Modulo 5 - PowerPoint PPT Presentation

Energía:

Recursos, energía renovable

SENSIBILIZACIONRECURSOS ENERGÉTICOS

Energías no renovables

Energías renovables

 Uso sostenible de los recursos energéticos

¿ Cómo se puede ahorrar energía ?

¿ Cómo podemos ahorrar energía en casa ?

La energía es la fuerza vital de nuestra sociedad.

De ella dependen la iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de nuestras casas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimento y su preparación, el funcionamiento de las fábricas, etc. 

Hace poco más de un siglo las principales fuentes de energía eran la fuerza de los animales y la de los hombres y el calor obtenido al quemar la madera. El ingenio humano también había desarrollado algunas máquinas con las que aprovechaba la fuerza hidráulica para moler los cereales o preparar el hierro en las herrerías, o la fuerza del viento en los barcos de vela o los molinos de viento

Pero la gran revolución vino con la máquina de vapor, y desde entonces, el gran desarrollo de la industria y la tecnología han cambiado, drásticamente, las fuentes de energía que mueven la moderna sociedad. Ahora, el desarrollo de un país está ligado a un creciente consumo de energía de combustibles fósiles como el petróleo, carbón y gas natural.

La energía se manifiesta realizando un trabajo. Por eso sus unidades son las mismas que las del trabajo. En el SI (Sistema Internacional de Unidades) la unidad de energía es el julio. Se define como el trabajo realizado cuando una fuerza de 1 newton desplaza su punto de aplicación 1 metro.

En la vida corriente es frecuente usar la caloría. 1 Kcal = 4,186 · 103 julios. Las Calorías con las que se mide el poder energético de los alimentos son en realidad Kilocalorías (mil calorías).

Para la energía eléctrica se usa el kilovatio-hora. Es el trabajo que realiza una máquina cuya potencia es de 1 KW durante 1 hora.

1 KW-h = 36·105 J

Cuando se estudian los combustibles fósiles como fuente de energía se usan dos unidades:

• tec (tonelada equivalente de carbón): es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla) 1 tec = 29,3 · 109 J 
• tep (tonelada equivalente de petróleo): es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de crudo de petróleo. 1 tep= 41,84 · 109 J 

el 99% de la energía utilizada para calentar la tierra y todos nuestros edificios proviene directamente del sol.

Sin esta entrada inagotable de energía solar, la temperatura media de la tierra sería de -240 °C y no existiría la vida tal y como la conocemos.

La energía solar también contribuye a reciclar el carbono, oxígeno, agua y otros elementos que necesitamos nosotros y los demás organismos para mantenernos vivos y sanos.

La entrada directa de energía solar también produce varias formas de energía renovable: viento, agua que fluye y caídas de agua (energía hidráulica) y biomasa (energía solar convertida en energía química almacenada en los enlaces químicos de los compuestos orgánicos en los árboles y otras plantas).

El 1% restante, la porción que nosotros generamos para complementar la energía solar es energía comercial que se vende en el mercado. La mayor parte de la energía comercial se obtiene al extraer y quemar recursos minerales obtenidos de la corteza terrestre, principalmente combustibles fósiles no renovables

energía geotérmica, carbón, petróleo y gas natural. La mena de uranio también se extrae de la corteza terrestre y después se procesa para aumentar su concentración de uranio-235, que puede usarse como combustible en los reactores nucleares para producir electricidad.¿

La energía comercial supone sólo un 1% de la energía que se consume en el mundo; el otro 99% proviene del sol y no se vende en el mercado.

Los países desarrollados y los que están en vías de desarrollo difieren mucho en cuanto a sus fuentes de energía y en su consumo medio de energía per cápita.

La fuente suplementaria de energía más importante para los países en vías de desarrollo es la biomasa potencialmente renovable, especialmente la leña y el carbón hecho de leña

(Datos del Departamento de Energía de EEUU y de British Petroleum y del Instituto Worldwatch.)

Con sólo el 4,6% de la población consume el 24% de la energía comercial de todo el mundo; el 93% procede de combustibles fósiles no renovables (85%) y energía nuclear (8%).

La India, en cambio, con el 17% de la población, sólo consume un 3% aproximadamente de la energía comercial mundial.

El cambio de la madera al carbón y después del carbón al petróleo y al gas natural han llevado unos 50 años cada uno de ellos.

Se espera que el petróleo a un precio razonable se agote en un plazo entre 40 a 80 años además de que la quema de combustibles fósiles es la causa principal de polución del aire y del calentamiento previsto de la atmósfera.

Por ello, se cree que deberíamos hacer un nuevo cambio en nuestros recursos energéticos a lo largo de los próximos 50 años.

Algunos creen que este cambio debería traer consigo una mejora en la eficiencia de la energía y una utilización mucho mayor de la energía solar y el hidrógeno. (Datos del Departamento de Energía de EEUU.)

Obsérvese que sólo el 16% de la energía comercial utilizada en EEUU termina

realizando trabajo útil o convertida en derivados del petróleo; el resto, o bien se desaprovecha de forma automática e inevitable debido a la segunda ley de la energía (41%) o se despilfarra innecesariamente (43%).

La eficiencia de la energía es el porcentaje de energía total de entrada que realiza un trabajo útil (que no se convierte en energía de baja calidad,

fundamentalmente calor inútil) en un sistema de conversión de energía.

Debido a la segunda ley de la termodinámica, a mayor número de etapas de un proceso de conversión de energía, menor será su rendimiento neto.

El 86% de la energía que se utiliza para proporcionar calefacción por medio de electricidad producida en una central nuclear se desperdicia.

Si se suma la energía adicional para manejar los residuos radiactivos y el desmantelamiento de las centrales el rendimiento neto de energía de una planta nuclear es sólo del 8% (o el 92% de despilfarro).

En cambio, con la calefacción pasiva solar, sólo se desperdicia un 10% de la energía solar entrante.

• Los combustibles fósiles son el carbón, el petróleo y el gas.
• Han sido los protagonistas del impulso industrial hasta nuestros días.
• De ellos depende gran parte de la industria y el transporte actualmente
• Ellos cubren casi el 90% de la energía comercial usada en el mundo.
• Estan compuesto por restos de organismos que vivieron hace millones de años.
• El carbón se formó a partir de plantas terrestres
• El petróleo y el gas natural a partir de microorganismos y animales principalmente acuáticos.
• Estos combustibles han permitido un avance sin precedentes en la historia humana, pero son fuentes de energía que llamamos no renovables.
• Esto significa que cantidades que han tardado en formarse miles de años se consumen en minutos y las reservas de estos combustibles van disminuyendo a un ritmo creciente.
• Además, estamos agotando un recurso del que se pueden obtener productos muy valiosos, como plásticos, medicinas, etc., simplemente para quemarlo y obtener energía.

• Es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias.
• Es una de las principales fuentes de energía.
• En 1990, por ejemplo, el carbón suministraba el 27,2% de la energía comercial del mundo.

Formación.

• El carbón se formó, principalmente, cuando los extensos bosques de helechos y equisetos gigantes que poblaban la Tierra hace unos 300 millones de años, en el periodo Carbonífero de la era Paleozoica, morían y quedaban sepultados en los pantanos en los que vivían.
• Al ser el terreno una mezcla de agua y barro muy pobre en oxígeno, no se producía la putrefacción habitual y, poco a poco, se fueron acumulando grandes cantidades de plantas muertas
• Con el tiempo nuevos sedimentos cubrían la capa de plantas muertas, y por la acción combinada de la presión y la temperatura, la materia orgánica se fue convirtiendo en carbón.

• Según las presiones y temperaturas que los hayan formado distinguimos distintos tipos de carbón: turba, lignito, hulla (carbón bituminoso) y antracita.
• Cuanto más altas son las presiones y temperaturas, se origina un carbón más compacto y rico en carbono y con mayor poder calorífico.. 
• La turba es poco rica en carbono y muy mal combustible.
• El lignito viene a continuación en la escala de riqueza, pero sigue siendo mal combustible, aunque se usa en algunas centrales térmicas.
• La hulla es mucho más rica en carbono y tiene un alto poder calorífico por lo que es muy usada, por ejemplo en las plantas de producción de energía. Está impregnada de sustancias bituminosas de cuya destilación se obtienen interesantes hidrocarburos aromáticos y un tipo de carbón muy usado en siderurgia llamado coque, pero también contiene elevadas cantidades de azufre que son fuente muy importante de contaminación del aire.
• La antracita es el mejor de los carbones, muy poco contaminante y de alto poder calorífico.

• Los mayores depósitos de carbón están en América del Norte, Rusia y China,
• Con el actual ritmo de consumo se calculan reservas de carbón para algo más de 200 años, aunque si se tienen en cuenta las que no son fáciles de explotar en el momento actual, las reservas podrían llegar para otros mil años.

Problemas ambientales de la explotación y el uso del carbón

• La minería del carbón y su combustión causan importantes problemas ambientales y tienen también consecuencias negativas para la salud humana
• En el proceso de uso del carbón también se producen importantes daños ambientales porque al quemarlo se liberan grandes cantidades de gases responsables de efectos tan nocivos como la lluvia ácida, el efecto invernadero, la formación de smog

• El petróleo es un líquido formado por una mezcla de hidrocarburos
• En las refinerías se separan distintos componentes como: gasolina, gasoil, fueloil y asfaltos, que son usados como combustibles.
• También se preparan otros productos como: plásticos, fertilizantes, pinturas, pesticidas, medicinas y fibras sintéticas.
• El gas natural está formado por un pequeño grupo de hidrocarburos como: metano con una pequeña cantidad de propano y butano.
• El propano y el butano se separan del metano y se usan como combustible para cocinar y calentar, distribuidos en bombonas.
• El metano se usa como combustible tanto en viviendas como en industrias y como materia prima para obtener diferentes compuestos en la industria química orgánica y se distribuye por gaseoductos.

Los componentes se separan en distintos niveles, en función de su punto de ebullición, en una columna de destilación gigantesca.

Los componentes más volátiles, que tienen el punto de ebullición más bajo, se retiran en la parte más alta de la columna.

Se forman cuando grandes cantidades de microorganismos acuáticos mueren y son enterrados entre los sedimentos del fondo de estuarios y pantanos, en un ambiente muy pobre en oxígeno.

Cuando estos sedimentos son cubiertos por otros que van formando estratos rocosos que los recubren, aumenta la presión y la temperatura y, en un proceso poco conocido, se forman el petróleo y el gas natural.

El gas natural se forma en mayor cantidad cuando las temperaturas de formación son más altas.

El petróleo y el gas, al ser menos densos que la roca, tienden a ascender hasta quedar atrapados debajo de rocas impermeables, formando grandes depósitos.

La mayor parte de estos combustibles se encuentran en rocas de unos 200 millones de años de antigüedad como máximo.

• La palabra crudo es típica para designar al petróleo antes de su refinado. 
• La composición de los crudos es muy variable dependiendo del lugar en el que se han formado.
• No solo se distinguen unos crudos de otros por sus diferentes proporciones en las distintas fracciones de hidrocarburos, sino también porque tienen distintas proporciones de azufre, nitrógeno y de las pequeñas cantidades de diversos metales, que tienen mucha importancia desde el punto de vista de la contaminación

• Se puede encontrar petróleo y gas natural en todos los continentes distribuidos de forma muy irregular.
• Enormes campos petrolíferos que contienen alrededor de la mitad del petróleo mundial se encuentran en el Oriente Próximo, en el Golfo de México, Mar del Norte y el Artico (tanto en Alaska como en Rusia).
• Se piensa que debe haber notables reservas en las plataformas continentales, aunque por diversos problemas la mayoría de ellos no están todavía localizados y explotados

• Es muy difícil estimar para cuantos años tenemos petróleo y gas natural.
• Es difícil hacer este cálculo porque depende de muchas variables desconocidas.
• No sabemos cuantos depósitos nuevos se van a descubrir.
• Tampoco cual va a ser el ritmo de consumo, porque es probable que cuando vayan escaseando y sus precios suban se busque con más empeño otras fuentes alternativas de energía y su ritmo de consumo disminuya.
• Por esto las cifras que se suelen dar son muy poco fiables.
• En 1970 había reservas conocidas de petróleo para unos 30 años (hasta el año 2000) y de gas natural para unos 40 años.
• En cambio en 1990 había suficientes depósitos localizados de petróleo para otros 40 años (hasta el 2030) y de gas natural para unos 60 años; es decir, en estos años se ha descubierto más de lo que se ha consumido.
• Por todo esto se puede decir que hay reservas para un tiempo comprendido entre varias decenas y unos 100 años.

• Estos combustibles causan contaminación tanto al usarlos como al producirlos y transportarlos. 
• Uno de los problemas más estudiados en la actualidad es el que surge de la inmensa cantidad de CO2 que estamos emitiendo a la atmósfera al quemar los combustibles fósiles.
• El CO2 tiene un importante efecto invernadero y se podría estar provocando un calentamiento global de todo el planeta con cambios en el clima que podrían ser catastróficos.
• Otro impacto negativo asociado a la quema de petróleo y gas natural es la lluvia ácida, en este caso no tanto por la producción de óxidos de azufre, como en el caso del carbón, sino sobre todo por la producción de óxidos de nitrógeno.
• Los daños derivados de la producción y el transporte se producen sobre todo por los vertidos de petróleo, accidentales o no, y por el trabajo en las refinerías. 

Emisiones de dióxido de carbono por unidad de energía producida por varios combustibles, expresadas en porcentajes de las emisiones producidas por el carbón.

• Procede de reacciones de fisión o fusión de átomos en las que se liberan gigantescas cantidades de energía que se usan para producir electricidad.
• En 1956 se puso en marcha, en Inglaterra, la primera planta nuclear generadora de electricidad para uso comercial.
• En 1990 había 420 reactores nucleares comerciales en 25 países que producían el 17% de la electricidad del mundo.
• En los años cincuenta y sesenta esta forma de generar energía fue acogida con entusiasmo, dado el poco combustible que consumía (con un solo kilo de uranio se podía producir tanta energía como con 1000 toneladas de carbón).
• Pero ya en la década de los 70 y especialmente en la de los 80 cada vez hubo más voces que alertaron sobre los peligros de la radiación, sobre todo en caso de accidentes.
• El riesgo de accidente grave en una central nuclear bien construida y manejada es muy bajo, pero algunos de estos accidentes, especialmente el de Chernobyl (1986) que sucedió en una central de la URSS construida con muy deficientes medidas de seguridad y sometida a grandes riesgos de funcionamiento, han hecho que en muchos países la opinión pública mayoritariamente se haya opuesto a la continuación o ampliación de los programas nucleares.
• Además ha surgido otro problema de difícil solución: el del almacenamiento de los residuos nucleares de alta actividad. 

• El sistema por fisión nuclear es el más usado para generar energía nuclear y utiliza el uranio como combustible.
• Se usa el isótopo 235 del uranio que es sometido a fisión nuclear en los reactores.
• En este proceso el núcleo del átomo de uranio (U-235) es bombardeado por neutrones y se rompe originando dos átomos de un tamaño aproximadamente igual a la mitad del átomo de uranio, liberándose dos o tres neutrones que inciden sobre átomos de U-235 vecinos, que vuelven a romperse, originándose una reacción en cadena.
• La fisión controlada del U-235 libera una gran cantidad de energía que se usa en la planta nuclear para convertir agua en vapor.
• Con este vapor se mueve una turbina que genera electricidad.
• El mineral de uranio se encuentra en la naturaleza en cantidades limitadas. Es por tanto un recurso no renovable. Suele hallarse casi siempre junto a rocas sedimentarias.
• Hay depósitos importantes de este mineral en Norteamérica (27,4% de las reservas mundiales), Africa (33%) y Australia (22,5%). 
• El mineral del uranio contiene tres isótopos: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) y U-234 (menos que el 0,01%).
• Dado que el U-235 se encuentra en una pequeña proporción, el mineral debe ser enriquecido (purificado y refinado), hasta aumentar la concentración de U-235 a un 3%, haciéndolo así útil para la reacción.

• Una reacción nuclear en cadena iniciada por un neutrón que desencadena la fisión en un único núcleo de uranio-235.
• Esta figura muestra solamente algunos de los billones de fisiones que se producen cuando un único núcleo de uranio-235 es partido dentro de una masa crítica de núcleos de uranio-235.
• Los elementos krypton (Kr) y bario (Ba), que se muestran aquí como fragmentos de la fisión, son sólo dos de una gran cantidad de posibilidades.

Una central nuclear tiene cuatro partes: 

• El reactor en el que se produce la fisión
• El generador de vapor en el que el calor producido por la fisión se usa para hacer hervir agua
• La turbina que produce electricidad con la energía contenida en el vapor
• El condensador en el cual se enfría el vapor, convirtiéndolo en agua líquida.

En las centrales nucleares habituales el núcleo del reactor está colocado dentro de una vasija gigantesca de acero diseñada para que si ocurre un accidente no salga radiación al ambiente.

Esta vasija junto con el generador de vapor están colocados en un edificio construido con grandes medidas de seguridad con paredes de hormigón armado de uno a dos metros de espesor diseñadas para soportar terremotos, huracanes y hasta colisiones de aviones que chocaran contra él.

Una de las ventajas que los defensores de la energía nuclear le encuentran es que es mucho menos contaminante que los combustibles fósiles.

Comparativamente las centrales nucleares emiten muy pocos contaminantes a la atmósfera.

Los que se oponen a la energía nuclear argumentan que el hecho de que el carbón y, en menor medida el petróleo y el gas, sean sucios no es un dato a favor de las centrales nucleares.

Que lo que hay que lograr es que se disminuyan las emisiones procedentes de las centrales que usan carbón y otros combustibles fósiles, lo que tecnológicamente es posible, aunque encarece la producción de electricidad.

En una central nuclear que funciona correctamente la liberación de radiactividad es mínima y perfectamente tolerable ya que entra en los márgenes de radiación natural que habitualmente hay en la biosfera.

El problema ha surgido cuando han ocurrido accidentes en algunas de las más de 400 centrales nucleares que hay en funcionamiento.

Una planta nuclear típica no puede explotar como si fuera una bomba atómica, pero cuando por un accidente se producen grandes temperaturas en el reactor, el metal que envuelve al uranio se funde y se escapan radiaciones.

También puede escapar, por accidente, el agua del circuito primario, que está contenida en el reactor y es radiactiva, a la atmósfera. 

La probabilidad de que ocurran estos accidentes es muy baja, pero cuando suceden sus consecuencias son muy graves, porque la radiactividad produce graves daños.

Y, de hecho ha habido accidentes graves. Dos han sido más recientes y conocidos. El de Three Mile Island, en Estados Unidos, y el de Chernobyl, en la antigua URSS.

En la antigua Unión Soviética, tuvo lugar, el 26 de abril de 1986,

Ha sido el peor accidente ocurrido en una planta nuclear.

Explosiones en uno de los reactores nucleares arrojaron grandes cantidades de material radiactivo a la atmósfera.

Esta radiación afectó grandes extensiones del Hemisferio Norte.

Muchas personas sufrieron gravísimas exposiciones a la radiactividad y muchos murieron y morirán.

Mas de 300 000 personas fueron evacuadas de los alrededores de la central.

Con los adelantos tecnológicos y la experiencia en el uso de las centrales nucleares, la seguridad es cada vez mayor, pero un problema de muy difícil solución permanece: el almacenamiento a largo plazo de los residuos radiactivos que se generan en las centrales, bien sea en el funcionamiento habitual o en el desmantelamiento, cuando la central ya ha cumplido su ciclo de vida y debe ser cerrada.

Los países del Norte, que desarrollaron inicialmente la energía nuclear con fines bélicos, eligieron el mar para desprenderse de los residuos nucleares. Según datos de la Agencia Ambiental de los Estados Unidos, este país arrojó oficialmente unos 75.000 barriles con residuos radioactivos al Océano Atlántico entre 1950 y 1970. Inglaterra por su parte volcó 58.000 contenedores en el Canal de la Mancha y el Golfo de Vizcaya entre 1949 y 1966. La aparición de altos contenidos de plutonio y cesio en muestras de fondo marino, y las reiteradas denuncias de organizaciones ecologistas internacionales, forzaron a la búsqueda de otras alternativas como la construcción de basureros nucleares

• Se obtiene cuando dos núcleos atómicos (por ejemplo hidrógeno) se unen para formar uno mayor (por ejemplo helio). Este tipo de reacciones son las que se están produciendo en el sol y en el resto de las estrellas, emitiendo gigantescas cantidades de energía. 
• Muchas personas que apoyan la energía nuclear ven en este proceso la solución al problema de la energía, pues el combustible que requiere es el hidrógeno, que es muy abundante. Además es un proceso que, en principio, produce muy escasa contaminación radiactiva. 
• La principal dificultad es que estas reacciones son muy dificiles de controlar porque se necesitan temperaturas de decenas de millones de grados centígrados para inducir la fusión y todavía, a pesar de que se está investigando con mucho interés, no hay reactores de fusión trabajando en ningún sitio. 

• Es aquélla que se busca para suplir a las energías actuales, en razón de su menor efecto contaminante y de su capacidad de renovarse.
• El término se gesta, de la mano de científicos y movimientos ecologistas y sociales, con el propósito de proponer un modelo energético alternativo al imperante en la actualidad.
• Dicho modelo energético, se basa en las siguientes premisas:
• El uso de fuentes de energía renovables, ya que las fuentes fósiles actualmente explotadas, terminarán agotándose, según los pronósticos actuales en el transcurso de este siglo XXI.
• El uso de fuentes limpias, abandonando los procesos de combustión convencionales y la fisión nuclear.
• La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose como alternativa el fomento del autoconsumo, que evite en la medida de lo posible la construcción de grandes infraestructuras de generación y distribución de energía eléctrica.
• La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del rendimiento de los dispositivos eléctricos (electrodomésticos, lámparas, etc.)
• Este modelo, se enmarca dentro de una estrategia de mayor calado, denominada Desarrollo sostenible.

Energía solar

Energía eólica

Energía hidráulica

Energía mareomotriz

Energía geotérmica

Energía de biomasa

Energía de residuos sólidos urbanos

La energía que procede del sol es fuente directa o indirecta de casi toda la energía que usamos.

Los combustibles fósiles existen gracias a la fotosíntesis que convirtió la radiación solar en las plantas y animales de las que se formaron el carbón, gas y petróleo.

El ciclo del agua que nos permite obtener energía hidroeléctrica es movido por la energía solar que evapora el agua, forma nubes y las lleva tierra adentro donde caerá en forma de lluvia o nieve.

El viento también se forma cuando unas zonas de la atmósfera son calentadas por el sol en mayor medida que otras.

El aprovechamiento directo de la energía del sol se hace de diferentes formas

El Sol es una estrella. Está cerca de la Tierra, a la que proporciona la luz, el calor y las radiaciones necesarias para la vida.

En comparación con las que existen en el universo es una estrella de tamaño mediano.

El Sol se formó hace unos 4.500 millones de años y al final de su vida, en unos 5.000 millones de años, se apagará.

En nuestro Sistema Solar sólo hay una estrella que es el Sol, y alrededor del cual orbitan todos sus planetas.

El término Sol también se usa de manera genérica, sobre todo en la literatura, para referirse a la estrella o estrellas alrededor de las cuales orbitan planetas.

• El efecto térmico producido por la energía solar hace posible que el hombre lo utilice directamente mediante determinados dispositivos artificiales para concentrarlo y hacerlo más intenso, transfiriéndolo a otros fluidos que le interesen.
• Adicionalmente el sol produce un efecto luminoso, y también el hombre ha aprendido a aprovecharla para producir energía eléctrica.

• Se obtiene directamente del Sol.
• La radiación solar incidente en la tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar directamente o a través dispositivos ópticos o de otro tipo.
• La radiación tiene un valor de potencia que varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud.
• Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es superior a los 1000 W / m2 a nivel de la superficie terrestre.
• La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas.
• La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias.
• La difusa es aquella que está presente en la atmósfera gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar de las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres.
• La radiación directa es direccional y puede reflejarse y concentrarse, mientras que la difusa no, pues es omnidireccional.

• Como rasgos generales podemos decir que la energía solar es

- De elevada calidad energética.

- De pequeño o nulo impacto ecológico.

- Inagotable a escala humana.

• Sin embargo existen algunos problemas a la hora de su aprovechamiento:

- La energía llega a la Tierra de manera dispersa y semialeatoria,

- - Esta sometida a ciclos día- noche y estacionales invierno-verano.

• Dicho aprovechamiento puede hacerse de dos maneras:

- Por captación térmica y

- Por captación fotónica.

Estación de radioenlace Madrid-Sevilla

La energía solar al ser interceptada por una superficie absorbente se degrada apareciendo un efecto térmico.

Esto se puede conseguir:

de forma pasiva: sin utilizar elementos mecánicos o

de forma activa: utilizando elementos mecánicos

Un Sistema Pasivo: capta directamente la luz solar dentro de una estructura

Un Sistema Activo: unos colectores absorven energía solar y un ventilador o una bomba suministran parte de la calefacción o agua caliente de un edificio

En invernaderos, viviendas y otros locales, se aprovecha el sol para calentar el ambiente.

Algunos diseños arquitectónicos buscan aprovechar al máximo este efecto y controlarlo para poder restringir el uso de calefacción o de aire acondicionado. 

La radiación solar puede ser empleada de forma energética directa, utilizando la energía de los fotones mediante el efecto fotoeléctrico y que origina la energía fotovoltaica.

Mediante el efecto fotoeléctrico la energía de los fotones se aprovecha para producir electricidad.

Una de las variantes del fenómeno fotoeléctrico es el efecto fotovoltaico.

Es la utilización de la radiación solar para calentar el aguaa temperaturas medias (u otros fluidos), destinada a uso como agua caliente sanitaria o calefacción.

También puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para acondicionar el aire.

Una instalación de energía solar térmica consta de un conjunto de placas, por las que discurren unos tubos que se exponen de esta forma a la radiación solar.

Las características constructivas responden a la minimización de las pérdidas de energía una vez calentado el fluido que transcurre por los tubos, por lo que se encuentran aislamientos a la conducción (vacío u otros) y a la reirradiación de baja temperatura.

El circuito se completa con un sistema de bombeo natural o forzado, y almacenaje para desacoplar el consumo a la producción y generar inercia térmica en el sistema, y los mecanismos de control y conducción necesarios.

En ocasiones se utiliza además una caldera de combustible fósil o de calentamiento eléctrico para suplementar la acción del sol.

Además de su uso como agua caliente sanitaria, calefacción y refrigeración , tambien se usa para para el calentamiento de piscinas

Se hace con paneles o estructuras especiales colocadas en lugares expuestos al sol, como los tejados de las viviendas, en los que se calienta algún fluido almacenando el calor en depósitos.

Se usa, sobre todo, para calentar agua y puede suponer un importante ahorro energético si tenemos en cuenta que en un país desarrollado más del 5% de la energía consumida se usa para calentar agua.

RESIDENCIAL.- Baño, Jacuzzi, Cocina, Lavadoras Automáticas, Albercas, etc.

COMERCIAL.- Hoteles, Restaurantes, Tintorerías, Estéticas, Deportivos, Baños Públicos, etc.

INDUSTRIAL.- Desengrase, Teñido, Generación de vapor.

• Proporcionan agua caliente segura y confiable durante las 24 horas del día
• Alcanza temperaturas en piscinas 30°C, en duchas 60°C, Industrial hasta 90°C.
• Sin riesgo de explosión.
• Elimina problemas de abastecimiento continuo de gas.
• No requiere de mantenimiento.
• No contiene partes mecánicas ni eléctricas que se desgasten y por lo tanto no requiere de ningún tipo de refacciones.
• Fácil instalación, se colocan en la azotea para aprovechar áreas muertas.
• Es una tecnología a favor del medio ambiente.
• Económico. Un sistema al alcance de las personas.
• Confortable. Solo abrir la llave y el agua caliente estará disponible en el acto.
• Se recupera la inversión en 1 o 2 años por ahorro en el consumo de gas.
• La vida útil de estos colectores es de hasta 20 años.

Se puede generar electricidad a partir de la energía solar por varios procedimientos.

En el sistema termal la energía solar se usa para convertir agua en vapor en dispositivos especiales.

En algunos casos se usan espejos cóncavos que concentran el calor sobre tubos que contienen aceite.

El aceite alcanza temperaturas de varios cientos de grados y con él se calienta agua hasta ebullición.

Con el vapor se genera electricidad en turbinas clásicas.

Con algunos dispositivos de estos se consiguen rendimientos de conversión en energía eléctrica del orden del 20% de la energía calorífica que llega a los colectores

Usan el efecto fotoeléctrico.

Las células fotovoltaicas no tienen rendimientos muy altos.

La eficiencia media en la actualidad es de un 10 a un 15%, aunque algunos prototipos experimentales logran eficiencias de hasta el 30%. Por esto se necesitan grandes extensiones si se quiere producir energía en grandes cantidades. 

Fotones con

energía suficiente

Fotones con

energía insuficiente

Uno de los problemas de la electricidad generada con el sol es que sólo se puede producir durante el día y es difícil y cara para almacenar.

Para intentar solucionar este problema se están investigando diferentes tecnologías.

Una de ellas usa la electricidad para disociar el agua, por electrólisis, en oxígeno e hidrógeno.

Después el hidrógeno se usa como combustible para regenerar agua, produciendo energía por la noche.

La producción de electricidad por estos sistemas es más cara, en condiciones normales, que por los sistemas convencionales.

Sólo en algunas situaciones especiales compensa su uso, aunque las tecnologías van avanzando rápidamente y en el futuro pueden jugar un importantepapel en la producción de electricidad.

En muchos países en desarrollo se están usando con gran aprovechamiento en las casas o granjas a los que no llega el suministro ordinario de electricidad porque están muy lejos de las centrales eléctricas.

Forma de obtención de energía solar a través de dispositivos semiconductores que al recibir radiación solar se excitan, provocan saltos electrónicos y una pequeña diferencia de potencial tipo diodo en sus extremos.

El acoplamiento en arreglo serie de varios de estos diodos ópticos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas, y aptas para pequeños dispositivos electrónicos.

A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan las placas fotovoltáicas se puede transformar en corriente alterna e inyectarla a la red, operación que es poco rentable económicamente y que precisa todavía de subvenciones para su viabilidad.

En entornos aislados, donde se requiere poco consumo de energía eléctrica y el acceso a la red es dificultoso o caro, como en estaciones remotas meteorológicas o de comunicaciones, que emplean placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable.

• Electrificación de viviendas
• Electrificación establecimientos rurales
• Iluminación,
• Televisores,
• Telefonía,
• Bombeo de agua
• Comunicaciones.
• Electrificación de alambradas
• Balizas
• Casas rodantes
• Náutica

• No consumen combustibles.
• No tienen partes de movimiento.
• Son modulares, lo que permite aumentar la potencia instalada, sin interrumpir el funcionamiento
• La vida útil es superior a 2 años.
• Resisten condiciones externas como vientos, granizos, temperatura y humedad.
• Son totalmente silenciosos.
• No contaminan el medio ambiente.

SM-55 SM-50

Tensión nominal 12V 12V

Potencia máxima (1) 55W 50W

Potencia mínima (2) 50W 45W

Corriente a máxima potencia 3,15A 3,05A

Tensión a máxima potencia 17,4V 16,6V

Corriente máx. ( en corto) 3,45A 3,4A

Tensión máx. (salida abierta) 21,7 21,4

Temperatura nominal de trabajo 45ºC

Rango de variación de temperatura -40 a 85ºC

Humedad relativa 85%

Presión máxima sobre la superficie 2400N/m2

Distorsión máxima (3) 1.2 grados

Células en serie 36

Dimensiones 93 x 329 x 34 mm

Peso 5,5 kg

(1) Determinada bajo las condiciones : irradiación  = 1000W/m2, temperatura de célula = 25ºC,

(2) Determinada bajo las condiciones: irradiación  = 800W/m2, temp. ambiente = 20ºC, vel. del viento = 1m/s

(3) Levantamiento diagonal de una esquina del módulo con las otras tres fijas

Mediante la utilización de paneles solares es posible obtener energía eléctrica durante el día, esta energía es utilizada en operar un equipo de electrólisis que divide el agua en sus componentes elementales hidrógeno y el oxígeno .

El oxígeno producido se libera al aire y el hidrógeno es bombeado a los tanques, donde es almacenado en su lugar de producción o es enviado a las regiones donde el sol escasea.

Por la noche, cuando no es posible obtener energía solar, el hidrógeno es combinado nuevamente con el oxígeno del aire en una celda de combustible, la cual convierte el hidrógeno en energía eléctrica, agua pura y calor.

De esta forma el hidrógeno solar nos permite utilizar la energía solar durante las 24 horas del día y nos provee de un recurso energético abundante, sano, eficiente y producido localmente.

Ventajas

-Renovable si se produce por medio de energía solar

-Menos inflamable que la gasolina

-Prácticamente no hay emisiones

-Emisiones cero de C02

-No tóxico

Desventajas

-No renovable si se obtiene a partir de combustibles fósiles o energía nuclear

-Se necesita un depósito grande

-No existe sistema de distribución

-Exige remodelar el motor

-Actualmente es caro

Existen diversos tipos de centrales solares de tipo térmico, pero las más comunes son las de tipo torre, con un número grande de helióstatos.

Para una central tipo de solo 10 MW, la superficie ocupada por los helióstatos es de unas 20 Ha.

Es una instalación industrial en la que el calentamiento de un fluido se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generar electricidad como en una central térmica clásica.

Se concentra la radiación solar para alcanzar temperaturas elevadas, de 300 º C hasta 1000 º C, y obtener así un rendimiento aceptable que no se podría obtener con temperaturas más bajas.

La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica.

El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina "heliostato".

Los fluidos y ciclos termodinámicos ensayados experimentalmente, así como los motores que implican, son variados.

En la actualidad la tecnología sigue en fase experimental, y existen dudas sobre su futura viabilidad técnica y económica.

Caldera

• Campo de heliostatos
• Torre
• Almacenamiento térmico
• Generador de vapor
• Turbo-alternador
• Aero-condensador
• Líneas de transporte de energía eléctrica

• El Premio Nobel de Física italiano Carlo Rubbia proyectó central térmica solar con tecnologías efectivas y menos contaminantes
• La nueva central térmica incorpora tecnologías “diferentes" a las utilizadas en las actuales instalaciones de energía solar.
• La principal novedad es que el fluido térmico que se utiliza en las placas solares, está formado por "una mezcla de sales en vez de los aceites minerales que son altamente inflamables“
• Dicha mezcla de sales, entre ellas nitrato de sodio y de potasio, permite que se alcancen temperaturas de 550 grados, frente a los 350 que se logran con el fluido basado en aceites minerales.
• También se introducen novedades en la estructura de las placas, así como en los tubos conductores de la energía y en los reflectores, que permitirán acumular la energía solar y tenerla disponible en todo momento también cuando no hay sol, mientras que el hecho de que se use una mezcla de sales permite que una rotura en la instalación no tenga un efecto negativo en el medio ambiente.
• La nueva instalación de energía solar, con 360 placas térmicas que se extienden en una superficie de 200.000 metros cuadrados, permitirá suministrar energía a una ciudad de 20.000 habitantes y ahorrar al año unas 12.500 toneladas de petróleo.

El calentamiento desigual de la superficie de la tierra produce zonas de altas y bajas presiones.

Este desequilibrio da lugar a desplazamientos del aire que rodea la tierra y que da lugar al viento.

El viento es por tanto, energía en movimiento y este movimiento es posible trasladarlo a otros elementos que interesan al hombre para sus utilizaciones.

La energia eólica ha sido aprovechada desde antiguo para mover los barcos impulsados por velas o mover la maquinaria de molinos o bombear agua de pozosal mover sus aspas.

En la actualidad se utiliza además para mover aerogeneradores que son molinos que mueven un generador que produce energía eléctrica.

Este tipo de generadores se ha popularizado rápidamente al considerarse una fuente limpia de energía

Sin embargo la cantidad de energía producida por este medio es una mínima parte de la que consumen los países desarrollados.

Es un generador de electricidad activado por la acción del viento, similar a los generadores eléctricos de las centrales hidroeléctricas,

Son máquinas dotadas de un sistema que transforma la energía cinética del viento en energía mecánica de rotación sincrónica (50 hz.) que impulsa un generador eléctrico

Estos generadores son fuentes limpias y renovables de energía, pues no produce residuo contaminante.

Sin embargo, su localización en cumbres montañosas puede provocar importantes impactos ecológicos, como el impacto visual, el ruido, la muerte de aves al chocar contra las aspas, etc.

Esta contaminación siempre será menor que la nuclear o la combustión sólida y con menos coste inicial para los ciudadanos.

En cuanto a medidas de seguridad e higiene los gastos no son tan ingentes como las energías convencionales

No es tan segura, pués no siempre existe viento para mover las aspas (algunas de hasta 3 metros).

Turbina

• Cables conductores
• Carga de frenado
• Toma de tierra
• Caja de control bateria
• Fuente auxiliar
• Acumladores
• Líneas de transporte de energía eléctrica

Chimenea de conducción del aire caliente

• Regulador entrada de aire
• Turbina
• Generador
• Zona de invernadero
• Tensores de equilibrio chimenea
• Edificio de transformadores
• Líneas de transporte de energía eléctrica

• La energía eólica plantea algunos problemas.
• Los parques eólicos son concentraciones de aerogeneradores necesarios para que la producción de energía resulte rentable

• Se está experimentado la viabilidad de construir parques eólicos sobre plataformas fondeadas en el mar, no lejos de la costa, pero situadas de tal forma que no incidan en exceso sobre el paisaje.
• En sus proximidades se produce contaminación acústica debido al ruido que producen
• Por otra parte, los aerogeneradores no pueden instalarse de forma rentable en cualquier zona ya que requieren un tipo de viento constante pero no excesivamente fuerte.

• Hay también quienes consideran que su silueta afea el paisaje.

Se obtiene del aprovechamiento de la energía cinética y potencial de la corriente de los ríos y los saltos de agua.

La energía hidráulica se puede transformar a muy diferentes escalas, por ej.: la corriente de un río mueve un pequeño molino rural de trigo

Sin embargo, la aplicación más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas

El origen de la energía hidráulica está en el propio ciclo hidrológico de las lluvias

Este proceso está originado por tanto, de manera más primaria, por la radiación solar terrestre.

Es posible sólo en regiones donde se combinan abundantes lluvias con desniveles geológicos importantes, con valles profundos y cerrados para la construcción de presas.

Alrededor del 20% de la electricidad usada en el mundo procede de esta fuente.

Se pueden clasificar según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.

En primer lugar hay que distinguir

• Centrales de Agua Fluente: las que utilizan el agua según discurre normalmente por el cauce de un río
• Centrales de agua embalsada: aquellas otras a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano

Central de Agua Fluente

Central de agua embalsada

Rodete Francis para gran potencia (izquierda) y rueda Pelton de una central de EEUU (derecha).

Las turbinas pueden ser de varios tipos, según los tipos de centrales:

• Francis (salto más reducido y mayor caudal), Kaplan (salto muy pequeño y caudal muy grande)
• Pelton (saltos grandes y caudales pequeños), y
• De hélice

Agua embalsada

• Presa
• Rejas filtradoras
• Tuberia forzada
• Conjunto de grupos turbina-alternador
• Turbina
• Eje
• Generador
• Líneas de transporte de energía eléctrica
• Transformadores

Presa

• Bomba
• Embalse superior
• Galeria de conducción
• Tuberia forzada
• Central
• Turbinas y generadores
• Desagües
• Líneas de transporte de energía eléctrica
• Embalse inferior o río

La energía hidroeléctrica en general, presenta ciertas Ventajas sobre otras fuentes de energía, como son :

• Disponibilidad: Es un recurso inagotable, en tanto en cuanto el ciclo del agua perdure.
• "No contamina" (en la proporción que lo hacen el petróleo, carbón, etc.): Nos referimos a que no emite gases "invernadero" ni provoca lluvia ácida, es decir, no contamina la atmósfera, por lo que no hay que emplear costosos métodos que limpien las emisiones de gases
• Produce trabajo a la temperatura ambiente: No hay que emplear sistemas de refrigeración o calderas, que consumen energía y, en muchos casos, contaminan, por lo que es más rentable en este aspecto.
• Almacenamiento de agua para regadíos
• Permite realizar actividades de recreo: (remo, bañarse, etc)
• Evita inundaciones: por regular el caudal  

Actualmente se construyen centrales minihidráulicas, mucho más respetuosas con el medio ambiente, y que se benefician de los progresos tecnológicos, logrando un rendimiento y viabilidad económica razonables

• Las presas son obstáculos insalvables: Salmones y otras especies que tienen que remontar los ríos para desovar se encuentran con murallas que no pueden traspasar.
• Producen “Contaminación" del agua: El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás propiedades del agua que fluye por el río.
• Privación de sedimentos al curso bajo: Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciéndose de nutrientes el resto de río hasta la desembocadura.
• Alteración del paisaje: Se produce una severa alteración del paisaje e incluso la inducción de un microclima en su emplazamiento, lo que ha desmerecido la bondad ecológica de este concepto de energía en los últimos años.

Al mismo tiempo, la gran explotación de la energía hidráulica hace que en los países desarrollados no queden ubicaciones atractivas para desarrollar nuevas centrales hidráulicas, por lo que en muchos países no se permite un desarrollo adicional excesivo

De los océanos se puede obtener energía de varias maneras, Por Ej.:

Energía Mareomotriz

Las mareas pueden tener variaciones de varios metros entre la bajamar y la pleamar.

La mayor diferencia se da en la Bahía de Fundy (Nueva Escocia) en la que la diferencia llega a ser de 16 metros.

Para aprovechar las mareas se construyen presas que cierran una bahía y retienen el agua a un lado u otro, dejándola salir en las horas intermareales.

En China, Canadá, Francia y Rusia hay sistemas de este tipo en funcionamiento.

Nunca podrá ser una importante fuente de energía a nivel general porque pocas localidades reúnen los requisitos para construir un sistema de este tipo.

Por otra parte la construcción de la presa es cara y alterar el ritmo de las mareas puede suponer impactos ambientales negativos en algunos de los más ricos e importantes ecosistemas como son los estuarios y las marismas.

La energía mareomotriz resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares

Esta diferencia de alturas se aprovecha al interponer partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje.

Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad

La energía mareomotriz tiene la cualidad de renovable, y limpia, ya que no se producen subproductos contaminantes.

Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han evitado una proliferación notable de este tipo de energía.

La técnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca, y en su camino accionar las turbinas de una central eléctrica.

Cuando las aguas se retiran, también generan electricidad. Se considera que los lugares más viables para aprovechar esta energía son unos 40, que rendirían unos: 350.000 GW-h anuales.

Para obtener esta cantidad de energía sería necesario quemar unos 220 millones de barriles de petróleo/año.

Las áreas más prometedoras son:

La Bahía de Funday, Canadá.

Las Bahías de Cobscook y Passamaquoddy, Estados Unidos.

Chansy, Francia.

El Golfo de Mezen, en la ex Unión Soviética.

El estuario del río Servern, Inglaterra.

La ensenada de Walcott, Austria.

San José, en la costa patagónica Argentina.

Onchón, en Corea del Sur.

Proyecto Kislogubskaya, de Rusia.

La primera central mareomotriz fue la de Rance, en Francia, que estuvo funcionando casi dos décadas desde 1967.

Consistía en una presa de 720 metros de largo, que creaba una cuenca de 22 Km2.

Tenia una exclusa para la navegación y una central con 24 turbinas de bulbo y seis aliviaderos, y generaba 240MW .

Desde el punto de vista técnico-económico funcionaba muy satisfactoriamente, y proporcionó muchos datos y experiencias para proyectos del futuro.

Rance producía 500 GW/año: 300.000 barriles de petróleo.

Sus gastos anuales de explotación en 1975 fueron comparables a los de plantas hidroeléctricas convencionales de la época, no perjudicaban al medio ambiente y proporcionaba grandes beneficios socioeconómicos en la región.

Se benefició la navegación del río, y en el coronamiento de esta estructura se construyó una carretera.

Se han desarrollado diversas tecnologías experimentales para convertir la energía de las olas en electricidad, aunque todavía no se ha logrado un sistema que sea económicamente rentable.

• Se utilizan unas boyas ancladas al fondo marino.
• La oscilación de las olas, hace que las boyas se eleven y desciendan sobre una estructura similar a un pistón, en la que se instala una bomba hidráulica.
• El agua entra y sale de la bomba con el movimiento, e impulsa un generador que produce la electricidad.
• La corriente se transmite a tierra a través de un cable submarino. 
• Se dispone de motores trifásicos convencionales.
• Al estar sumergido es un sistema más seguro, que no corre peligro; y tiene una mayor durabilidad. 
• En Santoña, España La planta cuenta de diez boyas que ocupan un área de 100 por 20 metros y estarán ancladas a un fondo situado a treinta metros.
• La potencia inicial de cada unidad es de 125 kW, similar a la de los primeros generadores eólicos instalados en España y que podrá aumentar a250 kW. 

La temperatura del agua es más fría en el fondo que en la superficie, con diferencias que llegan a ser de más de 20ºC.

En algunos proyectos y estaciones experimentales se usa agua caliente de la superficie para poner amoniaco en ebullición y se bombea agua fría para refrigerar este amoniaco y devolverlo al estado líquido. En este ciclo el amoniaco pasa por una turbina generando electricidad.

Este sistema se encuentra muy poco desarrollado, aunque se ha demostrado que se produce más electricidad que la que se consume en el bombeo del agua fría desde el fondo.

También es importante estudiar el impacto ambiental que tendría bombear tanta agua fría a la superficie.

La energía geotérmica, como excepción, no tiene su origen inmediato en la radiación solar, sino en una serie de reacciones químicas naturales que tienen lugar en el interior de la tierra y que producen grandes cantidades de calor.

Esta realidad a veces se pone de manifiesto de forma natural y violenta por fenómenos como el vulcanismo o los terremotos,

Pero también el hombre puede aprovechar esta fuente de calor extrayéndolo mediante perforaciones y transfiriendo este calor.

Es la energía interna y cinética asociada al vapor de agua que sale directamente a la superficie en zonas volcánicas y al aumento de temperatura que se produce conforme profundizamos en la superficie terrestre.

Se transforma en energía eléctrica o en energía térmica para calefacción.

Algunos países como Islandia o Nueva Zelanda utilizan muy eficazmente esta fuente de energía.

En estos países a poca profundidad hay temperaturas muy altas y una parte de sus necesidades energéticas las obtienen de esta fuente

La producción mundial es muy pequeña.

Desde el punto de vista ambiental la energía geotermal tiene varios problemas.

Por una parte el agua caliente extraída del subsuelo es liberada en la superficie contaminando térmicamente los ecosistemas, al aumentar su temperatura natural.

Por otra parte el agua extraída asciende con sales y otros elementos disueltos que contaminan la atmósfera y las aguas si no es purificada.

• Podemos encontrar basicamente cuatro tipos de campos geotermicos dependiendo de la temperatura a la que sale el agua
• Campo geotérmico de alta temperatura
• Campo geotérmico de temperatura media
• Campo geotérmico de baja temperatura
• Campo geotérmico de muy baja temperatura

Existe en las zonas activas de la corteza terrestre (zonas volcánicas).

Con acuíferos con temperaturas entre 150 y 400 ºC, que producen vapor en la superficie y que enviado a las turbinas, genera electricidad.

Se requieren varias condiciones para que exista un campo geotérmico : un techo de rocas impermeables ; un deposito, o acuífero, de permeabilidad elevada, entre 300 y 2000 m de profundidad ; rocas fracturadas que permitan una circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la transferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático (entre 3 y 10 km de prof. a 500-600 ºC).

La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.

Tales modelos se dan en Italia (desde 1903 poseen una potencia eléctrica actual de 400 MW), en Nueva Zelanda, en Japón, en Filipinas, en E.U.A.(en California, el campo The Geysers supera los 900 MW) y en México.

La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas (70-150 ºC).

Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse como intermediario un fluido volátil.

Pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos.

La energía geotérmica de baja temperatura es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores ; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias.

Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 60 a 80 C.

Se utiliza para la calefacción de las viviendas, principalmente en Islandia y en Francia.

La central de Melun, Francia (utilización de la energía geotérmica de baja temperatura para la calefacción

de viviendas)

La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 60 ºC.

Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas (calentamiento de invernaderos, como se utiliza en Hungría).

La frontera entre energía geotérmica de alta temperatura y la energía geotérmica de baja temperatura es un poco arbitraria ;es la temperatura por debajo de la cual no es posible ya producir electricidad con un rendimiento aceptable (120 a 180 ºC).

La energía del sol es utilizada por las plantas para sintetizar la materia orgánica mediante el proceso de fotosíntesis.

Esta materia orgánica es incorporada y transformada por el reino animal, incluido el hombre.

El hombre, además, la transforma por procedimientos artificiales para obtener bienes de consumo.

Todo este proceso da lugar a elementos utilizables directamente, pero también a subproductos que tienen la posibilidad de encontrar aplicación en el campo energético.

• Compuesto por el material orgánico de origen biológico no-fósil.
• La biomasa incluye la madera, plantas de crecimiento rápido, algas cultivadas, restos de animales, etc.
• Es una fuente de energía procedente del sol, y es renovable siempre que se use adecuadamente.
• La biomasa puede ser usada directamente como combustible.
• Alrededor de la mitad de la población mundial sigue dependiendo de la biomasa como fuente principal de energía.
• El problema es que se está quemando la madera y destruyendo los bosques a un ritmo mayor que el que se reponen, por lo que se están causando graves daños ambientales: deforestación, pérdida de biodiversidad, desertificación, degradación de las fuentes de agua, etc.

• La Biomasa, abreviatura de "masa biológica",
• Es un combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos.
• La biomasa comprende un amplísima gama de materiales orgánicos que son incorporados y transformados por el reino animal, incluido el hombre.
• El hombre, además, la transforma para obtener bienes de consumo.
• Todo este proceso da lugar a elementos utilizables directamente, pero también a subproductos con aplicación en el campo energético.
• Cada tipo de biomasa requiere una tecnología diferente; así,

- La biomasa sólida, como es la madera, se quema o gasifica,

- La biomasa líquida, como aceites vegetales, se utiliza directamente en

motores o turbinas,

- La biomasa húmeda se convierte biológicamente en gas de combustión.

Planta de biomasa

La energía derivada de la biomasa es renovable indefinidamente.

Al contrario de las energías eólica y solar, la de la biomasa es fácil de almacenar.

En cambio, opera con enormes volúmenes, que hacen su transporte oneroso y constituyen un argumento en favor de una utilización local y sobre todo rural. 

combustibles líquidos

También se puede usar la biomasa para preparar combustibles líquidos, como el metanol o el etanol, que luego se usan en los motores.

Su rendimiento es bajo: de un 30 a 40% de la energía contenida en el material de origen se pierde en la preparación del alcohol. 

combustibles gaseosos

Otra posibilidad es usar la biomasa para obtener biogás.

Para producir biogás se acumulan restos orgánicos, residuos de cosechas y otros materiales que pueden descomponerse, en un depósito que se llama digestor.

En el digestor los restos fermentan con los microorganismos y los gases producidos se almacenan o transportan para usarlos como combustible.

El uso de biomasa como combustible presenta la ventaja de que los gases producidos en la combustión tienen mucho menor proporción de compuestos de azufre, que los de la combustión de combustibles fosiles

Al ser quemados añaden CO2 al ambiente, pero este efecto se puede contrarrestar con la siembre de nuevos bosques o plantas que retiran este gas de la atmósfera.

En la actualidad se están haciendo numerosos experimentos con distintos tipos de plantas para aprovechar de la mejor forma posible esta prometedora fuente de energía.

Es un combustible obtenido a partir de grasas de animales o aceites vegetales.

Los ésteres que forman parte de las grasas y aceites, llamados triglicéridos (ésteres de glicerina), reaccionan con metanol (CH3OH), obteniéndose ésteres metílicos (biodiésel) y glicerina. Se emplea hidróxido de sodio (NaOH), u otra base similar, como catalizador.

Se pueden emplear también otros alcoholes, aunque generalmente es metanol.

El biodiésel presenta algunas ventajas comparado con los combustibles fósiles,

La materia prima de la que se obtiene (biomasa) es un recurso renovable

En la combustión sólo se emite CO2 y agua, mientras que los combustibles fósiles emiten además SO2 y residuos sólidos.

Por otra parte, la glicerina que se obtiene como subproducto se puede emplear en otros procesos industriales.

La principal biomasa explotada actualmente para fines energéticos es la de los bosques.

Sólo puede constituir una opción razonable en países donde la densidad territorial de dicha demanda es muy baja, así como también la de la población (Tercer mundo).

En países deficitario de madera sólo es razonable el aprovechamiento energético de la corta y saca y de la limpia de las explotaciones forestales (leña, ramaje, follaje, etc.), así como de los residuos de la industria de la madera.

Estos constituyen otra fuente importante de bioenergía, aunque no siempre sea razonable darles este tipo de utilidad.

Por ejemplo parece recomendable el uso a tal fin de la paja de los cereales en los casos en que el retirarla del campo no afecte apreciablemente a la fertilidad del suelo, y de las deyecciones y camas del ganado cuando el no utilizarlas sistemáticamente como estiércol no perjudique las productividades agrícolas.

Se discute la conveniencia de los cultivos con fines energéticos, no sólo por su rentabilidad en sí mismos, sino también por la competencia que ejercerían con la producción de alimentos y otros productos necesarios

Las dudas aumentan en el caso de las regiones templadas, donde la asimilación fotosintética es inferior a la que se produce en zonas tropicales.

En algunos países se ha estudiado de modo especial la posibilidad de ciertos cultivos energéticos, como:

- sorgo dulce

- caña de azúcar,

Que son plantas de elevada asimilación fotosintética

El problema de la competencia entre los cultivos clásicos y los cultivos energéticos no se plantearía en el caso de los cultivos acuáticos

Una planta acuática interesante desde el punto de vista energético es el jacinto de agua, que posee una de las productividades de biomasa más elevadas del reino vegetal ( cien ton de materia seca /hectárea y por año)

Podría recurrirse también a ciertas algas microscópicas (microfitos), que tendrían la ventaja de permitir un cultivo continuo. Así, el alga unicelular Botryococcus braunii, en relación a su peso, produce directamente importantes cantidades de hidrocarburos.

Aparte del caso excepcional de Brotryococcus braunii, que produciría directamente petróleo, la utilización práctica de las diferentes formas de biomasa requiere unas técnicas de conversión.

Métodos termoquímicos

Estos métodos se basan en la utilización del calor como fuente de transformación de la biomasa.

Están bien adaptados al caso de la biomasa seca, y, en particular, a los de la paja y de la madera.

Es la oxidación completa de la biomasa por el oxígeno del aire, libera simplemente agua y gas carbónico, y puede servir para la calefacción doméstica y para la producción de calor industrial

La combustión de la biomasa no altera el balance de CO2 en la atmósfera, ya que esta absorbe la misma cantidad de CO2 para su crecimiento que luego libera durante su combustión.

Una de las de biomasa más importantes son los residuos sólidos urbanos (RSU), que son aquellos materiales generados en los procesos cotidianos de los núcleos urbanos y que son destinados al abandono, ya que su recogida y eliminación son necesarios, y además se aprovechan para producir electricidad.

Es la combustión incompleta de la biomasa en ausencia de oxígeno, a unos 500 ºC, se utiliza desde hace mucho tiempo para producir carbón vegetal.

Además, la pirólisis lleva a la liberación de un gas pobre, mezcla de monoxido y dioxido de carbono, de hidrógeno y de hidrocarburos ligeros.

Este gas de débil poder calorífico, puede servir para accionar motores diesel, o para producir electricidad, o para mover vehículos.

Una variante de la pirólisis, llamada pirólisis flash, lleva la biomasa a 1000ºC en menos de un segundo, que asegura una gasificación casi total de la biomasa.

Las instalaciones en las que se realiza la pirólisis y la gasificación de la biomasa reciben el nombre de gasógenos.

El gas pobre producido también puede servir de base para la sintesis del metanol, que podría sustituir las gasolinas para la alimentación de los motores de explosión (carburol).

La fermentación alcohólica es una técnica empleada desde muy antiguo con los azúcares, que puede utilizarse también con la celulosa y el almidón, a condición de realizar una hidrólisis previa (en medio ácido) de estas dos sustancias.

Pero la destilación, que permite obtener alcohol etílico prácticamente anhídrido, es una operación muy costosa en energía.

En estas condiciones, la transformación de la biomasa en etanol y después la utilización de este alcohol en motores de explosión, tienen un balance energético global dudoso.

A pesar de esta reserva, ciertos países (Brasil, E.U.A.) tienen importantes proyectos de producción de etanol a partir le biomasa con un objetivo energético (propulsión de vehículos; cuando el alcohol es puro o mezclado con gasolina, el carburante recibe el nombre de gasohol).

La fermentación metánica es la digestión anaerobia de la biomasa por bacterias.

Es idónea para la transformación de la biomasa húmeda (más del 75 % de humedad relativa).

En los fermentadores, o digestores, la celulosa es esencialmente la sustancia que se degrada en un gas, que contiene alrededor de 60 % de metano y 40 % de gas carbónico.

El problema principal consiste en la necesidad de calentar el equipo, para mantenerlo a la temperatura óptima de 30-35ºC.

No obstante, el empleo de digestores es un camino prometedor hacia la autonomía energética de las explotaciones agrícolas, por recuperación de las deyecciones y camas del ganado.

Además, es una técnica de gran interés para los países en vías de desarrollo.

Así, millones de digestores ya son utilizados por familias campesinas chinas.

Al contrario de las energías extraídas del carbón o petróleo, la energía derivada de la biomasa es renovable indefinidamente.

Al contrario de las energías eólica y solar, la de la biomasa se puede almacenar.

En cambio, opera con enormes volúmenes combustibles que hacen su transporte oneroso y constituyen un argumento en favor de una utilización local y sobre todo rural.

Su rendimiento, expresado en relación a la energía solar incidente sobre las mismas superficies, es muy débil (0,5 % a 4 %, contra 10 % a 30 % para las pilas solares fotovoltaicas), pero las superficies terrestres y acuáticas, de que pueden disponer no tienen comparación con las que pueden cubrir, por ejemplo, los captadores solares.

Los residuos sólidos urbanos (RSU), constituyen una realidad que día tras día se presenta en todas las entidades de población.

• Actualmente en España los RSU tienen cuatro tipos de tratamientos: vertido, compostaje, incineración y reciclado.
• Desde el punto de vista energético la única posibilidad es la incineración, como se está dando en algunas centrales españolas

Los principales factores que han dado lugar a este problema son:

- El rápido crecimiento demográfico.

- La concentración de la población en centros urbanos.

- La utilización de bienes materiales de rápido envejecimiento.

- El uso de envases sin retorno, fabricados con materiales poco o nada degradables.

Planta metropolitana de incineración MONTCADA I REIXAC (Barcelona)(incineración de RSU con recuperación de calor, con una potencia de 760 kW)

Uso eficiente de la energía.

Es imprescindible reducir la dependencia de nuestra economía del petróleo y los combustibles fósiles.

Es una tarea urgente, pues es una de las causas del cambio climático global y otros problemas ambientales y además , no podemos seguir basando nuestra forma de vida en una fuente de energía no renovable que se va agotando.

Para lograr estos objetivos son muy importantes dos cosas: 

• Aprender a obtener energía, de forma económica y respetuosa con el ambiente, de las fuentes alternativas
• Aprender a usar eficientemente la energía.

Usar eficientemente la energía significa no emplearla en actividades innecesarias y conseguir hacer las tareas con el mínimo consumo de energía posible.

Desarrollar tecnologías y sistemas de vida y trabajo que ahorren energía es lo más importante para lograr un auténtico desarrollo, que se pueda llamar sostenible.

Por ej.: se puede ahorrar energía en los automóviles, construyendo motores más eficientes, que empleen menor cantidad de combustible por km, con hábitos de conducción más racionales, conducir a menor velocidad o sin aceleraciones bruscas.

1.- Cogeneración :Técnica que aprovecha el calor residual. Por ej.: utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de producción de energía eléctrica, para suministrar energía para otros usos. Esta técnica se emplea cada vez más en industrias, hospitales, hoteles y, en general, en instalaciones en las que se produce vapor o calor, porque supone ahorros energéticos y económicos,

2.- Aislamiento de edificios:Permite ahorrar mucha energía aislando adecuadamente las viviendas, oficinas y edificios que necesitan calefacción o aire acondicionado para mantenerse confortables. Construir un edificio con un buen aislamiento cuesta más dinero, pero a la larga es más económico porque ahorra mucho gasto de calefacción o de refrigeración del aire. 

3.-Ahorro de combustible en el transporte:Las mejoras en el diseño aerodinámico de los automóviles, su disminución de peso y las nuevas tecnologías usadas en los motores permiten construir ya, automóviles que hacen 25 km/litro de gasolina y se están probando distintos prototipos que pueden hacer 40 km y más por litro. También se están construyendo coches que funcionan con electricidad, con metanol o etanol o con otras fuentes de energía alternativas que contaminan menos y ahorran consumo de petróleo. El uso de hidrógeno como combustible en automóviles es interesante.

4.- Industrias y reciclaje:Reciclar las materias primas es una manera eficaz de ahorrar energía. Si los metales se sacan de la chatarra se necesitará una fracción de la energía empleada para extraerlos de los minerales. Así por ej.: reciclar el acero emplea sólo el 14% de la energía que se usaría para obtenerlo de su mena. Y en el caso del aluminio la energía empleada para reciclarlo es sólo el 5% de la que se usaría para fabricarlo nuevo.

Está tan bien aislada y tan hermética que el calor directo del sol, los aparatos eléctricos y los cuerpos humanos la calientan, con poca o ninguna necesidad de un sistema de calefacción de apoyo.

Un cambiador de calor aire/aire evita la acumulación de polución interna sin malgastar mucho calor.

• Construir más casas con superaislamiento
• Estas casas requieren poca necesidad de calefacción de apoyo.
• Un cambiador de calor aire/aire evita la acumulación de polución interna sin malgastar mucho calor.
• Utilizar sistemas de calefaccion que aprovechen mejor la energía
• Un sistema que aprovecha mejor la energía para calentar la casa es: una casa superaislada, con calefacción solar pasiva y calderas de gas natural de alto aprovechamiento (eficacia del 85-98%).
• No utilizar calefacción por resistencia eléctrica con electricidad producida en una central térmica a carbón o central nuclear.
• En casas ya existentes mejorar el aislamiento, cerrando las aberturas por las que sale el aire e instalando ventanas que ahorren energía.
• Calentar el agua de uso doméstico con calentador instantáneos a gas
• Establecer niveles más altos de ahorro de energía en los nuevos edificios.
• Usar luces y aparatos eléctricos de bajo consumo, fomentando con reembolsos o créditos fiscales a la construcción de edificios que tengan un buen rendimiento de energía, mejorando el rendimiento de los ya existentes

El aprovechamiento energético de los RSU, mediante incineración con recuperación de energía, es una forma de eliminación que tiene grandes posibilidades de incrementarse en el futuro, debido a la tendencia a centralizar la recogida y tratamiento de estos residuos. Asimismo, cada vez es menor la posibilidad de disponer de grandes superficies de terreno para su vertido.

El aprovechamiento de pequeñas centrales hidroeléctricas, presenta unas perspectivas muy favorables a corto plazo por el reducido impacto ambiental que presenta y que en países en vías de desarrollo, por su caracter disperso, puede constituir el motor que propicie el incremento de la actividad económica.

Respecto a la energía solar, en cuanto a su utilización, el que mayores posibilidades de generalización tiene es la captación pasiva. Probablemente se generalice en los próximos años la tendencia a que las viviendas aproveche al máximo la energía solar que recibe.

Las diversas formas de captación activa de la energía solar, precisan un continuado apoyo por resultar el precio de las instalaciones excesivamente alto.

La energía fotovoltaica ofrece unas perspectivas de desarrollo tecnológico, a muy corto plazo, de enorme interés y que sin duda van a posibilitar una importante reducción de los costes de fabricación de los paneles y por tanto del conjunto de las instalaciones.

En cuanto a la energía eólica, hasta ahora se ha trabajado en la instalación de párques eólicos de baja y media potencia. Asimismo las máquinas utilizadas se han diseñado en el rango de 50-200 kW. Las perspectivas van encaminadas hacia la construcción de máquinas cada vez de mayor potencia ( entre 200-400 kW).

En cualquier caso, el desarrollo futuro de las energías renovables, al igual que ocurre con los otros tipos de energía, está ligado con la política energética de cada país .

Reducir el despilfarro de energía es uno de los negocios económicos y medioambientales más importantes para el planeta. Porque:

• Hace que los combustibles fósiles no renovables duren más tiempo.
• Nos da más tiempo para introducir recursos de energía renovables.
• Reduce la dependencia de las importaciones de petróleo (55% en 1997 en EEUU).
• Reduce el daño medioambiental local y global, porque una cantidad menor de cada recurso de energía podría proporcionar la misma cantidad de energía útil.
• Es la forma más barata y más rápida de frenar el calentamiento global.
• Ahorra más dinero, proporciona mejores empleos, mejora la productividad y promueve un mayor crecimiento económico por unidad de energía que otras alternativas.
• Mejora la competitividad en el mercado internacional.

Ahorro de energía en la industria

• La cogeneración, la producción de dos formas útiles de energía (como vapor y electricidad) a partir del mismo combustible. El calor desperdiciado de la combustión del carbón y otros combustibles puede producir vapor que haga girar turbinas y genere electricidad a la mitad del coste que tendría comprándosela a una central eléctrica.
• Otra estrategia es la reemplazar los motores eléctricos que malgastan energía. Aproximadamente el 60 o 70% de la electricidad que se consume en EEUU mueve motores eléctricos, que funcionan a toda velocidad con la salida regulada para que se ajuste al trabajo (algo así como conducir con el acelerador pisado al máximo y el freno de mano puesto). Resultaría rentable desechar todos esos motores y sustituirlos por otros con velocidad ajustable.
• También se puede ahorrar energía cambiando a la iluminación de alto rendimiento.
• Además, los sistemas de gestión de energía controlados por ordenador pueden apagar las luces y los equipos en las zonas que no están produciendo y hacer ajustes en los periodos de baja producción.
• El reciclado y reutilización y también fabricar productos que duren más y sean fáciles de reparar y reciclar hace que se ahorre energía en comparación con la necesaria para utilizar recursos vírgenes.

Ahorro de energía al producir electricidad

• Las empresas electricas no incentivan el ahorro de energía.
• Hacen más dinero incrementando la demanda de electricidad.
• Este proceso fomenta la construcción de centrales de energía a menudo innecesarias que envían electricidad a aparatos, sistemas de calefacción y refrigeración y plantas industriales poco eficaces.
• Un número pequeño, pero que va en aumento, de compañías de electricidad en el mundo, están intentando darle la vuelta a este proceso de derroche reduciendo la demanda de electricidad.
• Este nuevo método se conoce como revolución del vatio negativo.
• Para reducir la demanda, las compañías eléctricas ofrecen a los clientes devoluciones de dinero cuando compran luces o aparatos de bajo consumo, estudios gratuitos de la energía doméstica, créditos a bajo interés para la climatización del hogar o reajustes industriales y tarifas más bajas para los hogares o industrias que cumplan ciertos estándares de rendimiento de energía.

Incrementar el rendimiento del combustible en los vehículos a motor.

En los ultimos años los fabricantes de automóviles han hecho coches ágiles que cumplen o sobrepasan los estándares actuales de polución y seguridad, con rendimientos de combustible de 29 a 59 kilómetros por litro.

Los coches eléctricos convencionales alimentados con baterías podrían contribuir a reducir la dependencia del petróleo, especialmente para los desplazamientos urbanos y viajes cortos..

Hay un interés creciente en desarrollar coches híbridos eléctricos y de combustión interna, ecocoches que hacen entre 64 y 128 km por litro.

Otro tipo de ecocoche atractivo desde un punto de vista medioambiental es un vehículo eléctrico que utiliza células energéticas alimentadas con gas hidrógeno producido con energía solar.

Los coches que funcionan con células energéticas alimentadas con hidrógeno están muy cerca de ser vehículos de emisiones cero, porque sólo emiten vapor de agua y cantidades casi imperceptibles de óxidos de nitrógeno, fácilmente controlables con la tecnología existente.

Otra forma de ahorrar energía es cambiar a formas de transporte público y de mercancías que tengan mayor rentabilidad energética.

Se podría efectuar un cambio en la forma de transportar la carga, que ahora se hace principalmente en camión y en avión a otros medios, como trenes y barcos, de mayor rentabilidad energética.

Cuanto menor es el consumo mayor es el rendimiento de energía.

• Debido a que las bombillas convencionales tienen un rendimiento de sólo el 5% y duran entre : 750 y 1.500 horas, desperdician enormes cantidades de energía y de dinero y se suman a la carga de calor de la casa durante el verano.
• Las luces fluorescentes de casquillo de enchufe consumen la cuarta parte de electricidad de las bombillas tradicionales.
• Aunque estas nuevas bombillas cuestan entre 10 y 21 euros cada una, duran entre 10 y 20 veces más que las incandescentes convencionales y ahorran una cantidad considerable de dinero (en comparación con las incandescentes) a lo largo de su vida.

(Datos del Instituto de Investigación de la Electricidad.):- ;...

Algunas vías que han sugerido varios analistas para

conseguir un futuro energético viable.

Fin

Energía:

Recursos, energía renovable

Modulo 5