en las partes
alejadas de la Unión Soviética durante la década de 1920 para accionar radios. El equipo utilizaba barras de bimetal,
un extremo de las cuales se insertaba en la chimenea para conseguir
calor, y el otro extremo se ponía en el exterior, en el frío.
Se denomina energía termoeléctrica a la forma de energía que resulta de liberar el agua de un combustible para mover un alternador y producir energía eléctrica. Desde la antigüedad, el hombre ha necesitado generar energía térmica para cubrir sus necesidades de abrigo, alimentación, iluminación, fabricación de herramientas, y también para resolver todos aquellos problemas que no puede afrontar con el sólo uso de su fuerza física, como accionar medios transparentes, maquinarias , armamento, etc. La energía termoeléctrica puede usar como combustibles productos fósiles como petróleo, carbón o gas natural ciclo combinado, átomos de uranio, en el caso de la energía nucler, y energía solar para la generación solar-termoeléctrica. |
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