Describe el funcionamiento de una planta termosolar enumerando las cinco etapas, desde la incidencia de los rayos solares hasta la distribución de la electricidad en la red.

solar térmica vapor cinética eléctrica

Menciona tres razones por las que las celdas solares son amigables con el medio ambiente y compáralas con una central de gas natural.

Emisiones solares = 0; Emisiones gas > 0

¿Por qué las sustancias del depósito (sales o aceite térmico) deben cumplir cuatro propiedades específicas? Enuméralas.

Líquidas + Resistentes al calor + Conductoras + No corrosivas

Libro de De Lo Humano y Lo Comunitario 3

SEP/CONALITEG

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Energía solar: helióstatos, plantas termosolares y celdas fotovoltaicas

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La planta termosolar usa helióstatos para calentar fluido (315-500 °C), produce vapor que mueve turbina y generador. Las celdas solares generan electricidad sin combustibles ni emisiones; una central de gas consume ~400 g de gas por kW·h.

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Solución — Página 108

Colección Nanahuatzin. De lo humano y lo comunitario. Libro de Educación Telesecundaria Grado 3° Ciclo Escolar 2025 - 2026

Ejercicio 1

Contenido de la página

Ejercicio 1

Planta termosolar (energía solar concentrada)

El proceso de generación eléctrica mediante energía solar concentrada se desarrolla en cinco etapas:

Helióstatos: Los rayos solares inciden sobre los helióstatos, que son espejos curvados o planos diseñados para reflejar los rayos solares hacia un punto específico.
Depósito de fluido térmico: Los rayos reflejados se concentran en un depósito que contiene una mezcla de sales o aceite térmico. Este líquido se calienta hasta alcanzar temperaturas que van desde los $315\,^{\circ}\text{C}$ hasta los $500\,^{\circ}\text{C}$ . Estas sustancias deben mantenerse líquidas en todo momento, resistir altas temperaturas, transferir calor de manera eficiente y no corroerse.
Intercambiador de calor: El fluido caliente pasa por un intercambiador de calor, donde transfiere su energía térmica a un circuito secundario que contiene agua. El agua se calienta y se convierte en vapor.
Turbina: El vapor a alta presión ingresa a una turbina, donde transfiere su energía al eje de la turbina.
Generador y red eléctrica: El eje de la turbina de vapor está conectado a un generador, donde se convierte la energía cinética en energía eléctrica. Luego, esta electricidad se ajusta mediante un transformador para ser distribuida a través de la red eléctrica de alta tensión.

Cadena de transformación de la energía:

$E_{\text{solar}} \rightarrow E_{\text{térmica (fluida)}} \rightarrow E_{\text{térmica (vapor)}} \rightarrow E_{\text{cinética (turbina)}} \rightarrow E_{\text{eléctrica}}$

Ejercicio 2

Celdas solares (fotovoltaicas)

El abaratamiento de las celdas solares y la disponibilidad gratuita de energía solar han impulsado su uso en gran medida.
Estas celdas están presentes en luminarias para el alumbrado público y residencial, así como en cargadores de teléfonos u otros dispositivos que funcionan con corriente directa (CD).
Son amigables con el medio ambiente: durante su funcionamiento no emiten ningún contaminante, no requieren combustibles y, por lo tanto, no generan emisiones dañinas al producir electricidad.

Comparación con una central de gas natural:

Fuente	Combustible	Emisiones	Costo del combustible
Celda solar	Ninguno (sol)	Cero contaminantes	Gratuito
Central de gas natural	Gas natural	Emisiones dañinas	$≈ 400\,\text{g de gas por } \text{kW}\cdot\text{h}$ producido

Cálculo ilustrativo: si una central de gas consume alrededor de $400\,\text{g}$ de gas por cada $\text{kW}\cdot\text{h}$ producido, para $100\,\text{kW}\cdot\text{h}$ se necesitarían:

$400\,\frac{\text{g}}{\text{kW}\cdot\text{h}} \times 100\,\text{kW}\cdot\text{h} = 40\,000\,\text{g} = 40\,\text{kg de gas}$

Una celda solar produciría esos mismos $100\,\text{kW}\cdot\text{h}$ sin consumir ningún gramo de gas.

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Energía solar

Planta termosolar

Los rayos solares inciden sobre los helióstatos, que son espejos curvados o planos diseñados para reflejar los rayos solares hacia un punto específico.
Los rayos reflejados se concentran en un depósito que contiene una mezcla de sales o aceite térmico. Este líquido se calienta hasta alcanzar temperaturas que van desde los $315\,^{\circ}\text{C}$ hasta los $500\,^{\circ}\text{C}$ . Estas sustancias deben mantenerse líquidas en todo momento, resistir altas temperaturas, transferir calor de manera eficiente y no corroerse.
El fluido caliente pasa por un intercambiador de calor, donde transfiere su energía térmica a un circuito secundario que contiene agua. El agua se calienta y se convierte en vapor.
El vapor a alta presión ingresa a una turbina, donde transfiere su energía al eje de la turbina.
El eje de la turbina de vapor está conectado a un generador, donde se convierte la energía cinética en eléctrica. Luego, esta electricidad se ajusta mediante un transformador para ser distribuida a través de la red eléctrica de alta tensión.

Celdas solares

El abaratamiento de las celdas solares y la disponibilidad gratuita de energía solar han impulsado su uso en gran medida. Estas celdas están presentes en luminarias para el alumbrado público y residencial; así como en cargadores de teléfonos u otros dispositivos que funcionan con corriente directa. Además, son amigables con el medio ambiente, ya que durante su funcionamiento no emiten ningún contaminante; no requieren combustibles y, por lo tanto, no generan emisiones dañinas al producir electricidad, como ocurre con una central eléctrica que utiliza gas natural (por cada kilovatio-hora producido, consume alrededor de 400 gramos de gas).

Ejemplos resueltos

¿Cuántos gramos de gas consume una central eléctrica de gas natural para producir 100 kW·h?

Datos: consumo específico = $400\,\text{g}/(\text{kW}\cdot\text{h})$ ; energía producida $E = 100\,\text{kW}\cdot\text{h}$ .
Sustitución: $m = 400\,\frac{\text{g}}{\text{kW}\cdot\text{h}} \times 100\,\text{kW}\cdot\text{h}$ .
Operación: $m = 40\,000\,\text{g}$ .
Conversión: $40\,000\,\text{g} = 40\,\text{kg}$ .

Respuesta: $40\,\text{kg de gas}$ .

Tabla

Fuente	Combustible	Emisiones	Costo
Celda solar	Ninguno (luz solar)	Cero contaminantes	Gratuito
Central de gas natural	Gas natural	Emisiones dañinas	~400 g de gas por kW·h

Diagrama

flowchart LR
    A[Rayos solares] --> B[Helióstatos espejos]
    B --> C[Depósito de sales/aceite térmico 315-500 °C]
    C --> D[Intercambiador de calor]
    D --> E[Agua → Vapor]
    E --> F[Turbina de vapor]
    F --> G[Generador eléctrico]
    G --> H[Transformador]
    H --> I[Red eléctrica de alta tensión]

Fórmulas y ecuaciones

$\text{Consumo de gas}$ $\approx$ $400\$ , $\text{g por }$ $\text{kW}@@MATH_0@@\text{h}$ producido

$315\,^{\circ}@@MATH_0@@\text{C}$

$T_{@@MATH_0@@\text{C}$ $\text{ a }$ $500\,^{\circ}$ $\text{C}$

$\text{Gas consumido}$ = $400\$ , $\frac{\text{g}}{\text{kW}\cdot\text{h}}$ $\times$ E

$E_{@@MATH_0@@\cdot$ $\text{h}$ = $40\,000\$ , $\text{g}$ = $40\$ , $\text{kg}$

Glosario (5)

Helióstatos: Espejos curvados o planos que reflejan los rayos solares hacia un punto específico.
Fluido térmico: Mezcla de sales o aceite que se calienta con los rayos solares y transfiere calor; opera entre 315 °C y 500 °C.
Intercambiador de calor: Dispositivo que transfiere la energía térmica de un fluido a otro circuito, en este caso agua que se convierte en vapor.
Celdas solares: Dispositivos fotovoltaicos que convierten la luz solar directamente en corriente eléctrica continua.
Kilovatio-hora: Unidad de energía eléctrica que corresponde a la energía producida por una potencia de 1 kW durante una hora.

Preguntas para practicar

¿Qué ventaja ambiental tienen las celdas solares frente a una central eléctrica que utiliza gas natural?

Las celdas solares no emiten contaminantes ni requieren combustibles, por lo que no generan emisiones dañinas; en cambio, la central de gas natural consume alrededor de 400 gramos de gas por cada kilovatio-hora producido y emite gases dañinos a la atmósfera.

¿Por qué el vapor a alta presión debe ingresar a la turbina y no directamente al generador?

El vapor transporta energía térmica y de presión; al expandirse en la turbina la convierte en energía mecánica de rotación (cinética) en el eje, que es lo que finalmente el generador transforma en electricidad. Sin la turbina no habría movimiento mecánico para el generador.

¿Por qué la electricidad se ajusta con un transformador antes de distribuirse por la red de alta tensión?

El transformador eleva el voltaje para transportar la electricidad a larga distancia reduciendo las pérdidas por efecto Joule en las líneas; luego, en los puntos de consumo, el voltaje se reduce a niveles seguros.

Temas y conceptos clave

Energía solar termosolarCeldas solares fotovoltaicasEnergías renovables vs combustibles fósileshelióstatosfluido térmico (sales o aceite)intercambiador de calorturbina de vaporgenerador eléctricotransformadorceldas solarescorriente directa

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Figuras de la página (3)

Poste de alumbrado público con panel solar inclinado sobre fondo azul. — Figura 1 image

Ilustración de una casa con paneles solares en el techo y sol saliendo detrás. — Figura 2 image

Mochila con celdas solares integradas conectada por cable a un teléfono celular que se está cargando. — Figura 3 image

Preguntas que la gente también hace

¿Qué función cumplen los helióstatos en una planta termosolar?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Qué diferencia hay entre celdas solares y una central de gas natural?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿A qué temperatura se calienta el fluido en un depósito termosolar?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Transformaciones de la energía
• Estados de la materia (líquido, vapor)
• Conceptos de energía cinética y eléctrica
• Unidades de temperatura en grados Celsius

Siguiente tema sugerido

Ventajas y desventajas de las energías renovables frente a los combustibles fósiles

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1798 caracteres

Los rayos solares inciden sobre los helióstatos, que son espejos curvados o planos diseńados para reflejar los rayos solares hacia un punto específico.

Los rayos reflejados se concentran en un depósito que contiene una mezcla de sales o aceite térmico. Este líquido se calienta hasta alcanzar temperaturas que van desde los 315C(grados Celsius) hasta los 500C.Estas sustancias deben mantenerse liquidas en todo momento, resistir altas temperaturas, transferir calor de manera efi ciente y no corroerse.

El fuido caliente pasa por un intercambiador de calor, donde transfiere su energia térmica a un circuito secundario que contiene agua. El agua se calienta y se convierte en vapor.

El vapor a alta presión ingresa a una turbina, donde transfiere su energía al eje de la turbina.

E eje de la turbina de vapor está conectado a un generador, donde se convierte la energia cinética en electrica. Luego, esta electricidad se ajusta mediante un transformador para ser distribuida a través de la red eléctrica de alta tensión.

El abaratamiento de las celdas solares y la disponibilidad gratuita de energia solar han impulsado su uso en gran medida. Estas celdas están presentes en luminarias para el alumbrado público y residencial; así como en cargadores de teléfonos u otros dispositivos que funcionan con corriente directa. Además, son amigables con el medio ambiente, ya que durante su funcionamiento no emiten ningún contaminante; no requieren combustibles y, por lo tanto,no generan emisiones daninas al producir electricidad, como ocurre con una central eléctrica que utiliza gas natural (por cada kilovatio-hora producido, consume alrededor de 400 gramos de gas).

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