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La Energía hace que las cosas pasen.
Los alimentos proveen energía para que nuestros cuerpos crezcan, jueguen, piensen y sientan. Trate de recordar sus actividades de hoy ¿Cuáles requirieron energía? ¿Utilizó energía para preparar su desayuno? ¿Tomó una ducha caliente? ¿Caminó? ¿Montó bicicleta? O ¿Fue en vehículo a la escuela? ¿Que tal es su clase? ¿Hay energía eléctrica? ¿Hay calefacción o aire acondicionado para que sea confortable? ¿Qué pasaría si la energía deja de fluir?
Encienda una luz. Una corriente eléctrica ilumina la bombilla, pero ¿Qué crea la corriente eléctrica? Muy probablemente ese flujo de corriente proviene de una planta de energía donde queman carbón, gas natural, combustible de biomasa o utiliza energía nuclear para girar una turbina generadora que produce electricidad.
Las plantas de energía generan electricidad que viaja a través de cables hasta su casa o escuela. La electricidad es considerada como una fuente secundaria de energía, ya que es generada usando otro tipo de combustible, tales como, carbón, aceite o nuclear. Como sea, la energía puede ser generada directamente con la luz solar usando dispositivos especiales llamados paneles solares.
Un problema mayor que es enfrentado por las sociedades modernas es el de las Fuentes de energía. El problema tiene dos aspectos: por una parte, el uso intensivo de varios tipos de combustibles para obtener la energía, causa una polución severa en el medio ambiente, particularmente en el aire. Por la otra parte, los recursos de la tierra están siendo explotados de manera exagerada y se enfrentan al peligro de ser agotadas en un futuro cercano.
Mientras los estándares de vida se incrementan en todos los países alrededor del mundo, es necesario hacer disponible más y más energía para asegurar que esos estándares puedan ser alcanzados y mantenidos.
Los estudiantes están expuestos frente a frente con estas preocupaciones por los medios públicos desde una edad temprana. Mucho de ellos podría ser que estén advertidos del hecho que los científicos y los expertos en tecnología están buscando soluciones para el problema de la energía.
El satisfacer las demandas de energía no viene sin un costo. En particular las fuentes de energía confiables o “convencionales” tales como combustibles fósiles – carbón, petróleo y gas – para generar electricidad y producir calor pueden tener efectos secundarios que no son bienvenidos. El calentamiento global y la lluvia ácida son dos problemas causados por la quema de combustibles fósiles para producir energía.
Entonces, es vital encontrar otras maneras más limpias para satisfacer los requerimientos de energía que puedan ayudar a limitar el empleo de Fuentes de energías contaminantes. La energía renovable representa una opción.
“Energía Renovable” es el nombre dado a la energía que no se agotará a corto plazo. De hecho, el término “renovable” cubre un amplio rango de Fuentes de energía – sol, viento, agua, madera, deshechos, etc. Estas fuentes requieren diferentes tecnologías para ser aprovechadas y se encuentran en diferentes etapas de desarrollo. Pero todas ellas tienen algo en común: no se Agotarán. Además, todas ellas pueden ser explotadas sin causar un problema ecológico grave.
¿Cuánto pueden las energías renovables contribuir a proveer energía en el futuro? Actualmente la energía renovable satisface más o menos el 20% de las necesidades mundiales de electricidad. Esto puede elevarse al 25-45% en el año 2020.
Históricamente la energía producida por fuentes de energía renovables ha sido generalmente más cara que la producida por Fuentes de energía “convencionales” (como los combustibles fósiles). Como sea, lo renovable se está haciendo cada vez más competitivo y en algunas ocasiones puede ser inclusive más barata que las alternativas.
La energía del viento es una fuente de energía que ha sido utilizada durante miles de años. Desde los primeros datos históricos que se tiene acceso, los humanos han explotado los poderes del viento.
Existe evidencia de que los veleros navegaron en el Nilo desde el año 5000 A.C.
Muchos siglos antes del nacimiento de Cristo, molinos de viento muy sencillos fueron utilizados en China, Persia y en el Medio Oriente, para obtener agua y moler granos.
En el Oeste Americano muchos molinos de viento fueron construidos a finales del siglo XIX, estos molinos proveían agua a las fincas y a los ranchos.
En 1900, pequeños sistemas de viento fueron desarrollados para generar “Corriente Directa (dc)”, la cual era almacenada en baterías. La mayoría de estos sistemas de viento fueron abandonados cuando la electricidad de menor costo fue provista a las áreas rurales bajo los programas de electrificación de los años 30.
El interés en la potencia del viento volvió a aparecer luego de la escasez de energía durante la década de los 70. Desde entonces, las máquinas de viento se han convertido en una tecnología confiable, que puede proveer energía a costos moderados.
Hoy en día el uso más común de las máquinas de viento es en grandes grupos denominados “fincas de viento”, las cuales pueden proveer suficiente electricidad para abastecer las necesidades de pequeñas ciudades. Por ejemplo, en Estados Unidos las “fincas de viento” proveen cerca de 1500 MW de electricidad, principalmente en California y en Hawai.
Los investigadores se encuentran explorando varios aspectos que pueden ayudar a mejorar el desempeño y economía de las máquinas de viento. Las máquinas actuales emplean uno de dos diseños: las máquinas de ejes horizontales utilizan similares hélices a los de los ventiladores propeller-like en una caja de engranajes y generador, montados en la parte alta de una torre. Las máquinas con eje vertical se asemejan a batidoras de dos hélices que rotan alrededor de una columna central, vertical.
Diseñando nuevas y más eficientes formas de hélices, los ingenieros están ayudando a extender la utilidad de la tecnología que emplea al viento en regiones geográficas con recursos de viento. Al analizar los patrones del flujo del viento dentro de una “finca de viento”, los científicos esperan que las predicciones del desempeño de las “fincas de viento” sean más confiables.
Las plantas hidroeléctricas emplean la energía cinética del agua para generar electricidad. El agua que cae hace que una turbina gire, lo cual permite operar a un generador eléctrico.
Un desarrollo amplio de este recurso comenzó en Estados Unidos en 1920, luego de que el Congreso de dicho país estableció una agencia para regular el desarrollo de los recursos hidrológicos de la nación.
La cantidad de energía que los Estados Unidos deriva de los recursos hídricos ha mantenido un crecimiento constante, particularmente desde 1940. Hoy en día, Estados Unidos obtiene el 13% de su electricidad de dicho recurso. Y una gran cantidad de recursos no desarrollados permanece tanto en forma de ríos de libre flujo, o de represas que no están equipadas para una producción de electricidad.
La tecnología para generar hidroelectricidad esta sumamente desarrollada y pocos problemas técnicos permanecen sin resolver. La mayoría de las preguntas alrededor del próximo desarrollo de los recursos hidroeléctricos tienen que ver con el uso apropiado de los recursos naturales y el rol que pueden jugar a futuro las pequeñas plantas hidroeléctricas.
La hidro energía es una tecnología relativamente antigua sin mucha investigación actual. La mayoría de la incertidumbre alrededor del uso de dicha tecnología trata con temas de políticas de utilidad y de costos, o del uso apropiado de los recursos hídricos.
El sol es una esfera de gases incandescentes que se encuentra alrededor de 150 millones de kilómetros de distancia de la Tierra. Los rangos de temperatura oscilan entre 5800 k en la superficie, hasta un estimado de 8 millones a 40 millones K en el núcleo. La cantidad de energía que luego de una determinada superficie de la atmósfera de la tierra únicamente un 3% en el curso de un año: se la conoce como constante solar. Pero el polvo, moléculas de aire y humedad en la atmósfera, combinado con la ubicación exacta del observador con relación al sol, dicta la cantidad de energía que alcanza a la superficie de la tierra.
La dirección más prometedora para la solución de las necesidades de Fuentes de energía es el uso de la energía solar.
“Energía Solar” literalmente significa “Energía del Sol”. La palabra “Solar” proviene del vocablo latino “Sol”.
La energía solar llega a la Tierra en forma de rayos de sol o de radiación – tanto radiación calórica como lumínica. A pesar de que no la podemos ver, la luz solar está compuesta de muchos tipos de rayos. En términos científicos decimos que contiene muchos tipos de radiaciones. Algunas de las radiaciones trasmiten calor y algunas transmiten luz.
Nosotros percibimos la luz solar como si fuese blanca o de ningún color en particular, pero realmente puede ser descompuesta en varios rayos de diferentes colores.
Podemos observar esto por ejemplo, cuando las gotas de agua en el aire rompen la luz solar en sus rayos componentes. Así es como logramos ver el arco iris con todos sus colores.
La explicación científica es que cada tipo de radiación tiene su propio longitud de onda y que ese es el por qué la podemos ver en un color en particular. Por supuesto, existen muchos tipos de radiaciones que no podemos observar.
- nubes - viento - polución.
La radiación del sol es una forma de energía. La energía se puede transformar de una forma a otra. Por ejemplo, cuando se enciende un interruptor de luz, la energía eléctrica se transforma en dos nuevos tipos de energía: energía lumínica y energía calórica.
El hecho de que la radiación solar se pueda convertir en electricidad puede servir como punto de partida para explicar la idea de la transformación de la energía.
Los sistemas de energía solar son tecnología desarrolladas por el hombre, desarrolladas y utilizada para aprovechar la energía solar. El componente principal en un sistema solar es un panel solar.
En 1839, un científico francés llamado Edmund Becquerel observó por primera vez un fascinante y muy útil fenómeno – el efecto fotovoltaico, el cual convierte la luz directamente en corriente eléctrica. Los experimentos tempranos de Becquerel empleaban dos electrodos idénticos en una solución conductiva. Cerca de 40 años después, los científicos desarrollaron la primera celda fotovoltaica hecha de selenio.
El panel solar está basado en el principio de la transformación de la energía. La energía de la radiación puede ser transformada en electricidad. El panel solar es un dispositivo conocido como “celda fotovoltaica” – este es un equipo en el cual la radiación lumínica se convierte en energía eléctrica. La radiación lumínica del sol excita a los electrones de la superficie de la célula – realmente los hace saltar para que luego los electrones fluyan al motor. Este flujo de electrones es denominado “corriente eléctrica”. Muchas calculadoras electrónicas emplean la energía solar para funcionar.
La palabra “fotovoltaica” significa “voltaje del sol”. Estos pequeños equipos, también conocidos como celdas PV, pueden ser empleados para convertir la luz solar en electricidad. Las celdas PV generan potencia a través de la interacción de diminutas partículas de luz, llamadas “fotones”, con electrones dentro de la celda.
Actualmente las celdas PV están hechas de capas de un material semiconductor. En la parte inferior de la celda hay una capa de un metal conductivo, y en la parte superior se encuentra una película conductiva adicional. Cuando el sol pega en la capa semiconductora superior, los fotones (pequeños paquetes de energía que generan luz) excitan a los electrones dentro de los semiconductores, causando que estos migren hacia la siguiente capa. Un agujero con carga positiva permanece. Cuando los excitados electrones alcanzan la superficie de la celda, están listos para circular por un circuito externo. Los científicos están desarrollando nuevos materiales y creando técnicas para que las PV mejoren en eficiencia y en precios.
Las Celdas Fotovoltaicas fueron originalmente desarrolladas para el uso en el programa espacial: las celdas PV han potenciado casi todos los satélites, hechos por el hombre, que han sido puestos en órbita.
Hoy en día muchas calculadoras emplean la energía solar de esta manera y algunos edificios están siendo equipados con formaciones de celdas PV para ayudar a cumplir con sus requerimientos de energía.
No todos los tipos de radiación pueden ser transformados a electricidad de esta manera. La radiación calórica no puede hacer esto, tampoco lo pueden hacer las luces fluorescentes, o las antorchas simples. Sin embargo, las luces incandescentes, como la de un foco de filamento, puede excitar a los electrones en el panel solar y producir electricidad.
Una gran variedad de técnicas han sido desarrolladas para cuantificar y calificar el recurso del sol. Algunos instrumentos especiales miden la luz directa del sol que choca contra una superficie. Las técnicas analíticas pueden ayudar a explicar y predecir la variación diaria y por temporadas de la insolación. Y grandes modelos de computadora y bases de datos pueden ayudar a los investigadores y a los diseñadores de sistemas a predecir la insolación en la mayoría de lugares de la Tierra.
Además, los datos de la distribución del espectro de la luz solar, ayuda para el diseño de sistemas tales como los fotovoltaicos, los cuales responden de distintas maneras a las diferentes radiaciones del espectro. Los científicos continúan mejorando todas estas técnicas para ayudar a mejorar la confiabilidad en las predicciones.
La investigación también continua en otra técnica de convertir la luz solar en corriente eléctrica – la de celdas foto-electro-químicas (PEC). Estas celdas emplean electrodos semiconductores en un electrolito líquido. El iluminar los electrodos produce electrones y agujeros cargados positivamente, similares a los de las celdas fotovoltaicas. Las cargas positivas y negativas pueden ser utilizadas para afectar las reacciones químicas, produciendo combustibles o químicos, o pueden ser utilizados para generar corriente eléctrica. Estas celdas tienen algunas ventajas inherentes, que incluyen una alta eficiencia de conversión de energía. Sin embargo, esta tecnología se encuentra menos desarrollada que la de los PV.
Tal vez la aplicación más familiar para la energía solar es la calefacción y la iluminación de edificaciones. Ciertamente no se trata de una idea nueva. Tan tempranamente como en el año 500 a.C. los antiguos griegos diseñaban sus casas para aprovechar el abrigo del sol, a pesar de que se guiaban con diseños simples. Las aplicaciones de las edificaciones actuales se encuentran envueltas en una ciencia sofisticada.
Los edificios solares emplean los principios básicos de la transmisión de calor para recoger, guardar y distribuir la energía del sol. “Los sistemas pasivos” usan al edificio mismo para lograr estas tareas. Paredes y pesos que mantienen el calor, y enfriamiento nocturno, son algunas de las técnicas usadas para calentar o enfriar pasivamente un edificio.
La luz del día es otra aplicación de la energía solar en los edificios. A través de un hábil diseño de las ventanas, tamaños, colocación y la selección de la transparencia adecuada de las ventanas, los edificios pueden tener espacios bien iluminados, brillantes sin la desventaja del sobrecalentamiento y el deslumbramiento. Estas tecnologías pueden brindar grandes ahorros en las cuentas eléctricas, en particular para los edificios de oficinas.
Esta casa tiene grandes ventanas para capturar la luz solar y el calor
El diseño de los edificios solares ya no es un arte exclusiva de los magos solares. Hoy en día, los modelos de computadora pueden ayudar a los arquitectos y constructores a realizar edificaciones de costos convenientes que combinen eficiencia energética con comodidad, practicidad, además de una sensación y una apariencia acogedora.
En los sistemas solares activos la energía solar es provista por equipos, por ejemplo: celdas PV y colectores solares.
Los paneles en el techo de esta casa emplean el calor del sol para proveer agua caliente.
Los paneles solares, también conocidos como “colectores”, pueden ser colocados en el techo de las edificaciones. Entonces emplean el calor del sol para calentar el agua u otro fluido, el cual pasa a través del panel. Luego el fluido es conducido a un almacenador de calor (Ej. Un tanque de agua caliente) y ayuda a proveer de agua caliente o de calefacción central a la edificación. Los paneles trabajan durante las horas en que hay luz del día, inclusive si el cielo se encuentra nublado y no hay luz del sol directa. Los paneles solares activos pueden también ser usados para calentar el agua de las piscinas o para proveer calor para los procesos agrícolas e industriales.
La potencia solar tiene un gran potencial en el Reino Unido. En Inglaterra, cada metro cuadrado de los techos, que apuntan al sur, reciben 1000kWh de radiación solar durante un año. Esto quiere decir que los techos de muchas de nuestras casas en realidad reciben más energía proveniente del sol de la que necesitamos para proveer tanto de calefacción como de agua caliente. De cualquier forma, no siempre resulta ser efectiva en costo de un costo efectivo la explotación de esta energía.
La cadena de supermercados J. Sainsbury's en el Reino Unido, está realizando pruebas comerciales en dos contenedores refrigerados con energía solar. Los módulos fotovoltaicos están montados en el techo y cargan una batería montada en el chasis del trailer. La batería proporciona energía al sistema de refrigeración.
El Bus Solar de los Jardines Kew en Inglaterra transporta a los visitantes en una manera silenciosa y eficiente.
El vuelo alrededor del mundo del globo Breitling Orbiter. Las celdas fotovoltaicas (PV) fueron cruciales en el éxito de la vuelta histórica al mundo del globo Breitling Orbiter. El globo, el cual fue el primero en volar alrededor del mundo, fue potenciado por celdas PV, a los cuales satisfacían todos los requerimientos de energía durante el vuelo. La electricidad fue necesaria para las telecomunicaciones, iluminación, ayudas de navegación y de transformación. Además fue usada para dar energía a los equipos que limpiaban al aire para que pueda ser respirado por la tripulación.
Las celdas PV ayudaron de forma efectiva a la circunnavegación del planeta del Breitling Orbiter
(Cortesía de Baterías Beco Ltd.)
Algunas de las tecnologías de la energía renovable son del tipo intermitente –especialmente de aquellas que dependen del sol y del viento. En algunos casos, esto no crea un problema. Por ejemplo, los sistemas termo solares producen la mayoría de energía en las tardes del verano cuando el calor del sol está en su punto más alto. Coincidencialmente, eso es cuando se emplea al máximo el aire acondicionado.
En la mayoría de los casos, el uso de los sistemas de viento y solares se optimiza por medio del almacenamiento de energía producida cuando los recursos están en sus puntos mayores.
Existen diferentes maneras de almacenar energía, tales como: Sistemas Termales, Mecánicos y Químicos. Todos ellos pueden almacenar calor, electricidad o energía de rotación para un uso posterior. En algunos casos, el recurso mismo puede ser almacenado.
La mayoría de sistemas de almacenamiento termal emplean un calor sensible – la clase de calor que puede ser sentido. Sólidos, líquidos y gases pueden ser incorporados en un sistema solar para almacenar calor. Estos materiales luego vuelven a irradiar el calor, cuando el espacio es enfriado o proveen su calor de forma indirecta a través de intercambiadores de calor, bombas, o ventiladores.
Algunos sistemas de almacenamiento termal emplean una fase de cambio de estado de materiales. Es un proceso similar al de derretir y congelar el hielo. Cuando el sistema esta recogiendo energía solar, el material se calienta y se derrite. Luego, cuando el calor es extraído, el material se enfría y se congela. El proceso de derretimiento y de congelamiento absorbe y libera algunas veces la cantidad de energía recolectada en un sistema sensible de calentamiento. La fase de cambio de estado de los materiales puede ser elegida con temperaturas derretidoras que correspondan a la temperatura en la cual la energía está disponible.
El almacenamiento de aire comprimido es otra técnica que tiene aplicaciones potenciales. En las plantas operadas por turbinas a gas hay un ciclo de potencia que emplea al aire como un fluido para trabajar. Los operadores pueden utilizar el exceso de electricidad para comprimir el aire. El aire es almacenado en un reservorio y puede ser empleado luego para generar electricidad.
Los sistemas de almacenamiento químico emplean reacciones químicas reversibles para almacenar la energía. La más común de estas baterías de almacenamiento es la batería de plomo y ácido, familiar para quien encienda y conduzca un vehículo. Cuando la batería es cargada al conectarla a una corriente eléctrica ocurre una reacción química dentro de la batería. Cuando la batería es descargada, estas reacciones son revertidas, proveyendo electricidad al vehículo.
En los inicios de 1970 las personas de alrededor del mundo notaron que la Tierra es un poco como una nave especial viajando a través del espacio. La mayoría de nuestros recursos son finitos. Y no existe un lugar donde podamos arrojar las cosas – simplemente movemos nuestros deshechos de un lugar a otro. En algunos lugares, nos estamos realmente envenenando con desperdicios de las actividades humanas.
Mucha de la polución en nuestro planeta está directamente ligada al uso de la energía. La combustión de los combustibles fósiles en nuestras casas, vehículos, industrias y plantas eléctricas, crean algunos tipos de emisiones nocivas, las cuales terminan en nuestro aire, agua y suelos. Estas emisiones causan daños a la Tierra, a la propiedad, a la salud y a nuestra calidad de vida. Además, la combustión de energías fósiles es una contribuyente mayor de monóxido de carbono en la atmósfera, lo cual, los científicos creen, que puede llevar a cambios dramáticos en los climas mundiales.
Los efectos del uso de la energía en nuestro ambiente tienen altos costos. Por ejemplo, en el cuidado de la salud, perdida y daños de la propiedad. A pesar de esto, estos costos no están incluidos en el precio de la energía. Por lo contrario, los costos son asumidos por cada uno de los miembros de la sociedad.
La energía renovable y la eficiencia de la energía tienen ya una eficiencia de costo en muchas aplicaciones. Sin embargo, si comparamos varias Fuentes de Energía sobre la base de sus costos sobre el ciclo entero del combustible – incluyendo los costos ambientales, sociales y los costos asociados con deshabilitar viejas plantas – la economía de la energía renovable y la eficiencia de la energía mejora dramáticamente.
La mejora en las tecnologías de uso de energías renovables puede prevenir la polución, ya que se puede producir menos emisiones dañinas. La eficiencia de la energía puede ayudar a cualquier proceso a producir menos contaminación simplemente usando menos energía.
Fuente de energía encontrada o almacenada en la naturaleza. Ejemplos: biomasa, carbón, petróleo, gas natural, el sol, viento, agua, poder nuclear de substancias radioactivas, poder térmico almacenada en el interior de la tierra y los océanos, y, energía potencial de la gravedad de la Tierra
Celda Solar (eléctrica): Celda Fotovoltaica (PV).
Rango que determina cuantas veces más tu piel puede tolerar los rayos UV cuando te aplicas un protector solar. Por ejemplo, si te toma 5 minutos el quemarte y que tu piel enrojezca bajo el sol utilizas un protector solar 15, el quemarte te debería tomar 75 minutos (5 minutos multiplicado por un SPF 15 es igual a 75 minutos).
Luz Ultravioleta (UV): Radiación invisible, o luz visible inmediatamente después del violeta, al final del espectro
Energía del viento: Fuente renovable que emplea al viento para mover una hélice.
2.- Unidad DIDÁCTICA sobre Energías renovables En TECNOLOGÍA.
1. GENERALIDADES:
1.1 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
Este tipo de energía solar utiliza directamente la energía que recibimos del sol, que la aprovecha en forma de calor. Se puede usar para producir electricidad o para recuperar directamente el calor de la radiación solar. En este sentido, se puede aprovechar de forma activao pasiva. Nosotros trataremos la activa.
1.1.1 Producción de electricidad con energía solar térmica.
Existen dos modos de producir electricidad por energía solar térmica: de alta o de baja concentración.
Los dispositivos de alta concentración son las llamadas centrales de torre. En éstas, la radiación solar se capta por un campo de helióstatos (espejos que siguen el movimiento solar durante el día gracias a un control por ordenador). Los espejos son curvos, reflejan la luz del sol concentrándola en un único punto llamado foco en la torre. El foco es en realidad un receptor (formado por un conjunto de tubos metálicos o cerámicos, en el cual circula un fluido (agua, vapor, aire, sales,...). El fluido es el encargado de transmitir el calor. Un circuito de agua es el receptor de ese calor, ya que cuando ésta se evapora hace mover una turbina, que produce electricidad gracias a un alternador. De aquí comprendemos el nombre que recibe esta energía, ya que su funcionamiento en su segunda parte es similar al de cualquier central térmica o nuclear, con la diferencia que el calor se recibe directamente del sol.
La inversión de este tipo de centrales es muy elevada, pero es de esperar que las investigaciones las reduzcan (desarrollo de helióstatos más baratos, de receptores volumétricos,...).
Otra variedad de centrales solares térmicas de alta concentración son los llamados discos parabólicos: son espejos con forma de parábola que también se mueven con el sol y concentran la energía solar en foco solidario al disco donde está situado el receptor.
Los dispositivos de baja concentración son algo diferentes: esta vez, se trata de un conjunto de colectores cilindro parabólicos que también se mueven con el sol concentrando la radiación en un foco donde circula un fluido, que se calienta y hace mover una turbina que por medio de un alternador, produce electricidad. Este tipo de centrales solares térmicas se presentan mucho más eficaces que las de torre: son menos complicadas, requieren una inversión menor al ser las distancias espejo-foco menores y al ser más fáciles de operar. Son centrales que ocupan un espacio más pequeño y que presentan ventajas frente a los discos parabólicos.
En ambos casos (alta o baja concentración), la energía calorífica solar se transforma generalmente en la energía eléctrica, aunque existe la posibilidad de almacenar calor en tanques de sales fundidas para ser utilizado posteriormente.
1.1.2 Aplicaciones industriales
Una de las aplicaciones industriales más espectacular de la energía solar térmica son los hornos solares. Se trata de un conjunto de helióstatos que se mueven con el sol y reflejan las radiaciones en un foco. En este último se pueden alcanzar temperaturas increíbles, del orden de los 3000ºC. Esto tiene su utilidad en campos tan variados como en la medición de la resistencia de materiales, sobre todo metálicos y cerámicas, en la obtención de fibras de alta dureza, en la prueba de reacciones químicas, en la simulación de los efectos de una explosión nuclear, en la aerospacial... por citar algunos ejemplos. Este tipo de energía solar ha permitido un gran avance en el campo de la termomecánica.
También la llamada química solar tiene un interés muy importante a nivel industrial. Muchas reacciones químicas se desarrollan a altas temperaturas (en general, suelen ser superiores a los 800ºC): obtención de hidrógeno, detoxificación de residuos orgánicos tóxicos...
Otra aplicación industrial interesante de la energía solar es la desalinización del agua de mar para la obtención de agua potable. Normalmente, este tipo de plantas utilizan la energía solar para calentar el fluido necesario para desalinizar: hasta ahora se utilizaban para esta operación combustibles fósiles.
1.1.3 Aplicaciones domésticas
La energía solar térmica está cobrando cada día más importancia para usos domésticos. Se utiliza sobre todo para obtener agua caliente y como combustible de la calefacción.
La energía la recoge un colector plano(caja negra orientada al sur) que recibe la energía solar a través de una cubierta transparente. El calor se retiene por efecto invernadero. El colector plano contiene un tubo negro en zig zag que contiene el fluido que se calienta. Este colector recibe energía solar directa y difusa.
El agua caliente que se obtiene sale a temperaturas de menos de 70ºC. Esta agua caliente es útil no sólo para viviendas, sino también para hospitales, hoteles, piscinas, fábricas...
Los colectores planos son usados también para calefacción de edificios, aunque en este sentido es más usual la energía solar pasiva.
Calentar agua por energía solar térmica es un proceso económico, tiene alto rendimiento, escaso mantenimiento y muy limpio (comparándolo con sistemas más convencionales como el petróleo o el gas natural). Otros ejemplos curiosos de aplicación doméstica de energía solar son las cocinas térmicas, los encendedores térmicos...
1.1.4 Ventajas y desventajas de la energía solar
La energía solar térmica tiene como gran ventaja la de reemplazar a otras fuentes de energía como combustibles fósiles o nucleares. También es una energía autónoma y descentralizada, que procede de una fuente gratuita e inagotable. Se trata de una energía limpia y segura, absolutamente inocua para el medio ambiente local y mundial.
Sin embargo, lo que verdaderamente frena el desarrollo de la energía solar es la técnica aún insuficiente (almacenamiento de la energía, calidad y eficiencia de materiales...). También los altos costes de instalación, la insuficiente financiación para la investigación, o los bajos precios del petróleo influyen en el hecho de que la energía solar no tenga más importancia de la que tiene.
1.1.5 Actualidad sobre la energía solar térmica.
Actualmente, y aunque ya se ha señalado que la investigación en este tipo de energías es escasa, se están obteniendo grandes avances en el campo. Los países punteros son: Estados Unidos, Israel, Francia, Alemania, Japón, Grecia, Suecia, Chipre. En España es interesante mencionar la Plataforma Solar de Almería, importante centro de investigación en energía solar.
Gran parte del territorio español tiene condiciones buenas para amortizar fácilmente una planta solar térmica ya que las condiciones climáticas son idóneas: 4kWh/m2 de energía solar de media por año.
Una visión realista del sector solar español nos llevaría a una efectiva utilización de este tipo de instalaciones, y en la actualidad ya hay 40000 m2 instalados.
1.2 COLECTORES SOLARES
Así como los sistemas de célula fotoeléctrica aprovechan la energía electromagnética del sol que nos llega en forma luz, para después ser transformada en energía eléctrica, los sistemas de colector solar utilizan su potencia calorífica para calentar un líquido, que posteriormente será empleada generalmente en suministrar calefacción.
Existen sistemas de colector solar con y sin concentración. Los que no utilizan concentración reciben el Sol directamente, sin ningún elemento auxiliar, como los rotores que permiten el seguimiento en todo su ciclo. Aunque con menor rendimiento, tienen sin embargo la ventaja de su simplicidad, facilidad de construcción y menor mantenimiento, gracias a que su posibilidad de presentar fallos técnicos también es menor.
1.2.1 COLECTORES SIN CONCENTRACIÓN
Los sistemas sin concentración utilizados son del tipo colector plano convencional y colector de vacío.
Colector plano convencional
El colector plano convencional es el de uso más extendido por su sencillez de fabricación. Dispone únicamente de cuatro elementos: un circuito de conducción del agua, la placa de absorción, una cubierta y la caja de protección. La ausencia de partes móviles le da una característica de gran durabilidad.
El circuito de conducción del agua consiste en una especie de serpentín de tubos metálicos por donde circulará el agua que se pretende calentar. Su diámetro es muy pequeño para que el nivel de líquido que circula por é tenga tiempo a calentarse en todo su recorrido. Los tubos se fabrican con materiales que mantengan la temperatura, como cobre o aluminio, y se les pinta de color negro para que no reflejen el calor, sino que la absorban. El conjunto se encuentra montado sobre una placa de absorción igualmente, que también capta calor y la induce en los tubos.
La cubierta transparente y la caja de protección no sólo protegen físicamente todo el conjunto sino que sirven de aislante térmico, impidiendo que la energía captada y transferida al agua que circula por los tubos se pierda a través de sus paredes. Para ello se aplica al interior de la caja un recubrimiento aislante, como la fibra de vidrio, u otro material que mantenga el calor en su interior.
El panel solar así construido juega un papel análogo al de un radiador de calefacción, pero justamente a la inversa. Así como el radiador tiene una superficie metálica diseñada para emitir el máximo de potencia calorífica a través de sus elementos, el panel solar tiene sus elementos diseñados para captar el máximo de calor y transferirlo a los tubos, los cuales precisamente alimentarán generalmente a sistemas de radiadores de calefacción, u otros servicios de agua caliente.
El funcionamiento del colector solar sin concentración se basa en el efecto invernadero. La radiación solar que entra a través de la cubierta transparente, incide directamente sobre el sistema de conducción de agua (conectados al suministro de agua fría) y la placa absorbente. De la energía entrante sólo una décima parte es reflejada a la atmósfera. Al principio, cuando el colector entra en funcionamiento (entrada de agua fría por primera vez), el sistema absorbe gran cantidad de energía, ya que precisa calentar todos los elementos y el agua del interior del serpentín, pero una vez llegado al punto denominado de equilibrio dinámico, es la propia placa la que emite calor, del cual sólo una pequeña parte inferior al 10% se perderá por radiación a través de la cubierta de vidrio. Es entonces cuando se mantiene un efecto invernadero en el interior de la caja colectora, que es preciso mantener mediante un buen aislamiento de las paredes, evitando las pérdidas denominadas de convección. Todo el sistema tiene un rendimiento que varía en función de la intensidad de luz que recibe y la temperatura interior, pero es siempre inferior a un 60%; generalmente se aprovechan entre 30 y 50 vatios por cada 100 que se reciben.
Colector plano de vacío
Un sistema más avanzado de colector solar sin concentración es el colector plano de vacío. El diseño es muy similar al colector plano convencional, pero fabricado con materiales que obtienen altos rendimientos, y que poseen características especiales, tales como superficies selectivas, es decir, materiales que absorben ciertas frecuencias como los infrarrojos, pero que apenas los emiten, permitiendo absorciones del orden del 95%. Además, las pérdidas de convección están minimizadas al máximo mediante el vacío de la caja, que aumenta el rendimiento considerablemente. Con este sistema pueden alcanzarse temperaturas de hasta 120 grados centígrados. La desventaja de este sistema radica en el empleo de materiales más costosos y el delicado proceso de vacío.
Ambos sistemas de colector solar precisan algún sistema alternativo de energía. Por esta razón es imprescindible el empleo de acumuladores de calor que almacenen la energía calorífica que no ha sido utilizada, ejemplo de los clásicos termos de agua caliente, para su posterior empleo en ausencia de radiación solar.
1.2.2 COLECTORES CON CONCENTRACIÓN
Así como en los sistemas de colector solar sin concentración, las placas son expuestas directamente al Sol y se encuentran ausentes de elementos móviles, en los sistemas con concentración, como su nombre indica, se concentra la luz solar sobre la zona que se desea calentar. Esto se realiza mediante espejos o lentes apoyados en materiales selectivos, que calientan el líquido que circula por el interior de un tubo, en el que incide la radiación concentrada del Sol, permitiendo un mejor rendimiento que los colectores sin concentración.
Los modelos más simples de colectores con concentración son los de uno y dos ejes, aunque existe otro sistema más complejo utilizado en generación de grandes potencias, y que permite su transformación en energía mecánica: Horno solar de torre central.
El sistema de concentración de un eje consiste en un tubo, por el que circula el líquido que se desea calentar, y que se encuentra ubicado delante de una superficie parabólica reflectante. La energía reflejada por el elemento parabólico incide sobre el tubo (de longitud que puede llegar incluso a los 100 metros) y cuya concentración es 50 veces superior a otro sistema similar sin lentes, permitiendo temperaturas no inferiores a 100 grados centígrados, pero que pueden llegar a alcanzar los 350. El tubo debe ser fabricado con un material muy selectivo (generalmente óxido de cobre sobre níquel). Los espejos se construyen con vidrios bajos en contenido de hierro o con metales esmerilados de gran pureza, para proporcionar el máximo de rendimiento.
El sistema de colector de un eje precisa que la superficie perpendicular de la parabólica esté siempre posicionada hacia la máxima radiación del Sol. Para ello se disponen sistemas asados en ordenadores, que utilizan sensores de posición y servos, para mover el conjunto y mantenerlo siempre orientado hacia el Sol.
El detector de posición consiste en una serie de fotodiodos o fototransistores, que generan una corriente eléctrica proporcional a la luz que les incide. Si la iluminación decae, la señal eléctrica emitida por el detector decaerá también, entonces el ordenador activará los motores de posición para modificar y reorientar el colector hacia el punto de mayor radiación del Sol. Este sistema, al ser de un único eje, solo permite el seguimiento del Sol de Este a Oeste, es decir, desde que nace hasta que se oculta, pero no de Norte a Sur. Este problema se acrecienta cuanto más nos alejemos del Ecuador.
El problema del colector de un eje radica en que el Sol se mueve realmente en dos ejes, uno Este-Oeste y otro Norte-Sur. El eje Este-Oeste es diario, y puede ser seguido con el colector de un único eje. Sin embargo, conforme nos alejamos del Ecuador y según la estación del año, desde nuestro punto de observación el Sol acusa más el movimiento sobre el eje Norte-Sur. Para poder corregir esta variación se han diseñado los colectores de dos ejes, que realizan un seguimiento del Sol sobre ambos mediante dos motores, el de acimut y el de elevación, todo ello situado sobre una torre vertical. El sistema presenta complejidades mecánicas que no compensan el rendimiento obtenido, por lo que son poco utilizados.
En general, los sistemas de colectores solares con concentración permiten únicamente aplicaciones para calefacción, y en todo caso pequeñas turbinas para generación de energía de energía eléctrica. No posee suficiente potencia para convertirla en energías mecánicas de importancia; para este caso existen otros métodos más sofisticados de concentración, como los Hornos solares de torre central.
3.- PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA. CONOCIMIENTO TEÓRICOS EN EL ÁREA DE
TECNOLOGÍA.
Autores:
Maria Dolores Villena Roblizo Profesora de Tecnología del I.E.S Jorge Juan de Alicante
César Sánchez Serna, Profesor de Tecnología del I.E.S Cabo de las Huertas de Alicante
Cualquiera de las actividades que realizamos a diario precisa del empleo de energía. En otros tiempos solo se podía recurrir al esfuerzo físico de personas o animales, al calor de la leña ardiendo o a la fuerza del aire y del agua al mover los molinos. Actualmente en nuestra sociedad las dos formas de energía más empleadas son los combustibles fósiles y la electricidad.
El extraordinario poder energético de los combustibles, desde la madera hasta los combustibles fósiles como el carbón, el gasóleo, la gasolina o el gas natural, se aprovecha de forma directa en algunas aplicaciones tan comunes como el cocinado de alimentos, la calefacción. En los medios de transporte son insustituibles por la dificultad de almacenar la energía eléctrica.
La mayoría de las máquinas y aparatos que utilizamos habitualmente funcionan con energía eléctrica. La energía que reciben se transforma en su interior produciendo a su salida diferentes tipos de efectos, como calor, luz, imágenes, sonidos o movimientos.
La facilidad con que se transporta y se transforma en multitud de efectos convierte a la electricidad en el tipo de energía más empleado en la mayoría de aplicaciones.
Para que funcionen pequeños aparatos eléctricos, teléfono móvil, radio, es basta con la energía eléctrica que suministran las pilas o baterías. Sin embargo, la mayoría de máquinas y aparatos eléctricos necesitan más cantidad de energía, que debe ser suministrada, de forma constante, a través de la red eléctrica.
Esta producción de energía eléctrica se lleva a cabo en las centrales eléctricas. En este tipo de instalaciones se realiza la transformación de la energía del sol, del viento, del agua o de los combustibles en energía eléctrica. En este tema aprenderás los diferentes tipos de centrales que se emplean hoy en día.
La mayoría de las centrales utilizan grupos de turbina-alternador para producir electricidad:
El alternador está formado por un eje giratorio formado por grandes electroimanes que giran movidos por el eje de la turbina al que está unido. Este giro produce un voltaje en las bobinas (cables enrollados) del estator (parte fija del alternador. De allí salen los cables que suministran la energía eléctrica.
Llamamos así, a las materias o fenómenos procedentes de la naturaleza y de los que nos aprovechamos para producir la energía que empleamos. El viento, el petróleo, el sol, la fuerza del agua o materiales como el uranio son “recursos energéticos”.
Dependiendo de que el recurso que se emplee para generar energía se agote o la naturaleza lo renueve, los recursos energéticos pueden ser renovables o no renovables.
De igual forma se pueden clasificar las centrales eléctricas entre renovables y no renovables. Otra clasificación se puede hacer atendiendo a la importancia que hoy en día tienen los distintos tipos de centrales, así, podemos clasificarlas entre:
Funcionamiento Mediante una presa se construye un embalse en el curso de un río. Gracias a los embalses se aprovecha el agua en el momento adecuado (riegos, consumos humano o industrial), cuando se desembalsa el agua, circula a través de una turbina, que mueve un alternador que genera la energía eléctrica.
El agua que sale de la turbina es aprovechada para otros usos.
Inconvenientes aunque es una energía limpia (no produce contaminación), genera problemas en los ecosistemas de los ríos y en las poblaciones que deben de ser inundadas por los embalses.
Funcionamiento Se utilizan como combustibles, carbón, gasóleo, fuel y gas natural. El combustible se introduce a la caldera donde se pone en combustión. El calor generado en la caldera sirve para calentar toda una red de tuberías construidas dentro de la caldera, por esta tubería circula agua. Al calentarse el agua se convierte en vapor a alta presión (imagina una olla a presión). Este vapor mueve la turbina que a su vez mueve el alternador que genera la energía eléctrica. A la salida de la turbina sale el vapor a baja presión, este vapor se conduce a través de tuberías a la torre de refrigeración donde se enfría y se convierte de nuevo en agua para que pase a través de la caldera.
Caldera
Turbina
Alternador
Torre de refrigeración
Chimenea de salida de humos.
La extracción de los combustibles genera numerosos problemas, impacto paisajístico en zonas mineras o accidentes en el transporte del petróleo.
Funcionamiento es el mismo que el de una central térmica pero en lugar de generarse el calor en la caldera al quemar un combustible, este calor se genera en un reactor nuclear. En dicho elemento se producen reacciones de fisión (reacciones atómicas) en materiales como el Uranio o el Plutonio. Estas reacciones generan una gran cantidad e calor que es convertido en electricidad igual que en una central térmica.
Inconvenientes si no se producen accidentes no se produce contaminación del aire. Los residuos nucleares son muy peligrosos durante muchos años (debido a su radiactividad) y un accidente de una central nuclear es muy peligroso para las poblaciones próximas.
Es la energía alternativa más desarrollada.
Funcionamiento está formado por un conjunto de máquinas llamadas aerogeneradores. Cuando el viento los hace girar generan la energía eléctrica. Están formados por un rotor (normalmente de 3 palas), elemento que convierte la fuerza del viento en energía mecánica de un eje, este eje está acoplado a un alternador que genera la energía eléctrica.
Inconvenientes genera impacto paisajístico afeando el paisaje y son peligrosos para las aves. Es necesario que sople el viento.
Se entiende por biomasa toda la materia procedente de los seres vivos. Esta biomasa se utiliza como combustible en centrales de combustión térmicas. Los gases de su combustión, generan efecto invernadero, aunque no son tan contaminantes como los combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas natural).
Se puede utilizar como biomasa:
Inconvenientes, generan gases de efecto invernadero.
El calor del interior de la tierra se aprovecha en algunas zonas del mundo (zonas con actividad volcánica) para calefacción en casas o generar electricidad mediante turbina-alternador.
Inconvenientes existen muy pocas zonas donde sea aprovechable.
Inconvenientes alteración de la vida marina, impacto visual en la costa.
Tipo de central |
¿Dónde y cómo se genera el calor? |
El calor generado convierte el ................ en .................... a alta presión. Este ........... mueve la ................... que hace girar el ................... que produce la energía eléctrica. |
Nuclear |
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Térmica |
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Solar térmica |
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Central de biomasa |
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Central geotérmica |
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Central eléctrica |
Inconvenientes |
EXAMEN “LA PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA”
1.- ¿Qué es una turbina?
2.- ¿Qué es un alternador?
3.- Nombra tres formas de energía renovables.
4.- Nombra tres formas de energía no renovables.
5.- Explica el funcionamiento de una central solar térmica.
6.- Explica el funcionamiento de una central térmica de combustión.
Central Térmica de combustión
EXAMEN CENTRALES ELÉCTRICAS 2
1.- Explica:
¿Qué es la energía? ¿Qué es un recurso energético?
Nombra alguna unidad de medida de energía.
Nombra cinco fuentes de energía que se utilicen para producir electricidad.
2.- Explica la diferencia entre:
Energías renovables y energías no renovables.
Energías convencionales y energías no convencionales.
Energías limpias y energías contaminantes.
3.- Explica el funcionamiento de una Central Termoeléctrica.
4.- Explica la producción de energía eléctrica mediante alguna fuente de energía renovable. Utiliza algún dibujo.
5.- Explica la forma de producir energía eléctrica en una central nuclear.
EXAMEN CENTRALES ELÉCTRICAS TEST
1.- ¿Qué energía es renovable?
2.- ¿Qué ventajas tiene la energía eléctrica?
3.- La energía de los medios para transporte se obtiene principalmente de:
4.- La máquina que transforma la fuerza del agua en energía mecánica de rotación se llama:
5.- La máquina que transforma el movimiento de un eje en energía eléctrica se llama:
6.- ¿Cuál de estos componentes no es una parte del alternador?
7.- ¿En qué centrales no se emplea turbina?
8.- Señala los que sean Inconvenientes de las centrales térmicas de combustión:
9.- Una central nuclear no tiene:
10.- El material que se utiliza como “combustible” en un reactor nuclear es:
11.- Los parques eólicos están formados por:
12.- La parte del aerogenerador que transforma el viento en giro de un eje es:
13.- Las aspas de un aerogenerador giran porque:
14.- Para concentrar la luz del sol de una central solar térmica se utilizan:
15.- Una central solar térmica funciona sin reactor pero de manera similar a:
16.- Un combustible de la biomasa es:
LA ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN A PARTIR DE LA BIOMASA
César Sánchez Serna 1,
1CEFIRE de Alicante
El presente escrito surge a raíz de la construcción y puesta en marcha de una planta de aprovechamiento energético de la biomasa del olivar en la localidad de Villanueva del Arzobispo, provincia de Jaén (España). Intentaré explicar (utilizando un lenguaje lo menos técnico posible y sin pretender escribir un ensayo sobre la materia) los conceptos relativos a la energía y su transformación relacionándolos con la planta de aprovechamiento de la biomasa.
Conceptos
La energía no se puede ver, no se puede tocar, no se puede pesar, no ocupa lugar. Ver, tocar, pesar, etc., son acciones que podemos realizar sobre una manzana, un bolígrafo, un coche..., en definitiva, sobre sistemas materiales y la energía no es un sistema material. La energía (del griego enérgueia, “que contiene trabajo”) es una propiedad asociada a los sistemas materiales. Gracias a esta propiedad los cuerpos tienen capacidad para producir cambios en otros cuerpos o en ellos mismos. Así, podemos decir que la gasolina es una sustancia (sistema material) pero no es energía. Sin embargo, sí podemos decir que la gasolina tiene energía ya que con ella podemos producir cambios.
La capacidad para producir cambios se manifiesta de muchas formas ya que puede tener diferentes orígenes. Para tener esto en cuenta, se le pone a la energía un “apellido” que nos informa con qué está asociado cada tipo de energía. Veamos unos ejemplos que ilustren algunas formas de energía.
El aire en reposo no tiene la misma energía que el aire en movimiento. Cuando el aire se mueve puede producir, por ejemplo, un cambio en el estado de movimiento de las aspas de un molino; se dice que el aire tiene “energía cinética”. La energía cinética está asociada al movimiento de los cuerpos.
La posición de los cuerpos en la Tierra también es una forma de energía denominada “energía potencial gravitatoria”. No tiene la misma energía potencial el agua que se encuentra en un depósito en el tejado de una casa y el agua que se encuentra en el mismo depósito pero en el sótano de la casa. La suma de las energías cinéticas y potenciales de un cuerpo se denomina genéricamente “energía mecánica”.
La naturaleza, temperatura y masa de un cuerpo también define un tipo de energía denominado “energía interna”. En el caso de la temperatura, podemos decir que un cuerpo caliente tiene más energía que un cuerpo frío. En cuanto a la naturaleza de la sustancia y su masa, podemos poner el ejemplo del petróleo y el carbón, sustancias de las que se puede obtener una gran cantidad de energía aunque no la misma. Para obtener la misma energía que la obtenida de 1000 Kg. de petróleo hacen falta unos 1400 Kg. de carbón, por tanto, podemos decir que el petróleo tiene más energía interna por unidad de masa que el carbón.
No se puede olvidar la “energía eléctrica”, asociada al movimiento de las cargas eléctricas a través de un circuito. La cantidad de energía eléctrica depende de la intensidad de corriente, el voltaje y el tiempo que esté pasando la corriente por un determinado aparato eléctrico.
Existen otras formas de energía que no están relacionadas con el tema tratado en este artículo, son la energía radiante y la energía nuclear. Todas las formas de energía mencionadas son generales e incluyen otras formas de energía más específicas, por ejemplo, la energía solar es una forma de energía radiante, la energía eólica es una forma de energía cinética, etc.
Otro hecho importante respecto a la energía es su transformación. La energía asociada a un sistema puede aumentar o disminuir en él cuando se realiza un cambio. Veamos un ejemplo: un obrero está subiendo un saco de yeso desde la planta baja hasta el primer piso. En este caso, la energía interna del obrero disminuye, mientras que la energía potencial gravitatoria del saco y la del propio obrero aumenta al subir desde la planta baja hasta el primer piso. De forma simplificada se dice que parte de la energía interna del obrero se ha transformado en energía potencial gravitatoria del saco de yeso y del obrero. Esta transformación de la energía es total, no hay pérdidas y permite establecer el conocido principio de conservación de la energía: “la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”.
Hay situaciones en las que parece que esto nos es así, es decir, no se cumple el principio de conservación. Por ejemplo: cuando sembramos un campo de trigo en la cosecha se recoge mucho más trigo (energía interna) que la semilla que se utilizó. Otro ejemplo: cuando llueve y se llena un pantano aparece energía potencial del agua. ¿De dónde procede dicha energía? En ambos casos el aporte de energía procede del Sol, capaz de evaporar el agua de ríos y mares dando lugar a las nubes que permiten llenar el pantano y de que las plantas, a través de la fotosíntesis, sean capaces de crecer.
Para terminar de definir conceptos, es necesario hablar desde el punto de vista físico del trabajo y del calor. Para que la energía se transfiera entre los sistemas éstos deben interaccionar entre sí. Cuando la interacción es de tipo mecánico, es decir, mediante la actuación de una fuerza (como en el caso anterior del obrero que sube el saco de yeso desde la planta baja hasta el primer piso) la transferencia de energía entre un cuerpo y otro se denomina trabajo. Mientras se realiza trabajo sobre un cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo (la energía interna del obrero se está transformando en energía potencial del saco y en energía potencial del propio obrero), por lo que puede decirse que el trabajo es energía en tránsito.
El calor interviene cuando dos cuerpos o sistemas que se encuentran a distintas temperaturas interaccionan. La energía se transfiere desde el cuerpo caliente (tiene más energía interna) al frío y esa transferencia de energía se denomina calor. Se puede decir que el calor es energía en tránsito, que siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la de la segunda y reduce la de la primera. Por ejemplo, si echamos hielo a un vaso de agua, el agua que está a mayor temperatura cede energía al hielo que está a menor temperatura. La consecuencia es que el agua baja su temperatura (el agua se enfría).
Para medir la cantidad de energía que se transfiere entre los sistemas es necesario establecer una unidad. La unidad de energía en el Sistema Internacional de medidas es el Julio (J). Al ser el trabajo y el calor energías en tránsito, su unidad también es el Julio. Otras unidades de energía más familiares son la caloría (cal) que equivale a 4’18 J, y el kilovatio-hora (Kwh.) que equivale a 3.600.000 J. Un Julio es una cantidad de energía muy pequeña si observamos su equivalencia con el kilovatio-hora. Pongamos otro ejemplo: 1 Kwh. es la energía que transforma (en el lenguaje cotidiano “consume” o “gasta”) una bombilla de 40 vatios encendida durante 25 horas. La unidad kilovatio-hora también nos informa de otro aspecto de la energía: cuesta dinero. Actualmente 1 Kwh. cuesta unos 0’079 euros.
¿Qué es la biomasa?
Una vez definidos los conceptos relativos a la energía podemos pasar a describir las transformaciones energéticas que tienen lugar en la Planta de Biomasa. También intentaré explicar por qué la biomasa es una fuente de energía renovable que no contribuye significativamente a aumentar la contaminación global del planeta.
No todas las formas de energía son equivalentes. Hay unas formas de energía que permiten realizar más transformaciones que otras. La energía eléctrica, por ejemplo, la podemos utilizar en una gran variedad de procesos diferentes, aprovechándola en su casi totalidad, mientras que la energía interna del agua caliente tiene menos utilidades directas. Decimos que la energía eléctrica es de mejor calidad que la energía interna del agua caliente.
Generalmente, cuando usamos la energía para algún proceso que nos proporciona bienestar, utilizamos energía de una determinada calidad y al final del proceso tenemos la misma cantidad de energía, pero de peor calidad, de forma que decimos que la energía se ha degradado. En el lenguaje cotidiano, decimos que hemos “consumido energía”, aunque en realidad sigue existiendo la misma cantidad de energía, pero ahora de calidad inferior.
En muchas ocasiones el último eslabón de la cadena de transformaciones es un aumento de la temperatura del medio ambiente. Ese aumento de temperatura se nota muy poco, pues el ambiente es muy grande y, si en un momento puede darse una elevación importante de temperatura en una zona limitada, rápidamente tiende a igualarse la temperatura con los alrededores.
El proceso inverso, producción de energía de alta calidad (en adelante energía eléctrica) a partir de energía de baja calidad, es posible pero a costa de aprovechar sólo una parte de esta. Es lo que ocurre cuando se produce energía eléctrica a partir de la energía química (interna) de un combustible, sólo se puede aprovechar una parte, que difícilmente sobrepasa el 30-40%. La energía de partida para la producción de energía eléctrica define lo que se denomina fuente de energía: un sistema natural cuyo contenido energético es susceptible de ser transformado en energía útil. La principal fuente de energía hoy día es el petróleo, el carbón y el gas natural (genéricamente se denominan combustibles fósiles). Otras fuentes de energía son el uranio, el agua almacenada en pantanos, el Sol, el viento, la biomasa, las mareas, el calor interno de la Tierra...
No es mi objetivo el analizar las ventajas e inconvenientes de cada fuente de energía y sí centrarme en la biomasa como tal. En la definición de biomasa se incluyen las materias de tipo vegetal, residuales o procedentes de cultivos que tienen carácter renovable, así como las deposiciones animales con valor energético. En realidad, la biomasa, en forma de leña o carbón vegetal, ha sido la base del suministro energético de la Humanidad durante muchos siglos. Sin embargo, el término biomasa es muy amplio y engloba residuos forestales (procedentes de la limpieza del bosque y de la industria maderera), residuos agrícolas (desde la paja a residuos de las almazaras, pasando por el de los invernaderos, residuos de la poda...), residuos ganaderos (gallinaza de las granjas de pollos, residuos del ganado vacuno o lanar, etc.) y cultivos energéticos (cultivos destinados a la producción de biomasa energética en cantidades significativas como el cardo, el chopo y el eucalipto).
Hoy día se pretende utilizar la biomasa como fuente de energía por dos razones básicas: es renovable y tiene un menor impacto ambiental. Cuando utilizamos, por ejemplo, fuel como combustible, estamos utilizando una sustancia (el petróleo de donde procede) que ha necesitado millones de años para crearse, por tanto podemos decir que es una fuente de energía no renovable. No ocurre lo mismo con la biomasa. Es una fuente energética renovable si el ritmo de utilización de ésta no sobrepasa el de la creación de la misma. En cuanto al impacto ambiental, la biomasa suele ser un combustible más limpio en azufre y metales que los combustibles fósiles y no contribuye al llamado efecto invernadero. En efecto, al quemar un combustible ya sea fósil o biomasa se genera un gas, dióxido de carbono (CO2), que es el principal responsable (no el único) del calentamiento global del planeta por efecto invernadero, entonces ¿por qué el dióxido de carbono procedente de la combustión del petróleo sí contribuye al calentamiento global del planeta y el procedente de la biomasa no?.
Todos los seres vivos estamos constituidos por unos pocos elementos químicos, principalmente carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. El carbono presente en nuestro cuerpo procede de los alimentos que tomamos (animales y vegetales) y se puede decir que es un carbono “procesado” ya que las sustancias que tomamos son compuestos complejos del carbono (glúcidos, lípidos y proteínas). En el caso de las plantas, el carbono presente en las mismas procede de la atmósfera pues lo toman del dióxido de carbono. Para “procesar” dicho dióxido de carbono y convertirlo en una sustancia compleja necesaria para los procesos vitales la planta utiliza la fotosíntesis. En definitiva, las plantas toman dióxido de carbono de la atmósfera para crecer y nosotros devolvemos dicho dióxido de carbono a la atmósfera cuando utilizamos dichas plantas como combustible. El balance global es nulo y la biomasa como combustible no contribuye al aumento del dióxido de carbono en la atmósfera. No ocurre lo mismo con el petróleo o el carbón ya que han sido necesarios muchos millones de años para fijar el dióxido de carbono que generan en su combustión. Se puede decir que el petróleo y el carbón son “biomasa fósil”.
En los párrafos anteriores me he referido a la utilización de la biomasa como fuente energética mediante la combustión directa de la misma, tal como ocurre en la planta de aprovechamiento energético de la biomasa del olivar. No es la única forma de uso de la biomasa como fuente de energía ya que, como ya se ha comentado, el concepto de biomasa es muy amplio. Así, también se utiliza la biomasa para la producción de biodiesel o bioalcohol que sustituyen al gasoil o a la gasolina. El primero se obtiene de semillas oleaginosas y el segundo de granos de cereal, tubérculos, caña de azúcar y otros materiales con azúcares. Otro uso diferente a la combustión directa de la biomasa, contemplado también para el caso del residuo del olivar, es la fermentación anaeróbica (sin aire) por bacterias. En el proceso de fermentación se produce un gas (llamado biogás) rico en metano y, por tanto, combustible que se puede utilizar como tal.
Antes de pasar a las transformaciones energéticas en la planta de biomasa, un dato: en España se producen anualmente unos 30 millones de toneladas de residuos agrícolas. Teniendo en cuenta que los residuos mencionados son de bajo contenido en humedad, es lógico pensar que se puedan transformar en energía útil por métodos termoquímicos (del tipo de la combustión). En estas condiciones, y asignando a este tipo de residuos un poder calorífico medio de 14’5 millones de julios por kilogramo, se obtendría que el potencial teórico de los residuos agrícolas españoles equivaldría a unas 10’4 millones de toneladas de petróleo (cerca de un 10% del consumo energético actual).
Transformaciones energéticas en la planta de biomasa
Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica. En el caso de la planta de biomasa, la fuente primaria de energía es el residuo del olivar conocido como orujillo de la aceituna. En realidad, la planta de la biomasa es un tipo de central térmica como vamos a ver de una forma muy simplificada.
Empecemos por el combustible. La energía contenida en el orujillo que nos permitirá realizar cambios es energía interna. Este orujillo se quema en una caldera y la energía interna se transfiere en forma de calor al agua que circula por una extensa red de tubos que tapizan las paredes de la caldera. El aumento de la temperatura del agua es tal que pasa al estado de vapor a alta presión (el agua se encuentra en un circuito cerrado). Ha ocurrido una primera transformación energética: la energía interna del combustible se ha transformado en energía interna del vapor de agua. A continuación, a través de las tuberías, el vapor entra a gran presión en la turbina de la central y su expansión hace girar los álabes (paletas curvas) de la misma. Ha ocurrido una segunda transformación energética: la energía interna del vapor de agua se ha transformado en movimiento, es decir, en energía cinética o mecánica.
La última transformación energética tiene lugar en el alternador. Cuando una bobina de cobre gira en el seno de un campo magnético, generado por un imán o electroimán, se genera energía eléctrica. El aparato donde tiene lugar dicha generación se denomina alternador aunque, en realidad, no son las bobinas que lo contienen las que giran sino los electroimanes. El giro de los electroimanes en el alternador se produce gracias a la turbina ya que el eje de la misma está unido al rotor del alternador. Ha ocurrido una tercera transformación energética: la energía mecánica del eje de la turbina-rotor se ha transformado en energía eléctrica.
Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida (para su reutilización) en el condensador. Independientemente del sistema de condensación utilizado, aquí también tiene lugar una transformación energética ya que la energía interna del vapor de agua se transforma, en última instancia, en energía interna del medio ambiente. Esta energía interna del medio ambiente no es energía útil y forma parte de la pérdida energética que tiene lugar en el proceso. No es la única pérdida energética que tiene lugar, otra pérdida energética se produce, por ejemplo, en la caldera: la energía interna del orujillo no se transforma completamente en energía interna del vapor de agua ya que el medio ambiente que rodea a la caldera también aumenta su temperatura, es decir, su energía interna. Al final del proceso, toda la energía interna del orujillo se ha transformado en otras formas de energía: entre un 20 y un 30% se ha transformado en energía eléctrica, mientras que el resto pasa a ser fundamentalmente energía interna del medio ambiente.
1º) Para mantener una cámara de alimentos a –10ºC se requiere una extracción de calor de 5.000 KJ/h mediante un circuito de refrigeración que funciona según el ciclo de Carnot invertido. El calor se expulsa al ambiente, que se halla a 30ºC, y el trabajo necesario en el refrigerador provienen de un motor diesel que consume 2Kg/h de combustible con un poder calorífico de 41 MJ/Kg y posee un rendimiento del 45% del rendimiento máximo teórico, expulsando calor contra el ambiente.
2º) Un dispositivo digital de una agenda electrónica recibe un dato de otro dispositivo anterior en código binario natural de 4 bits que representan los meses del año. Diseña el circuito digital que nos daría una salida informándonos si cada mes es de 31 días.
3º) Tenemos un cilindro de doble efecto para prensado y unión de dos piezas con pegamento. El vástago del cilindro de la prensa avanza lentamente al oprimir un pulsador. Una vez alcanzada la posición de trabajo, deberá mantener la fuerza de prensado durante unos 6 segundos. Al término de ese tiempo, el vástago deberá retroceder automáticamente a su posición normal.
El inicio de un nuevo ciclo de trabajo deberá estar bloqueado durante unos 5 segundos, tiempo necesario para extraer la pieza e introducir otra. La velocidad de operación del proceso deberá ser alta, aunque regulable.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1080
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo2.html
http://www.unesa.es/graficos.htm
http://html.rincondelvago.com/centrales-solares_1.html
http://www.iit.upco.es/wiit/centralsolar/Descripcion.php
Direcciones de Internet utilizadas en las distintos tipos de Energias:
ORGANISMOS NACIONALES:
AGENCIA VALENCIANA DE LA ENERGÍA (WWW.AVEN.ES)
Asociación de Productores de Energías Renovables-APPA http://www.appa.es/
Asociación de Operadores de Productos Petrolíferos (AOP) http://www.aop.es/
Centro Nacional de Energías Renovables http://www.cener.com/
CIEMAT: Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicashttp://www.ciemat.es/
CONSELLERIA DE TERRITORIO Y VIVIENDA (antigua Consellería de Medio Ambiente) DE LA COMUNIDAD VALENCIANA. http://www.cma.gva.es/intro.htm
COMISIÓN NACIONAL DE LA ENERGÍA http://www.cne.es/
Corporación de Reservas Estratégicas de Productos Petrolíferos (CORES) http://www.cores.es/
CSN. CONSEJO DE SEGURIDAD NUCLEAR. http://www.csn.es
Departament de Mediambient de la Generalitat de Catalunya http://mediambient.gencat.net/cat/inici.jsp
Dirección General de Política Energética y Minas http://www.mineco.es/energia/
EVE Ente Vasco de la Energía http://www.eve.es/
Foro de la Industria Nuclear Española http://www.foronuclear.org/
IDAE: Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energíahttp://www.idae.es/
IMPIVA Instituto de la Mediana y Pequeña Industria de la Generalitat Valenciana
http://www.impiva.es/portal/webimpiva.nsf
INSTITUT CATALA D’ENERGIA http://www.icaen.es/
Instituto Nacional de Estadística de España (INE) www.ine.es
MINISTERIO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍAhttp://www.mcyt.es/
MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE http://www.mma.es/
MINISTERIO DE ECONOMÍAhttp://www.mineco.es/
Plataforma solar de Almería http://www.psa.es/webesp/index.html
Sociedad Nuclear Española (SNE) http://www.sne.es/
OPERADORA DEL MERCADO ESPAÑOL DE ELECTRICIDAD http://www.omel.com/.
UNESA. Asociación Española de la Industria Eléctrica http://www.unesa.es/
UNED: Los residuos urbanos y su problemática:
http://www.uned.es/biblioteca/rsu/pagina1.htm
ORGANISMOS INTERNACIONALES:
Agencia Internacional de la Energía (IEA). www.iea.org
Agencia Europea del Medio Ambiente http://www.eea.eu.int/
Biodiesel http://www.biodiesel.org/
Base de datos de energía eólica http://www.winddata.com/
BP.Statistical Review of World Energy 2003
http://www.bp.com/subsection.do?categoryId=95&contentId=2006480
Consejo Mundial de la Energía (World Energy Council) http://www.worldenergy.org/wec-geis/
Centro para las Energías Renovables y las Tecnologías Sostenibles (CREST) www.crest.org
Convenio de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático http://www.unfccc.de
Cumbre del clima de Kyoto http://www.cop3.de
COGENERACIÓN.ORG – Promoción de la cogeneración. http://cogeneracion.org/
Dirección General de Transportes y Energías (DG TREN) de Europa
http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/index_es.html
Evolution Markets Brokerage Services for Coal and Environmental Markets: http://www.evomarkets.com/
Environmental Protection Agency (EPA) Agencia de protección ambiental de Estados Unidos
http://www.epa.gov/
NFCCC GREENHOUSE GASES INVENTORY DATA BASE: http://ghg.unfccc.int/
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): http://www.ipcc.ch
Legislación ambiental europea http://www.eel.nl
Nasa, Scientific visualization studio (SVS): http://svs.gsfc.nasa.gov/stories/index_2003.html
Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) http://www.iaea.or.at/
Servicio de Información Energética del Estado Norteamericano http://www.eia.doe.gov/
Windpower http://www.windpower.dk/
Infoeólica http://www.infoeolica.com/
EMPRESAS:
Empresa Nacional de Residuos Radiactivos, S.A. (ENRESA). http://www.enresa.es/index.html
ECOTÈCNIA: www.ecotecnia.com
SEDIGAS (Sociedad para el Estudio y Desarrollo de la industria del Gas, SA). http://www.sedigas.es/
GAS NATURAL http://www.gasnatural.com/
CENSOLAR Centro de Estudios de la Energía Solar http://www.censolar.es/
GAMESA EÓLICA: www.gamesa.es
GUASCOR: www.guascor.com
ISOFOTON : www.isofoton.com
Empresas eléctricas españolas:
ELECTRICA DE VIESGO http://www.viesgo.es/
ENDESA http://www.endesa.es/
ENECO http://www.eneco.es/
ENHER http://www.enher.es/
ERZ http://www.erz.es/
FECSA http://www.fecsa.es/
GESA http://www.gesa.es/
HIDROELECTRICA DEL CANTABRICO http://www.h-c.es/
IBERDROLA http://www.iberdrola.es/
Red Eléctrica de España http://www.ree.es/apps/home.asp
SEVILLANA DE ELECTRICIDAD http://www.sevillanelec.es/
UNELCO http://www.unelco.es/
UNION FENOSA http://www.uef.es/
REVISTAS:
ASENSA. Asociación Española de Empresas de Energía Solar y Alternativas www.asensa.org
Energías, Tecnipublicaciones España, S.L. http://www.tecnipublicaciones.com/energias/
Energía, la guía de la energía. http://www.energuia.com/es/
Enervia. El primer Portal Energético Independiente de España. http://www.enervia.com/
Energías Renovables. http://www.energias-renovables.com/paginas/index.asp?
InfoPower http://www.infopower.es/
MundoEnergia_com - la revista de energía en Internet http://www.mundoenergia.com/
Panorama Energético. http://www.panoramaenergetico.com/
- Bullejos de la Higera, J. y col., Ciencias de la Naturaleza. Física y Química, Ed. Elzevir, 1993.
- Asimov, I., Introducción a la ciencia, Ed. Orbis, 1987.
- Alejo García M. R., Producción de electricidad, http://thales.cica.es.
- Dossier: Biomasa una fuente de energía, Daphnia (boletín informativo sobre la producción de la contaminación y a producción limpia), nº 25, julio 2001.
http://www.ccoo.es/publicaciones/periodicas.html.
http://www.energias-renovables.com/index.asp.
- Bullejos de la Higera, J. y col., Ciencias de la Naturaleza. Física y Química, Ed. Elzevir, 1993.
- Asimov, I., Introducción a la ciencia, Ed. Orbis, 1987.
- Alejo García M. R., Producción de electricidad, http://thales.cica.es.
- Dossier: Biomasa una fuente de energía, Daphnia (boletín informativo sobre la producción de la contaminación y la producción limpia), nº 25, julio 2001.
http://www.ccoo.es/publicaciones/periodicas.html.
http://www.energias-renovables.com/index.asp.
- RIESGO ELÉCTRICO Y INCENDIOS EN EL AULA-TALLER DE TECNOLOGÍA. Maria Dolores Villena Roblizo Profesora de Tecnología del I.E.S Jorge Juan de Alicante y César Sánchez Serna, Profesor de Tecnología del I.E.S Cabo de las Huertas de Alicante
PAGINAS WEB INTERESANTES SOBRE ELECTRICIDAD.
http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1080
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo2.html
http://www.unesa.es/graficos.htm
http://html.rincondelvago.com/centrales-solares_1.html
http://www.iit.upco.es/wiit/centralsolar/Descripcion.php
Fuente del documento: http://iesparearques.net/tecno/Bloques%20de%20Contenidos%20agost%202011/Materials%20i%20processos%20de%20conformacio/examens%20i%20exercicis/examen%20materials.doc
Sitio para visitar: http://iesparearques.net
Autores:
Maria Dolores Villena Roblizo Profesora de Tecnología del I.E.S Jorge Juan de Alicante
César Sánchez Serna, Profesor de Tecnología del I.E.S Cabo de las Huertas de Alicante
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