Energía

Fuentes energéticas. Energías renovables (biomasa y resíduos, geotérmica, eólica, hidráulica, solar, maremotriz). Combustibles fósiles. Nuclear

  • Enviado por: Xavi Segovia
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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INTRODUCCION

Con este tema que hemos elegido “La energía” vamos a intentar introducirnos en sus clases o tipos para explicarlos y tener un mayor conocimiento de todas ellas. Algunas de estas energías las tenemos muy cerca de donde nosotros vivimos, como puede ser la eólica, con el parque de aerogeneradores que han construido recientemente en Malpica.

Vamos a ver cuales de todas estas energías son contaminantes y cuales no, cuales son las más beneficiosas para el medio ambiente. De todos los tipos de energía explicaremos cuál es el más utilizado y el menos usado.

¿ QUE ES LA ENERGÍA ?

La energía es un concepto de la ciencia y su conservación constituye uno de los principios básicos de la Termodinámica.

Desde un punto de vista material, la energía no es algo que se pueda definir. En Física se dice que un sistema contiene energía cuando es capaz de realizar un trabajo. La observación directa indica que la energía, aún siendo única, puede presentarse en diversas formas capaces de transformarse unas en otras.

UNIDADES

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de energía es el JULIO, que por definición, es el trabajo realizado por la fuerza de un newton cuando desplaza su punto de aplicación 1 m en la misma dirección.

En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de potencia es el Vatio, que se defina como la potencia de la máquina que realiza el trabajo de 1 Julio en un segundo.

En Física Nuclear se utiliza como unidad el ELECTROVOLTIO (eV), definido como la energía que adquiere un electrón al pasar de un punto a otro entre los que hay una diferencia de potencial de un voltio.

En economía energética el poder combustible viene dado en kcal/kg, toneladas equivalentes de carbón (tec) o toneladas equivalentes de petróleo (tep).

FORMAS DE ENERGIA.

Podemos agrupar todas las formas bajo las que se puede presentar la energía en seis tipos, es única y no admite clasificaciones, sino a las formas adoptadas. Estas son:

- Energía mecánica: en este grupo incluimos la energía cinética acumulada por un cuerpo en movimiento, la potencial gravitatoria y la elástica.

- Energía electromagnética: este grupo incluye la energía electromagnética en sus diversas manifestaciones: campo electrostático, campo magnético, corriente eléctrica.

- Energía térmica: energía interna de los cuerpos que se manifiesta al exterior en forma de temperatura.

- Energía química: es la energía que posen los compuesto que puede ponerse en manifiesto mediante una reacción química.

- Energía metabólica: es la generada en los organismos vivos por la oxidación de los elementos que ingieren.

- Energía nuclear: es la energía que proviene de las reacciones nucleares o de la desintegración de los núcleos de algunos átomos. Las reacciones nucleares que liberan energía son la fisión y la fusión nuclear.

FUENTES DE ENERGIA. CLASIFICACION.

Las distintas fuentes de energía se pueden clasificar según sean o no renovables.

En el primer caso, hablaremos de fuentes de energía renovables, por llegar de forma continua a la tierra y ser inagotables (por ejemplo, la energía solar), y no renovables, aquéllas que se encuentran de forma fija en el planeta, agotándose al consumirlas (por ejemplo, el carbón).

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

* Hidráulica.

* Solar.

* Eólica.

* Biomasa.

* Mareomotriz

* Geotérmica.

FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES.

* Carbón.

* Petróleo.

* Gas natural.

* Nuclear.

ENERGÍAS RENOVABLES

Biomasa y R.S.U.

Energía
La más amplia definición de BIOMASA sería considerar como tal a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Clasificándolo de la siguiente forma:

Biomasa natural, es la que se produce en la naturaleza sin la intervención humana.

Biomasa residual, que es la que genera cualquier actividad humana, principalmente en los procesos agrícolas, ganaderos y los del propio hombre, tal como, basuras y aguas residuales.

Biomasa producida, que es la cultivada con el propósito de obtener biomasa transformable en combustible, en vez de producir alimentos, como la caña de azúcar en Brasil, orientada a la producción de etanol para carburante.

Geotérmica

Nuestro planeta guarda una enorme cantidad de energía en su interior. Un volcán o un geíser es una buena muestra de ello.


Diversos estudios científicos realizados en distintos puntos de la superficie terrestre han demostrado que, por término medio, la temperatura interior de la Tierra aumenta 3ºC cada 100m. de profundidad.
Este aumento de temperatura por unidad de profundidad es denominado gradiente geotérmico.


Se supone que variará cuando alcancen grandes profundidades, ya que en el centro de la Tierra se superarían los 20.000ºC, cuando en realidad se ha calculado que es, aproximadamente, de 6.000ºC.

La forma más generalizada de explotarla, a excepción de fuentes y baños termales, consiste en perforar dos pozos, uno de extracción y otro de inyección.
En el caso de que la zona esté atravesada por un acuífero se extrae el agua caliente o el vapor, este se utiliza en redes de calefacción y se vuelve a inyectar, en el otro caso se utiliza en turbinas de generación de electricidad.
En el caso de no disponer de un acuífero, se suele proceder a la fragmentación de las rocas calientes y a la inyección de algún fluido.

Tipos:

  • Hidrotérmicos, tienen en su interior de forma natural el fluido caloportador, generalmente agua en estado líquido o en vapor, dependiendo de la presión y temperatura. Suelen encontrarse en profundidades comprendidas entre 1 y 10 km.

  • Geopresurizados, son similares a los hidrotérmicos pero a una mayor profundidad, encontrándose el fluido caloportador a una mayor presión, unos 1000 bares y entre 100 y 200ºC, con un alto grado de salinidad, generalmente acompañados de bolsas de gas y minerales disueltos.

  • De roca caliente, son formaciones rocosas impermeables y una temperatura entre 100 y 300ºC, próximas a bolsas magmáticas.

Eólica

La fuente de energía eólica es el viento, o mejor dicho, la energía mecánica que, en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento. El viento es originado por el desigual calentamiento de la superficie de nuestro planeta, originando movimientos convectivos de la masa atmosférica.

La Tierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol. Esta energía, en lugares favorables, puede ser del orden de 2.000 Kwh/m2 anuales. El 2 % de ella se transforma en energía eólica con un valor capaz de dar una potencia de 10E+11 Gigavatios.

A lo largo de la historia ha habido varios modelos de molinos de viento y de los cuales se pueden hacer grupos:

  • De eje vertical

  • De arrastre diferencial

  • De pantalla

  • De válvulas abatibles

  • De palas giratorias

  • De variación cíclica de incidencia de palas fijas

  • De variación cíclica de incidencia de palas móviles

  • De eje horizontal

  • Molinos de viento clásicos

  • Eólicas lentas

  • Eólicas rápidas

Las formas de mayor utilización son las de producir energía eléctrica y mecánica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos, para realizar un trabajo mecánico.

Otro tipo de aerogenerador es el ciclónico, un proyecto poco conocido, consistente en la mezcla de unir sistemas eólicos y solares.

Se compone de un inmenso invernadero con una chimenea central.

El aire es calentado por efecto invernadero y asciende por la chimenea

Este aire ascendente mueve una turbina dispuesta en la embocadura de la chimenea.

Hidráulica

Es una fuente energética renovable merced a un ciclo natural. Y la transformación de su energía potencial en energía hidroeléctrica permite un alto nivel de eficiencia energética, ya que en el proceso se alcanza un grado de aprovechamiento superior al 80%, rendimiento que no se consigue en ninguna otra instalación de producción de electricidad.

Sin embargo, todo esto no quiere decir que deba ser considerada como una fuente inagotable, permanentemente disponible o que esté totalmente al amparo de problemas medioambientales.

Existen varios tipos de miniturbinas:

De reacción, que aprovecha la energía de presión del agua en energía cinética en el estator, tanto en la entrada como en la salida, estas aprovechan la altura disponible hasta el nivel de desagüe.

Kaplan: se componen básicamente de una cámara de entrada que puede ser abierta o cerrada, un distribuidor fijo, un rodete con cuatro o cinco palas fijas en forma de hélice de barco y un tubo de aspiración.

Francis: caracterizada por que recibe el flujo de agua en dirección radial, orientándolo hacia la salida en dirección axial.

Pelton: Consta de un disco circular que tiene montados en su periferia unas paletas en forma de doble cuchara y de un inyector que dirige y regula el chorro de agua que inciden sobre las cucharas, provocando el movimiento de giro de la turbina.

Solar

La energía liberada del Sol se transmite al exterior mediante la denominada radiación solar.

El espectro de la radiación solar esta compuesto por:

  • Luz ultravioleta [7%]

  • Luz visible [47%]

  • Luz infraroja [46%]

Las transformaciones producidas en el Sol consisten en transformaciones de hidrógeno en helio, a través de pasos intermedios, entre los que figuran la obtención del deuterio. El resultado global es que cuatro átomos de hidrógeno se convierten en uno de helio. Ahora bien, esta transformación se realiza con una pérdida de masa. El átomo de helio obtenido tiene una masa inferior a la de cuatro átomos de hidrógeno. Esta pérdida de masa se transforma en energía, se ha calculado que el Sol pierde cada segundo 4.2 millones de toneladas de materia que se transforma en energía.

Deduciendo de la famosa ecuación de Einstein ( E = m . c2 )

Existen en la actualidad dos vías de aprovechamiento de la energía solar: la térmica y la fotovoltaica.

A su vez, el aprovechamiento de la energía solar como fuente energética por vía térmica se ha orientado en dos direcciones: la primera, para utilizaciones a baja y media temperatura; y la segunda, para la producción de electricidad mediante altas temperaturas.

En esta última vía, el sistema consiste fundamentalmente en concentrar los rayos solares, mediante espejos, en un punto, en el que se alcanzan así elevados niveles de temperatura.

Para producir electricidad en cantidad apreciable, serían necesarios grandes conjuntos de espejos que ocuparían superficies muy extensas y tendrían -tanto ellos, como la tecnología necesaria para que capten adecuadamente la radiación solar- un coste muy elevado.

Temperaturas mucho más bajas, inferiores a los 100ºC, pero con instalaciones más sencillas, se consiguen con los llamados colectores solares. Estos sitemas constan de unos paneles que se sitúan en los tejados de los edificios o en lugares despejados, de forma que puedan recibir las radiaciones solares directamente y transmitirlas en forma de calor a un fluido.

Hay asimismo colectores -por ejemplo, los llamados colectores de concentración- que permiten alcanzar temperaturas de entre 100ºC y 300ºC y son aplicables a ciertos procesos industriales para suministro de vapor, o incluso, electricidad.

La vía fotovoltaica consiste en la transformación directa de energía solar en energía eléctrica merced al llamado efecto fotovoltaico.

La conversión de la energía solar en energía eléctrica por vía fotovoltaica se realiza de forma directa, mediante células fotovoltaicas.

Una célula fotovoltaica es un dispositivo generador de energía eléctrica que está constituido por materiales semiconductores “dopados”, esto es, materiales semiconductores a los que han sido adicionados determinados tipos de impurezas.

Una célula fotovoltaica está formada por dos láminas muy delgadas de materiales semiconductores que se superponen: la primera de ellas es un cristal de silicio con impurezas de fósforo; y la segunda, un cristal de silicio con impurezas de boro. Cuando el sol ilumina la célula, la energía de la radiación luminosa provoca una corriente eléctrica en el interior de la misma, generando una fuerza electromotriz entre dos electrodos adosadso respectivamente, a cada capa de la célula.

Maremotriz

Se han diseñado varios dispositivos para convertir la energía de las olas en electricidad y hacerla llegar a la tierra. Unos están concebidos para ser instalados en tierra firme: el canal ahuesado y la columna de agua oscilante; otros, para su localización en aguas profundas: flotadores, boyas de ondulación, alerones, bolsas elástica, cilindros sumergidos... En estos dos últimos tipos de diseños, la idea consiste, básicamente, en exponer a las olas dispositivos flotantes, en una amplia gama de frecuencias y direcciones, que están sometidos a complejos movimientos tridimensionales.

Para aprovechar este tipo de energía, se necesitan estructuras bastante sólidas, complejas y costosas, para proporcionar la estabilidad hidrodinámica necesaria y así obtener un rendimiento razonablemente alto. Además, el movimiento oscilatorio de las olas oceánicas se encuentra en un rango de frecuencias de entre 3 y 30 ciclos por minuto, muy inferior a los centenares de revoluciones por minuto que exige la generación de energía eléctrica.

La maquinaria necesaria para convertir el lento movimiento de las olas en electricidad es asimismo costosa e implicaría pérdidas adicionales. Por añadidura, para reducir los costes de mantenimiento y de transporte de energía a tierra, sería aconsejable instalar los dispositivos cerca de la costa -o en tierra firme-, pero ahí es donde la energía de las olas es mucho menor. A su vez, el diseño de un dispositivo eficaz capaz de soportar con un mantenimiento mínimo, las condiciones climatológicas del mar abierto constituyen en sí mismo un gran problema. Por último, no se pueden olvidar los problemas ecológicos que se derivarían de instalaciones semejantes.

Hay un amplio conjunto de problemas que hacen que la energía de las olas realmente aprovechable en la actualidad no sea considerable; y el coste de la electricidad generada con estos sistemas, muy superior al de la producida con fuentes energéticas convencionales.

El mar proporciona una fuente natural de energía por medio de las olas. La potencia media de las olas del Atlántico que llegan a las costas de Europa Occidental se sitúa en unos 250.000 MW. Sin embargo, su conversión en forma de energía utilizable es técnica y económicamente difícil e implica una gran pérdida de potencia.

Las centrales mareomotrices aprovechan la energía de las mareas para producir energía eléctrica. Para ello, en la bahía o estuario donde se asienta la central, deben tener unas grandes mareas, con unos diez metros de diferencia de nivel entre pleamar y bajamar.

ENRGÍAS NO RENOVABLES

Combustibles fósiles

Tal es el origen de los llamados combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural. La energía que impulsa nuestros automóviles es en último término energía solar que en un pasado remoto quedó atrapada en el subsuelo de la tierra.

El carbón, base energética de este proceso, es el más abundante de los combustibles fósiles. Se empezó a formar hace unos 400 millones de anos aunque el período más prolífero fue el llamado Carbonífero, que se inició hace 345 millones de años y finalizó hace 280 millones.

Cuanto más antiguo es un carbón mayores son su pureza y poder calorífico. El lignito, carbón relativamente reciente, ocupa el lugar más bajo de la escala; contiene un 45 % de materias volátiles y su poder calorífico no llega a las 5000 calorías por gramo. En la familia de las hullas, la proporción de materias volátiles está comprendida entre el 34 % de las hullas secas y el 14 % de las hullas magras; el poder calorífico aumenta hasta unas 7000 calorías por gramo. El mejor carbón es la antracita, con una proporción de carbono superior al 90 % y un poder calorífico que puede llegar a las 8000 calorías por gramo.

El petróleo es un aceite mineral natural, no refinado, de color pardo o verdinegro, olor fuerte y constituido por una mezcla de hidrocarburos.

El petróleo se origina a partir de una materia prima formada, fundamentalmente, por restos de organismos vivos acuáticos, vegetales y animales que vivían en los mares, las lagunas o las desembocaduras de los ríos y en las cercanías del mar. El petróleo se encuentra únicamente en los medios de origen sedimentario. La materia orgánica se deposita y se va cubriendo por sedimentos, transformándose en hidrocarburos mediante un proceso que, según las recientes teorías, es una degradación sufrida por bacterias anaerobias, primero, y anaerobias, después. Estas reacciones desprenden oxígeno, nitrógeno y azufre, que forman parte de los compuestos volátiles de los hidrocarburos.

El gas natural es una de las energías primarias de utilización más reciente, puesto que hasta la segunda década del siglo actual no comenzó su comercialización el los Estados Unidos, país pionero en su producción y consumo, no extendiéndose su empleo a Europa Occidental hasta después de la segunda guerra mundial. Así pues, su modernidad como fuente energética únicamente es superada por el combustible nuclear.

Energía nuclear

La fisión es una reacción nuclear o interacción que afecta al núcleo de los átomos de ciertos elementos químicos pesados (uranio, torio, plutonio) cuando colisionan con una partícula subatómica que carece de carga eléctrica, llamada “neutrón”. A consecuencia de dicho impacto, el núcleo se escinde en dos fragmentos, liberándose en el proceso una gran cantidad de energía y emitiéndose de dos a tres neutrones.

El proceso de fisión resulta posible por la inestabilidad que tienen los núcleos atómicos de algunos isótopos de los elementos químicos de alto número atómico -el uranio 235, por ejemplo-, debida a la relación existente entre el cuadrado del número de protones (partículas nucleares de carga eléctrica positiva) y el número total de partículas nucleares (protones y neutrones) de dichos núcleos.

A su vez, los neutrones emitidos en la fisión de un núcleo de uranio pueden provocar nuevas fisiones en otros núcleos de uranio que, al fragmentarse, producirán nuevos neutrones, continuándose el proceso. De esta forma, se consigue una “reacción en cadena” capaz de automantenerse.

La fusión es la liberación de energía nuclear puede producirse en el extremo bajo de la curva de energías de enlace a través de la fusión de dos núcleos ligeros en uno más pesado. La energía irradiada por el Sol se debe a reacciones de fusión de esta clase que se producen en su interior a gran profundidad. A las enormes presiones y temperaturas que existen allí, los núcleos de hidrógeno se combinan a través de una serie de reacciones y producen casi toda la energía liberada por el Sol. En estrellas más masivas que el Sol, otras reacciones llevan al mismo resultado.

INTRODUCCIÓN 1

¿ QUE ES LA ENERGÍA ?

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