3o ESO. C

Trabajo de Física y QuímicaCONCEPTOS BASICOS

Las energías renovables son manifestaciones de la energía que el Sol envía de forma continua a la Tierra.

La recuperación industrial de estas manifestaciones energéticas supone, un bajo nivel de agresión ambiental. Por eso, a veces, se une directamente el concepto de renovables con el de energías limpias. Las energías renovables se manifiestan en diferentes formas relacionadas con la radiación solar y su transformación:

Se le asigna carácter renovable en función de la baja agresión al entorno que supone su recuperación

Energía contenida en los residuos sólidos urbanos, se la puede considerar renovable, puesto que buena parte son materia orgánica procedente de la biomasa, aunque como los residuos urbanos suelen contener materiales plásticos cuya combustión es origen de contaminación.

LAS ENERGIAS RENOVABLES EN EL PASADO

Las energías renovables se han utilizado desde hace muchos siglos, a lo largo de la Historia de la Humanidad, y la introducción de cada una ha sido un paso importante en su evolución.

La utilización de la biomasa como combustible, hizo que pudiéramos cocinar, desarrollar la cerámica o la metalurgia.

El uso del viento hizo posible la navegación en los mares alejándose de la costa, así se difundieron las civilizaciones fenicia o griega; después el viento permitió que el grano se moliera mas rápido. Por su parte la energía de los ríos permitió también el desarrollo de molinos de grano y martillos o batanes para metalurgia o fabricación de papel.

El carbón se conocía y utilizaba desde la Edad Media, pero el impulso para su uso general llegó con la Revolución Industrial, intensificándose a comienzos del siglo XX y extendiéndose a los otros combustibles fósiles (petróleo y gas natural).

LAS ENERGIAS AHORA

Desde hace años, el desarrollo de nuestra sociedad se basa en la utilización de la energía en actividades productivas y recreativas. En un esquema simple sus aplicaciones se pueden dividir en dos grupos:

Combustibles de uso directo, empleados básicamente para la calefacción doméstica y de edificios de servicios, en diferentes procesos y equipos industriales y en automoción. Provienen en gran medida del petróleo, pero también del carbón y el gas natural. Suponen dos tercios del consumo de energía primaria en un país industrializado medio.

Electricidad que se emplea en iluminación y en accionamiento de equipos: electrodomésticos y maquinaria industrial, hornos y otros procesos industriales. Proviene de diferentes fuentes: carbón y otros combustibles fósiles, energía hidráulica y nuclear. Representa un tercio de la energía primaria que utiliza un país industrializado medio.

En ambos casos, la energía se recibe desde empresas de medio y gran tamaño a través de redes de transporte y distribución complejas que suponen unas inversiones de fuerte magnitud. En la vuelta a las energías renovables, éstas se utilizan en gran medida para la producción de electricidad, pero también se obtienen de ellas combustibles de uso doméstico e industrial, así como biocombustibles líquidos para automoción.

La inserción de las renovables en el esquema energético se hace a través de las redes ya existentes de suministro eléctrico o de combustibles de uso directo, aunque también se plantea el uso de estas energías para satisfacer las demandas de comunidades aisladas de las redes de distribución energética convencionales.

RAZONES QUE HAN IMPULSADO A SU UTILIZACIÓN

La vuelta a las energías renovables se potenció a partir de las crisis de los precios del petróleo de los años setenta. El temor a un hipotético desabastecimiento o a que los precios energéticos creciesen de forma excesiva motivó la puesta en marcha de programas nacionales e internacionales de investigación y desarrollo de tecnologías de estas energías, así como del fomento de su aplicación.

En el ámbito internacional fue la Agencia Internacional de la Energía, IEA, quien hizo realidad ese primer impulso. En España se creó el Centro de Estudios de la Energía, posteriormente transformado en Instituto de Diversificación y Ahorro Energético, IDAE, quien se responsabilizó de las tareas de promoción. A lo largo de la década de los noventa han sido criterios ambientales los que han impulsado el desarrollo de las energías renovables.

El aumento de la concentración de gases de efecto invernadero en capas altas la atmósfera, en especial CO2 proveniente del uso de combustibles fósiles, que son causa del cambio climático es hoy la primera razón para impulsar estas energías. Así lo propugnan diferentes organizaciones ecologistas.

Otra razón para la extensión de las energías renovables es la necesidad de encontrar fuentes autóctonas de energía para muchos de los países que importan combustibles fósiles y gastan en ello una parte importante del resultado de sus exportaciones o de sus recursos económicos.

Esto es así fundamentalmente en los países del Tercer Mundo, que no disponen de yacimientos propios de hidrocarburos. Las energías renovables son además una importante fuente de empleo, en gran medida distribuido en el mundo rural. Así lo valora la Comisión Europea y las organizaciones sindicales de los países miembros

ENERGÍA HIDRÁULICA Y MINIHIDRÁULICA

La energía de una masa de agua en movimiento, que se desplaza entre dos puntos situados a diferente cota de nivel, es directamente proporcional a la altura existente entre los dos niveles en que se mueve el agua, o bien es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad con que el agua llega a la cota inferior que es donde se hace la recuperación energética.

El aprovechamiento de esta energía se dirige hacia la producción de electricidad. Así, normalmente, en el cauce de un río se dispone un azud o una represa que permite desviar el agua hacia una turbina situada a un nivel inferior. Esta turbina mueve un alternador en el cual se genera electricidad.

En los inicios del siglo XX se comenzó la producción de energía hidráulica basándose en pequeñas instalaciones, mini hidráulicas, el posterior desarrollo económico industrial llevó a nuevas instalaciones de mayor tamaño y potencia energética, media y gran hidráulica, esto supuso la aparición de problemas ambientales y sociales que frecuentemente han sido de magnitud significativa.

En la actualidad se hace distinción en esta energía en función de su tamaño y potencia: · Media y gran hidráulica, por encima de 10 MW. Su impacto ambiental y social puede ser alto. En general los grupos ecologistas no la consideran renovable.

Mini hidráulica, de menos de 10 MW. Su impacto ambiental se considera moderado. Se la suele considerar renovable en todos los ámbitos. Puede conectarse a las redes eléctricas existentes o utilizarse en aplicaciones aisladas de la red.

ENERGÍA EÓLICA

Es una manifestación dispersa de energía y no regulable en su transformación primera, ya que se dispone de ella en función de la velocidad del viento en cada momento y en razón directamente proporcional al cubo de su velocidad.

Para su aprovechamiento se utilizan aerogeneradores para producir energía eléctrica. Básicamente son máquinas de eje horizontal situadas sobre una torre, constan de un rotor tripala, un multiplicador y un generador eléctrico, más los sistemas auxiliares de orientación, accionamiento y de control.

Las instalaciones para su aprovechamiento se dividen en dos grupos:

Aerogeneradores de media y gran potencia, agrupados en parques eólicos que suministran electricidad a la red general. Estas máquinas funcionan en un rango de velocidad de viento de 5 a 25 m/s.

Aerogeneradores de pequeña potencia para aplicaciones aisladas. Es necesario establecer un sistema de acumulación de energía eléctrica, baterías, para suministro de electricidad en las horas de bajo viento. Dado el carácter difícilmente previsible de los vientos, se puede disponer de sistemas complementarios de generación, fundamentalmente pequeños motores diesel.

ENERGÍA MAREMOTRIZ

Existen diferentes propuestas que se ven limitadas por el hecho de la corrosividad del agua de mar que encarece las instalaciones y obliga a un costoso mantenimiento.

Se han construido algunas instalaciones que aprovechan el desnivel de las mareas para accionar turbinas hidráulicas. La más significativa es la de La Range en Francia.

La extensión de este tipo de plantas se enfrenta al impacto ambiental en estuarios y costas. Otros diseños tratan de recuperar la energía de olas y corrientes, pero hasta la fecha no hay más que pequeñas instalaciones experimentales.

ENERGÍA GEOTÉRMICA

La energía acumulada en zonas volcánicas o de anomalía térmica se aprovecha haciendo circular a su través agua o vapor que transporta hasta la superficie el calor almacenado en las zonas calientes.

La temperatura del fluido portador puede ser baja, media o alta dependiendo de la tipología del yacimiento geotérmico. Sólo este último caso permite disponer de suficiente vapor para la generación eléctrica en turbinas.

Existen diferentes instalaciones industriales de este tipo en Japón, México e Italia. Las instalaciones de recuperación a baja y media temperatura se utilizan para aportar calor a invernaderos, calefacción ciudadana o aplicaciones industriales.

CARBON, PETROLEO Y GAS NATURAL

El carbón es el residuo de madera que se produjo hace cientos de millones de años, y se compone principalmente de carbono y algo de hidrógeno.

El petróleo y el gas natural son residuos de criaturas microscópicas que vivieron hace cientos de millones de años, y se componen de átomos de carbono y de hidrógeno.

Los dos problemas principales de la combustión de carbón en las centrales eléctricas son la emisión de contaminantes y el bajo rendimiento. Actualmente estamos consumiendo enormes cantidades de estos <combustibles fósiles> (llamados así porque son restos de una antigua vida) y se está produciendo nuevo material a ritmo lento. Estamos viviendo de nuestro capital, las reservas de carbón, petróleo y gas acabarán por agotarse. Tampoco podremos volver a la madera, porque si talamos los bosques (que siguen reduciéndose) al ritmo actual desaparecerán rápidamente.

ENERGÍA DE LA BIOMASA

Bajo el nombre de biomasa se incluyen un conjunto muy amplio de residuos forestales, agrícolas y ganaderos, más aquellos productos resultantes de la agricultura específicamente energética. Se utiliza de diversas formas para:

Usos industriales de producción de vapor en calderas o calentamiento en hornos, así como combustible para usos domésticos en estufas, cocinas, etc. En general se utilizan materiales leñosos.

Producción de electricidad. En un esquema que comprende caldera de vapor y grupos turboalternadores; utilizan materiales leñosos, paja, cultivos energéticos como es el caso del cardo, etc. En un proceso de digestión para producir un gas que se quema en un motor diesel. Son dos alternativas que se pueden aplicar directamente conectadas a la red eléctrica general o en aplicaciones aisladas.

Obtención de dos tipos de combustibles líquidos de automoción: + Biodiesel, que proviene de materias oleaginosas como los aceites de girasol, de colza u otros, más residuos de aceites de cocina o industriales. En este caso, los aceites se esterifican con alcohol para obtener el biodiesel más glicerina. + Bioalcohol, que procede de materias azucaradas tales como granos de cereal, tubérculos o caña. Mediante fermentación de ellas se extrae etanol que se puede utilizar mezclado con gasolina, en forma de ETBE, o directamente, sustituyendo totalmente a la gasolina como combustible.

ENERGÍA SOLAR

La intensidad de energía aprovechable depende de la correspondiente a la radiación solar, por lo tanto es función de la latitud geográfica del emplazamiento considerado. Como en el caso de la eólica, no es directamente regulable ni almacenable. Sus principales aplicaciones son:

Recuperación del calor del sol y otros fenómenos climáticos en forma de arquitectura bioclimática, permitiendo disminuir el empleo de energía comercial en calefacción o refrigeración de edificios.

Placas solares para producción de agua caliente de uso sanitario, normalmente se instalan en conjunción con sistemas de acumulación de agua caliente para uso en horas con baja o nula radiación solar. Se dispone de soluciones modulares para viviendas; o se diseñan también instalaciones adecuadas a consumidores medios como hoteles, hospitales, etc.

Sistemas de generación eléctrica solar térmica. Son espejos o colectores que concentran la energía de la radiación solar y permiten la generación de vapor que, a través de turboalternadores, producen electricidad. Son plantas de media potencia para funcionamiento conectado a red.

Parábolas disco stirling. En este caso, la radiación solar se concentra en el captador de un motor stirling, el cual genera electricidad. Son instalaciones de pequeña potencia para funcionar conectadas a red o en aplicaciones aisladas

Energía fotovoltaica. Al incidir la radiación solar en placas modulares de silicio, se genera electricidad en corriente continua que, mediante un inversor de corriente, se transforma en corriente alterna. Se utiliza tanto en instalaciones aisladas equipadas con sistemas de acumulación en baterías, como en sistemas conectados a red

ENERGIA NUCLEAR

Los elementos pesados, como el uranio, que se usan en la generación de la energía nuclear son fuentes de energía muy concentrada. Unas pocas libras de combustible nuclear equivalen a miles de toneladas de carbón o petróleo, o de explosivos, en el caso de las bombas atómicas.

El factor limitante en la operativa de los cohetes no es la escasez de energía, sino la alta temperatura a la que funciona.

RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Se utilizan como combustibles, preferentemente después de haber retirado de los RSU el vidrio, metales y a veces otros productos reciclables como es el papel. Los residuos se queman en calderas de parrilla o de lecho fluido para producir vapor con el cual accionar turboalternadores donde se genera electricidad.

Los gases de combustión pasan por varios tipos de filtros para minimizar la emisión de contaminantes. Existen plantas en operación en diferentes ciudades europeas y españolas. Las críticas ambientales a su utilización se basan en que:

Durante el proceso de combustión se forman dioxinas que son retenidas en filtros de carbón activo, aunque son frecuentes las discusiones sobre el nivel de emisión residual.

Su generalización puede frenar las políticas propuestas por los ecologistas de producir menos residuos y recuperar y reciclar los materiales en ellos contenido. .