Monografia Recursos Energeticos
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INSTITUTO TECNOLOGICO NELSON TORRES 1 de marzo de 2011 RECURSOS ENERGETICOS DEFINICIONES BÁSICAS La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tiene los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc. Para obtener Energía se tendrá que partir de algún cuerpo que la tenga y pueda experimentar una transformación. A estos cuerpos se les llama FUENTES DE ENERGÍA. De una forma más amplia se llama fuente de energía a todo fenómeno natural, artificial o yacimiento que puede suministrarnos energía. Las cantidades disponibles de energía de estas fuentes, es lo que se conoce como RECURSO ENERGÉTICO. La Tierra posee cantidades enormes de estos recursos. Sin embargo uno de los problemas que tiene planteada la 1
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marzo de 2011
RECURSOS ENERGETICOS
DEFINICIONES BÁSICAS
La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tiene los
cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc.
Para obtener Energía se tendrá que partir de algún cuerpo que la tenga y pueda
experimentar una transformación. A estos cuerpos se les llama FUENTES DE
ENERGÍA.
De una forma más amplia se llama fuente de energía a todo fenómeno natural,
artificial o yacimiento que puede suministrarnos energía.
Las cantidades disponibles de energía de estas fuentes, es lo que se conoce como
RECURSO ENERGÉTICO.
La Tierra posee cantidades enormes de estos recursos. Sin embargo uno de los
problemas que tiene planteada la humanidad es la obtención y transformación de
los mismos.
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Mapa conceptual de fuentes de energía
ENERGÍAS NO RENOVABLES
Fuentes de energía no renovables son aquellas que existen en una cantidad
limitada y que una vez empleada en su totalidad no puede sustituirse, ya que no
existe sistema de producción o la producción es demasiado pequeña para resultar
útil a corto plazo.
Fuentes de energía no renovable son:
Petróleo
Carbón
Gas natural
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Nuclear
PETRÓLEO
El petróleo (del griego: πετρέλαιον, "aceite de roca")´ es una mezcla heterogénea
de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua.
También es conocido como petróleo crudo o simplemente crudo.
Es de origen fósil, fruto de la transformación de materia orgánica procedente de
zooplancton y algas que, depositados en grandes cantidades en fondos anóxicos de
mares o zonas lacustres del pasado geológico, fueron posteriormente enterrados
bajo pesadas capas de sedimentos. La transformación química (craqueo natural)
debida al calor y a la presión durante la diagénesis produce, en sucesivas etapas,
desde betún a hidrocarburos cada vez más ligeros (líquidos y gaseosos). Estos
productos ascienden hacia la superficie, por su menor densidad, gracias a la
porosidad de las rocas sedimentarias. Cuando se dan las circunstancias geológicas
que impiden dicho ascenso (trampas petrolíferas como rocas impermeables,
estructuras anticlinales, márgenes de diapiros salinos, etc.) se forman entonces los
yacimientos petrolíferos.
En condiciones normales es un líquido bituminoso que puede presentar gran
variación en diversos parámetros como color y viscosidad (desde amarillentos y
poco viscosos como la gasolina hasta líquidos negros tan viscosos que apenas
fluyen), densidad (entre 0,75 g/ml y 0,95 g/ml), capacidad calorífica, etc. Estas
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variaciones se deben a la diversidad de concentraciones de los hidrocarburos que
componen la mezcla.
Es un recurso natural no renovable y actualmente también es la principal fuente de
energía en los países desarrollados. El petróleo líquido puede presentarse asociado
a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones
de años, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.
En los Estados Unidos, es común medir los volúmenes de petróleo líquido en
barriles (de 42 galones estadounidenses, equivalente a 158,987294928 litros), y
los volúmenes de gas en pies cúbicos (equivalente a 28,316846592 litros); en
otras regiones ambos volúmenes se miden en metros cúbicos.
COMPOSICION
El petróleo está formado principalmente por hidrocarburos, que son compuestos
de hidrógeno y carbono, en su mayoría parafinas, naftenos y aromáticos. Junto
con cantidades variables de derivados saturados homólogos del metano (CH4). Su
fórmula general es CnH2n+2.
• Cicloalcanos o cicloparafinas-naftenos: hidrocarburos cíclicos saturados,
derivados del ciclopropano (C3H6) y del ciclohexano (C6H12). Muchos de
estos hidrocarburos contienen grupos metilo en contacto con cadenas
parafínicas ramificadas. Su fórmula general es CnH2n.
• Hidrocarburos aromáticos: hidrocarburos cíclicos insaturados constituidos
por el benceno (C6H6) y sus homólogos. Su fórmula general es CnHn.
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• Alquenos u olefinas: moléculas lineales o ramificadas que contienen un
enlace doble de carbono (-C=C-). Su fórmula general es CnH2n. Tienen
terminación -"eno".
Dienos: Son moléculas lineales o ramificadas que contienen dos enlaces
dobles de carbono. Su fórmula general es CnH2n-2.
• Alquinos: moléculas lineales o ramificadas que contienen un enlace triple de
carbono. Su fórmula general es: CnH2n-2. Tienen terminación -"ino".
Además de hidrocarburos, el petróleo contiene otros compuestos orgánicos, entre
los que destacan sulfuros orgánicos, compuestos de nitrógeno y de oxígeno.
También hay trazas de compuestos metálicos, tales como sodio (Na), hierro (Fe),
níquel (Ni), vanadio (V) o plomo (Pb). Asimismo, se pueden encontrar trazas de
porfirinas.
TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL PETROLEO
Algunos geólogos apoyan la hipótesis del origen a biogenético del petróleo y
sostienen que al interior de la tierra existen hidrocarburos de origen estrictamente
a biogenético. Los químicos Marcellin Berthelot y Dmitri Mendeleev, así como el
astrónomo Thomas Gold llevaron adelante esta teoría en el mundo occidental al
apoyar el trabajo de Nikolai Kudryavtsev en la década de 1950.[cita requerida]
Actualmente, esta teoría es apoyada principalmente por Kenney y Krayushkin.
[cita requerida]
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La hipótesis del origen a biogenético del petróleo es muy minoritaria entre los
geólogos. Sus defensores consideran que se trata de "una cuestión todavía
abierta". La extensiva investigación de la estructura química del querógeno ha
identificado a las algas como la fuente principal del petróleo. La hipótesis del
origen a biogenético no puede explicar la presencia de estos marcadores en el
querógeno y el petróleo, así como no puede explicar su origen inorgánico a
presiones y temperaturas suficientemente altas para convertir el querógeno en
grafito. La hipótesis tampoco ha tenido mucho éxito ayudando a los geólogos a
descubrir depósitos de petróleo, debido a que carece de cualquier mecanismo para
predecir dónde podría ocurrir el proceso. Más recientemente, los científicos del
Carnegie Institution for Science han descubierto que el etano y otros
hidrocarburos más pesados pueden ser sintetizados bajo las condiciones del manto
superior.
CLASIFICACION DE LAS DISTINTAS CLASES DE PETROLEOS
La industria petrolera clasifica el petróleo crudo según su lugar de origen (p.e.
"West Texas Intermediate" o "Brent") y también en base a su densidad o gravedad
API (ligero, medio, pesado, extra pesado); los refinadores también lo clasifican
como "crudo dulce", que significa que contiene relativamente poco azufre, o
"ácido", que contiene mayores cantidades de azufre y, por lo tanto, se necesitarán
más operaciones de refinamiento para cumplir las especificaciones actuales de los
productos refinados.
Crudos de referencia
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• Brent Blend, compuesto de quince crudos procedentes de campos de
extracción en los sistemas Brent y Ninian de los campos del Mar del
Norte, este crudo se almacena y carga en la terminal de las Islas Shetland.
La producción de crudo de Europa, África y Oriente Medio sigue la
tendencia marcada por los precios de este crudo.
• West Texas Intermediate (WTI) para el crudo estadounidense.
• Dubái se usa como referencia para la producción del crudo de la región
Asia-Pacífico.
• Tapis (de Malasia), usado como referencia para el crudo ligero del Lejano
Oriente.
• Minas (de Indonesia), usado como referencia para el crudo pesado del
Lejano Oriente.
Países productores.
• Arabia Ligero de Arabia Saudita
• Bonny Ligero de Nigeria
• Fateh de Dubái
• Istmo de México (no-OPEP)
• Minas de Indonesia
• Saharan Blend de Argelia
• Merey de Venezuela
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La OPEP intenta mantener los precios de su Cesta entre unos límites superior e
inferior, subiendo o bajando su producción. Esto crea una importante base de
trabajo para los analistas de mercados. La Cesta OPEP, es más pesada que los
crudo Brent y WTI.
Clasificación del petróleo según su gravedad API
Relacionándolo con su gravedad API el American Petroleum Institute clasifica el
petróleo en "liviano", "mediano", "pesado" y "extra pesado":1
• Crudo liviano o ligero: tiene gravedades API mayores a 31,1 °API
• Crudo medio o mediano: tiene gravedades API entre 22,3 y 31,1 °API.
• Crudo pesado: tiene gravedades API entre 10 y 22,3 °API.
• Crudo extra pesado: gravedades API menores a 10 °API
PROCESO DE EXTRACCION
El petróleo se extrae mediante la perforación de un pozo sobre el yacimiento. Si la
presión de los fluidos es suficiente, forzará la salida natural del petróleo a través
del pozo que se conecta mediante una red de oleoductos hacia su tratamiento
primario, donde se deshidrata y estabiliza eliminando los compuestos más
volátiles. Posteriormente se transporta a refinerías o plantas de mejoramiento.
Durante la vida del yacimiento, la presión descenderá y será necesario usar otras
técnicas para la extracción del petróleo. Esas técnicas incluyen la extracción
mediante bombas, la inyección de agua o la inyección de gas, entre otras.
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Los componentes químicos del petróleo se separan y obtienen por destilación
mediante un proceso de refinamiento. De él se extraen diferentes productos, entre
otros: propano, butano, gasolina, keroseno, gasóleo, aceites lubricantes, asfaltos,
carbón de coque, etc. Todos estos productos, de baja solubilidad, se obtienen en el
orden indicado, de arriba abajo, en las torres de fraccionamiento.
Debido a la importancia fundamental para la industria manufacturera y el
transporte, el incremento del precio del petróleo puede ser responsable de grandes
variaciones en las economías locales y provoca un fuerte impacto en la economía
global.
PROCESO DE REFINACION
El petróleo es una mezcla de productos que para poder ser utilizado en las
diferentes industrias y en los motores de combustión debe sufrir una serie de
tratamientos diversos. Muy a menudo la calidad de un Petróleo crudo depende en
gran medida de su origen. En función de dicho origen sus características varían:
color, viscosidad, contenido. Por ello, el crudo a pie de pozo no puede ser
utilizado tal cual. Se hace, por tanto, indispensable la utilización de diferentes
procesos de tratamiento y transformación para la obtención del mayor número de
productos de alto valor comercial. El conjunto de estos tratamientos constituyen el
proceso de refino de petróleo o refinación del petróleo.
El petróleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza, sino que se separa en
mezclas más simples de hidrocarburos que tienen usos específicos, a este proceso
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se le conoce como destilación fraccionada. El petróleo natural herviente (unos 400
grados Celsius) se introduce a la parte baja de la torre, todas las sustancias que se
evaporan a esa temperatura pasan como vapores a la cámara superior algo más fría
y en ella se condensan las fracciones más pesadas que corresponden a los aceites
lubricantes. De este proceso se obtienen las fracciones:
• Gases: metano, etano y gases licuados del petróleo (propano y butano)
• Nafta, ligroína o éter de petróleo
• Gasolina
• Queroseno
• Gasóleo (ligero y pesado)
• Fuelóleo
• Aceites lubricantes
• Asfalto
• Alquitrán
La industria petroquímica elabora a partir del petróleo varios productos derivados,
además de combustibles, como plásticos, derivados del etileno, pesticidas,
herbicidas, fertilizantes o fibras sintéticas.
LA ACTIVIDAD PETROLERA EN EL ECUADOR
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La actividad de exploración petrolera se inicia a principios de siglo a lo largo de la
costa del Pacífico.
El primer descubrimiento importante lo realizó la compañía Angla Ecuadorian
Oilfields Ltda. En 1924 en la península de Santa Elena, dando inicio a la
producción petrolera en 1925 con 1 226 barriles diarios, esta producción fue
declinando hasta que en la actualidad se extraen apenas 835 barriles diarios.
Los primeros trabajos de exploración hidrocarburífera en la Región Oriental se
inician en 1921, cuando la compañía Leonard Exploration Co. de Nueva Cork
obtuvo una concesión de 25 mil km2 por el lapso de 50 años.
En 1937 la compañía Shell logra 10 millones de hectáreas en concesión en la
región del nororiente, para luego devolverlas argumentando que no existía
petróleo.
En 1964 la Texaco Gulf obtiene una concesión de un millón quinientos mil
hectáreas. Esta compañía en 1967 perfora el primer pozo productivo el Lago
Agrio N.1. Posteriormente en 1969 siguieron los de Sacha y Shushufindi.
A raíz de este encuentro, se produce una feria de concesiones, que tuvieron como
efecto consolidar el dominio absoluto de las compañías extranjeras, ya que
mantenían el control de más de cuatro millones de hectáreas. Hasta que en junio
de 1972 se crea la Corporación Estatal Petrolera Ecuatoriana (CEPE).
La producción propiamente de la Región Oriental se inicia en 1972 por parte del
consorcio Texaco-Gulf.
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El 6 de julio de 1974, CEPE adquiere el 25% de las acciones de este consorcio,
creándose un nuevo consorcio CEPE-Texaco-Gulf.
El 28 de junio de 1973 el Ecuador ingresa a la Organización de Países
Exportadores de Petróleo OPEP con lo que la capacidad negociadora del Estado a
través de CEPE mejora frente a las compañías extranjeras; además de recibir otros
beneficios especialmente de asistencia técnica. Luego de una permanencia de 19
años, el gobierno de Sixto Durán Ballén en 1993 retira al país de ese importante
organismo. Desde entonces estamos sometidos a la presión de las compañías y
mercados internacionales.
En 1976 ante una serie de irregularidades cometidas por la empresa Gulf, CEPE
adquiere esas acciones con lo que pasa a ser el accionista mayoritario del
consorcio con el 62% de las acciones; posteriormente CEPE adquiere la totalidad
de las acciones y pasa a tener el control de todas las fases de la producción
petrolera. A partir de 1989 CEPE se convierte en PETROECUADOR con varias
empresas filiales: Petroproducción, Petroindustrial, Petrocomercial y
Petroamazonas. Los últimos gobiernos pretenden la privatización de
PETROECUADOR y de la actividad petrolera.
La explotación petrolera en el Ecuador comenzó en la península de Santa Elena y
para el primer cuarto del presente siglo ya efectuaba exportaciones.
En realidad la explotación de los pozos de Santa Elena a cargo de la compañía
inglesa Anglo Ecuatoriana Oilfields nunca fue excepcional, veamos algunos datos
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Para la elaboración de gasolina y otros derivados del petróleo se instalaron tres
refinerías, sin abastecer las necesidades nacionales, pero en el año 1976 la
compañía Anglo y todas sus instalaciones fueron nacionalizadas y pasaron bajo el
control del Estado ecuatoriano a cargo de la Empresa Estatal de Petróleos del
Ecuador, CEPE, actual PETROECUADOR. Más, esos pozos ya estaban en
decadencia como lo anotamos a continuación.
A partir de 1972, fecha en que Ecuador inicia la explotación petrolera en el
nororiente de nuestra región Amazónica; el país se convierte en el segundo
productor en América del Sur, ingresa a la Organización de Países Exportadores
de Petróleo (OPEP), entre los grandes del mundo tales como son Arabia Saudita,
Argelia, Venezuela, Indonesia, Irán, Irak, entre otros;
manteniéndose en dicha organización hasta el 31 de diciembre de 1992, fecha en
que se separa por decisión gubernamental.
Reservas Petroleras.- El Ecuador es uno de los países más importantes en la
producción de petróleo en América Latina, pero en relación a los grandes
productores tal como es el caso de Arabia Saudita, nuestra producción es muy
modesta.
El petróleo no es un recurso permanente, es decir se va agotando poco a poco.
Nuestro país tiene, según se calcula más de seis mil millones de barriles. Este dato
es provisional ya que continuamente se están encontrando nuevos pozos para
explotar lo que aumentará nuestra reserva.
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El Ecuador con una extensión de 255.970 km2, dispone de seis cuencas
sedimentarias: Oriente (Napo, Pastaza y Sucumbíos); Guayaquil (Progreso, Santa
Elena, Golfo de Guayaquil); Manabí; Esmeraldas (Borbón); Litoral Pacífico
(costa afuera) y Cuenca, que abarcan una área de 190.700 km2 de roca
sedimentaria; de éstos, 98.000 km2 corresponden a la Región Amazónica (51,4%),
77.000 km2 a la región de la Costa y 25.000 km2 a la plataforma
continental.
De estas cuencas sedimentarias solo en las dos primeras se ha demostrado la
presencia de hidrocarburos.
En el 2000, se realizaron trabajos en 958 kilómetros cuadrados con sísmica 3D en
los campos Shushufindi y Víctor Hugo Ruales. Se inició el registro de 347
kilómetros cuadrados en el campo Libertador y 264 en el campo Sacha Norte. Ese
año se incrementó la perforación de pozos, pasando de 9 a 14 pozos.
Según el Informe Anual de Petroecuador las reservas en barriles, en campos de
producción para el año 2001, son las siguientes:
El área de operación petrolera durante el 2000 fue de 4'673.601, de éstas a
Petroecuador le correspondieron 740.000 hectáreas mientras que a las empresas
privadas 3'933.501 hectáreas. Con el objetivo de obtener otras inversionesel
gobierno está preparando las condiciones para nuevas rondas petroleras, la novena
y la décima. La novena ronda abarca 1'6 millones de hectáreas con dos campos en
la Amazonía y 4 en la Costa que han sido llamados a licitación a compañías
extranjeras.
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EL CARBON
El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en
carbono, utilizada como combustible fósil. Suele localizarse bajo una capa de
pizarra y sobre una capa de arena y arcilla. Se cree que la mayor parte del carbón
se formó durante el período carbonífero (hace 280 a 345 millones de años).
FORMACION DEL CARBON
El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres, hojas, maderas,
cortezas, y esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de
poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una
cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire que los
destruiría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias
anaerobias, un tipo de microorganismos que no pueden vivir en presencia de
oxígeno. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono.
Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al
mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de
carbonificación. Los geólogos estiman que una capa de carbón de un metro de
espesor proviene de la transformación por el proceso de diagénesis de más de diez
metros de limos carbonosos.
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Los depósitos de carbón están frecuentemente asociados con el mercurio. Hay otra
teoría que explica que el carbón se forma con emanaciones continuas de gas
metano en las profundidades de la tierra.
En las cuencas carboníferas las capas de carbón están intercaladas con otras capas
de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos
casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el
lugar donde se genera el carbón.
Si, por ejemplo, un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la
costa, el bosque queda progresivamente sumergido, por descenso del continente o
por una transgresión marina, y los vegetales muertos y caídos se acumulan en la
plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la invasión del mar, el
bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a
erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los
vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede
desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo.
En las cuencas hulleras se conservan, tanto en el carbón como en las rocas
intercaladas, restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies
actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la
vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era
probablemente clima tropical.
TIPOS DE CARBON
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Existen diferentes tipos de carbones minerales en función del grado de
carbonificación que haya experimentado la materia vegetal que originó el carbón.
Estos van desde la turba, que es el menos evolucionado y en que la materia
vegetal muestra poca alteración, hasta la antracita que es el carbón mineral con
una mayor evolución. Esta evolución depende de la edad del carbón, así como de
la profundidad y condiciones de presión, temperatura, entorno, etc., en las que la
materia vegetal evolucionó hasta formar el carbón mineral.
El rango de un carbón mineral se determina en función de criterios tales como su
contenido en materia volátil, contenido en carbono fijo, humedad, poder
calorífico, etc. Así, a mayor rango, mayor es el contenido en carbono fijo y mayor
el poder calorífico, mientras que disminuyen su humedad natural y la cantidad de
materia volátil. Existen varias clasificaciones de los carbones según su rango. Una
de las más utilizadas divide a los carbones de mayor a menor rango en:
• Antracita
• Bituminoso bajo en volátiles
• Bituminoso medio en volátiles
• Bituminoso alto en volátiles
• Sub-bituminoso
• Lignito
• Turba
La hulla es un carbón mineral de tipo bituminoso medio y alto en volátiles.
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PRODUCCION Y RESERVAS
La producción mundial de carbón en los últimos años ha sido:
Carbón bituminoso y
antracitaCarbón sub-bituminoso y lignito
2007* 5.543 Mt 945 Mt
2006 5.205 Mt 937 Mt
2005 4.934 Mt 906 Mt
2004 4.631 Mt 893 Mt
2003 4.231 Mt 893 Mt
2002 3.910 Mt 882 Mt
2001 3.801 Mt 897 Mt
Fuente: World Coal Institute - * Estimaciones
Los 10 países mayores productores de carbón bituminoso y antracita en el año
2007 fueron:
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País Producción*
República Popular China 2.549 Mt
Estados Unidos de América 981 Mt
India 452 Mt
Australia 323 Mt
Sudáfrica 244 Mt
Rusia 241 Mt
Indonesia 231 Mt
Polonia 90 Mt
Kazajistán 83 Mt
Colombia 72 Mt
Fuente: World Coal Institute - * Estimaciones
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Las reservas de carbón se encuentran muy repartidas, con 70 países con
yacimientos aprovechables. Al ritmo actual de consumo se calcula que existen
reservas seguras para 133 años, por 42 y 60 del petróleo y el gas, respectivamente.
Además, el 67% de las reservas de petróleo y el 66% de las de gas se encuentran
en Oriente Medio y Rusia.
El hombre extrae carbón desde la Edad Media. En los yacimientos poco
profundos la explotación es a cielo abierto. Sin embargo, por lo general las
explotaciones de carbón se hacen con minería subterránea ya que la mayoría de
las capas se encuentran a cientos de metros de profundidad.
APLICACIONES
El carbón suministra el 25% de la energía primaria consumida en el mundo, sólo
por detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica,
con 40% de la producción mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales
del carbón son:
1. Generación de energía eléctrica. Las centrales térmicas de carbón
pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica.
En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan
de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre
ellas las centrales de lecho fluido a presión. Otra tecnología en auge es la
de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de síntesis
obtenido mediante la gasificación del carbón.
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2. Coque. El coque es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de
aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias,
principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico). Dos tercios del
acero mundial se producen utilizando coque de carbón, consumiendo en
ello 12% de la producción mundial de carbón (cifras de 2003).
3. Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbón se obtiene una
aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor
resistencia y elasticidad.
Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:
1. Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono
2. Acero: entre 0,2% y 1,2% de carbono
3. Fundición: más del 1,2% de carbono
4. Industrias varias. Se utiliza en las fábricas que necesitan mucha energía en
sus procesos, como las fábricas de cemento y de ladrillos.
5. Uso doméstico. Históricamente el primer uso del carbón fue como
combustible doméstico. Aun hoy sigue siendo usado para calefacción,
principalmente en los países en vías de desarrollo, mientras que en los
países desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes más limpias de
calor (gas natural, propano, butano, energía eléctrica) para rebajar el índice
de contaminación.
6. Carboquímica. La carboquímica es practicada principalmente en África del
Sur y China.
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Mediante el proceso de gasificación se obtiene del carbón un gas llamado gas de
síntesis, compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas
de síntesis es una materia prima básica que puede transformarse en numerosos
productos químicos de interés como, por ejemplo:
1. Amoníaco
2. Metanol
3. Gasolina y gasóleo de automoción a través del proceso Fischer-Tropsch
(proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos a partir de
gas de síntesis, CO y H2).
4. Petróleo sintético. Mediante el proceso de licuefacción directa, el carbón
puede ser transformado en un crudo similar al petróleo. La licuefacción
directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda
Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala
industrial en el mundo.
Estas dos últimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren
mucha energía, desperdiciando así un tercio del balance energético global. Debido
a la crisis del petróleo se han vuelto a utilizar.
EL CARBON EN EL ECUADOR.
En cuanto al carbón mineral, el Ecuador no dispone de carbón coquificable y los
yacimientos conocidos son de difícil explotación, el uso principal que se le ha
dado a este recurso es la purificación de agua, además según las regulaciones
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actuales del SRI el carbón vegetal estaría aplicado en el 12% de IVA, razón por la
cual no ha sido una industria apreciada por los inversores nacionales y extranjeros.
GAS NATURAL
El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no renovables
formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra frecuentemente en
yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de
carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se saca,
está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden
superar el 90 ó 95% (p. ej., el gas no-asociado del pozo West Sole en el Mar del
Norte), y suele contener otros gases como nitrógeno, CO2, H2S, helio y
mercaptanos. Como ejemplo de contaminantes cabe mencionar el gas no-asociado
de Kapuni (NZ) que contiene hasta 49% de CO2. Como fuentes adicionales de este
recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano que,
según estimaciones, pueden suponer una reserva energética muy superiores a las
actuales de gas natural.
Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos orgánicos
(basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos restos
(depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de basuras, de
desechos orgánicos animales, etc.). El gas obtenido así se llama biogás.
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Algunos de los gases que forman parte del gas natural cuando es extraído se
separa de la mezcla porque no tienen capacidad energética (nitrógeno o CO2) o
porque pueden depositarse en las tuberías usadas para su distribución debido a su
alto punto de ebullición. Si el gas fuese criogénicamente licuado para su
almacenamiento, el dióxido de carbono (CO2) solidificaría interfiriendo con el
proceso criogénico. El CO2 puede ser determinado por los procedimientos ASTM
D 1137 o ASTM D 1945.
El propano, butano e hidrocarburos más pesados en comparación con el gas
natural son extraídos, puesto que su presencia puede causar accidentes durante la
combustión del gas natural. El vapor de agua también se elimina por estos
motivos y porque a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones
altas forma hidratos de metano que pueden obstruir los gasoductos. Los
compuestos de azufre son eliminados hasta niveles muy bajos para evitar
corrosión y olores perniciosos, así como para reducir las emisiones de compuestos
causantes de lluvia ácida. La detección y la medición de H2S se puede realizar con
los métodos ASTM D2385 o ASTM D 2725.
Para uso doméstico, al igual que al butano, se le añaden trazas de compuestos de
la familia de los mercaptano entre ellos el metil-mercaptano, para que sea fácil
detectar una fuga de gas y evitar su ignición espontánea.
ORIGEN
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El gas natural se formó a partir de la descomposición de restos orgánicos que
quedaron sepultados bajo montañas de capas de sedimentos por espacio de miles y
millones de años, en condiciones de temperatura y presión similares a las que
dieron origen a la formación del petróleo. De hecho, la mayoría de yacimientos
petrolíferos suelen contener hidrocarburos líquidos y también gaseosos.
Normalmente, los gases, al ser menos densos que el líquido, tienden a ocupar la
parte superior de la roca porosa, sujetos por la roca impermeable que actúa como
sello. Por debajo está el petróleo y por debajo de este, grandes depósitos de agua
salada.
El componente principal del gas natural es el metano (entre un 70 y un 90 %), y
además lleva en su composición otros hidrocarburos más ligeros, como el etano,
el propano y el butano, en cantidades significativas. Otros de sus componentes son
el sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno, etc., que se eliminan en el
propio lugar de extracción, ya que no tienen utilidad alguna como combustible.
El metano es un combustible de gran poder energético. No es un gas tóxico, pero
mezclado con el aire sí es muy inflamable, pudiendo llegar a ser incluso
explosivo, por lo que se debe manipular con precaución. Este gas es el que se
emplea mayoritariamente para usos domésticos, sobre todo para calefacciones y
cocinas.
GENERACION DE CO2
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El gas natural produce mucho menos CO2 que otros combustibles como los
derivados del petróleo, y sobre todo el carbón. Además es un combustible que se
quema más limpia y eficazmente.
La razón por la cual produce poco CO2 es que el principal componente, metano,
contiene cuatro átomos de hidrógeno y uno de carbono, produciendo 2 moléculas
de agua por cada una de CO2, mientras que los hidrocarburos de cadena larga
(líquidos) producen sólo 1 molécula de agua por cada 1 de CO2 (recordemos que
el calor de formación del agua es muy alto).
Como ventaja añadida es un combustible más versátil, que puede utilizar en
sistemas de generación más eficientes como el ciclo combinado o la pila de
combustible y su obtención es más sencilla en comparación con otros
combustibles. Sin embargo, su contenido energético por unidad de volumen es
bajo en comparación con otros combustibles.
El 87% de todas las formas de energía que usamos corresponde a hidrocarburos.
El carbón, junto al petróleo genera 64%, el gas genera el 23% (equivalente a unos
50 millones de barriles de petróleo al día). Un 12% es generado con
hidroeléctricas y plantas nucleares. Todas las demás formas de energía --eólica,
solar, geotérmica, etc. Representan solo el 1%. El gas natural es un hidrocarburo
fósil atrapado bajo la tierra en depósitos que alcanzan enormes dimensiones.
Como todo hidrocarburo, el gas natural, compuesto de carbono e hidrógeno, es un
combustible con alto contenido de energía.
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GENERACION DE ENERGIA
El gas natural puede ser empleado para producir hidrógeno que se puede utilizar
en los vehículos de hidrógeno.
1 Nm3 (Normal metro cúbico, metro cúbico en condiciones normales, 20 °C de
temperatura y 1 atmósfera de presión) de gas natural produce aproximadamente
10,4 kWh.
IMPACTO AMBIENTAL
El CO2 y los otros hidrocarburos; etano, propano, butano, expulsado a la
atmósfera por el gas producen una reacción solar menos energética. Esto, pues
produce que la tierra se vea afectada por un incremento de 0,2-0,5 °C cada década
ya que los rayos del sol inciden en la atmósfera pero una parte de ellos no sale y
se refleja a la tierra.
GAS NATURAL EN EL ECUADOR
La utilización de gas natural en Ecuador nació a raíz del descubrimiento de este
combustible en la península de Santa Elena (1957); al agostarse este campo, la
mayoría de proyectos de extracción de gas natural en el país quedaron en espera,
mientras que en campos petroleros como Shushufindi, Aguarico y Libertador, el
gas natural era considerado como un desecho de producción. Ecuador es un
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productor relativamente pequeño de gas natural dentro del mercado; actualmente,
en las estaciones de producción de Petroecuador se ha puesto verdadero interés en
el gas asociado, utilizándolo como: combustible en las turbinas para generación de
energía eléctrica, para mantenimiento de presión mediante inyección, como fluido
motriz en sistemas de levantamiento artificial, entre otros usos. El consumo del
gas natural para la producción de energía eléctrica, así como para uso en procesos
industriales, se ha incrementado notablemente en los últimos años.
Las reservas de gas natural que posee el país ascienden a 9.37 billones de metros
cúbicos. En la actualidad, Ecuador tiene una capacidad productiva de gas de
magnitudes menores y no es exportador de gas natural; sin embargo, la idea de
diversificación de la matriz energética por parte del Gobierno ha generado una
serie de proyectos de explotación y exploración de este combustible.
El proyecto de gas natural más importante está en el campo de gas “Amistad”, con
una reserva de 9.8 mil millones de metros cúbicos, que está siendo desarrollado
desde una plataforma off shore en el golfo de Guayaquil. La empresa Ros Roca
Indox Cryonergy S.L.U, suscribió con Petroecuador, en el 2009, el contrato de
adjudicación de la planta de licuefacción de gas natural. Esta nueva infraestructura
está ubicada en Bajo Alto, en las afueras de la ciudad de Machala en la provincia
de El Oro, y tiene una capacidad de producción de 200 toneladas métricas de gas
por día, que serán distribuidas en la ciudad de Cuenca, Azuay. Lo anterior abre la
posibilidad de mayores descubrimientos en la zona si se realizan actividades de
exploración; adicionalmente, se manifiesta una nueva posibilidad para el
desarrollo de proyectos de gas natural, como por ejemplo, la generación de
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electricidad desde gas asociado al crudo por parte de Petroproducción, que
comenzará a partir del año 2012.
Bajo el enfoque de generación de energía no contaminante, el Ministerio de
Recursos Naturales no Renovables busca convertir al gas natural en un medio para
obtener certificados de bonos de carbono, afirmando que al utilizar eficientemente
el gas asociado de petróleo en la región amazónica se evita perjudicar al medio
ambiente gracias a su no quema, y además no se desperdicia una fuente de energía
que puede utilizarse para generar electricidad y reducir el consumo de diesel.
La masificación de nuevas formas de explotación de gas no convencional, como el
shale gas, trajo un importante ascenso de la productividad que expandió la
disponibilidad de este combustible. A nivel mundial, Estados Unidos es el
principal productor. En este país, el 26% de la producción corresponde a shale
gas, mientras que el gas no convencional representa un 46% de lo explotado. En
China y Canadá también se iniciaron actividades de perforación bajo esta
modalidad. El mercado internacional de gas natural se compone de diferentes
mercados regionales, por lo que no es posible hablar de un mercado mundial para
este producto. Aunque exista una tendencia hacia una cierta liberalización del
mercado, éste sigue estando muy regulado en muchas regiones. En América del
Sur, se han construido, y se construirán a futuro, más gasoductos, como por
ejemplo, el proyecto de un gasoducto que unirá Venezuela, Brasil y Argentina, sin
dejar de mencionar el caso boliviano que en la actualidad representa uno de los
principales productores e inversores de proyectos de gas natural de la región, lo
que pone en evidencia la importancia de este recurso energético.
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ENERGIA NUCLEAR
La energía nuclear es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las
reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el
aprovechamiento de dicha energía para otros fines como, por ejemplo, la
obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones
nucleares, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos.1 Así, es común
referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como
un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la
utilización de esta energía por parte del ser humano.
Estas reacciones se dan en los núcleos de algunos isótopos de ciertos elementos
químicos, siendo la más conocida la fisión del uranio-235 (235U), con la que
funcionan los reactores nucleares, y la más habitual en la naturaleza, en el interior
de las estrellas, la fusión del par deuterio-tritio (2H-3H). Sin embargo, para
producir este tipo de energía aprovechando reacciones nucleares pueden ser
utilizados muchos otros isótopos de varios elementos químicos, como el torio-
232, el plutonio-239, el estroncio-90 o el polonio-210 (232Th, 239Pu, 90Sr,
210Po; respectivamente).
Existen varias disciplinas y técnicas que usan de base la energía nuclear y van
desde la generación de electricidad en las centrales nucleares hasta las técnicas de
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análisis de datación arqueológica (arqueometría nuclear), la medicina nuclear
usada en los hospitales, etc.
Los dos sistemas más investigados y trabajados para la obtención de energía
aprovechable a partir de la energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y
la fusión nuclear. La energía nuclear puede transformarse de forma descontrolada,
dando lugar al armamento nuclear; o controlada en reactores nucleares en los que
se produce energía eléctrica, energía mecánica o energía térmica. Tanto los
materiales usados como el diseño de las instalaciones son completamente
diferentes en cada caso.
Otra técnica, empleada principalmente en pilas de mucha duración para sistemas
que requieren poco consumo eléctrico, es la utilización de generadores
termoeléctricos de radioisótopos (GTR, o RTG en inglés), en los que se
aprovechan los distintos modos de desintegración para generar electricidad en
sistemas de termopares a partir del calor transferido por una fuente radiactiva.
La energía desprendida en esos procesos nucleares suele aparecer en forma de
partículas subatómicas en movimiento. Esas partículas, al frenarse en la materia
que las rodea, producen energía térmica. Esta energía térmica se transforma en
energía mecánica utilizando motores de combustión externa, como las turbinas de
vapor. Dicha energía mecánica puede ser empleada en el transporte, como por
ejemplo en los buques nucleares; o para la generación de energía eléctrica en
centrales nucleares.
La principal característica de este tipo de energía es la alta calidad de la energía
que puede producirse por unidad de masa de material utilizado en comparación
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con cualquier otro tipo de energía conocida por el ser humano, pero sorprende la
poca eficiencia del proceso, ya que se desaprovecha entre un 86 y 92% de la
energía que se libera.
FUNDAMENTOS FISICOS
Sir James Chadwick descubrió el neutrón en 1932, año que puede considerarse
como el inicio de la física nuclear moderna.
El modelo de átomo propuesto por Niels Bohr consiste en un núcleo central
compuesto por partículas que concentran la práctica mayoría de la masa del átomo
(neutrones y protones), rodeado por varias capas de partículas cargadas casi sin
masa (electrones). Mientras que el tamaño del átomo resulta ser del orden del
angstrom (10-10 m), el núcleo puede medirse en fermis (10-15 m), o sea, el
núcleo es 100.000 veces menor que el átomo.
Todos los átomos neutros (sin carga eléctrica) poseen el mismo número de
electrones que de protones. Un elemento químico se puede identificar de forma
inequívoca por el número de protones que posee su núcleo; este número se llama
número atómico (Z). El número de neutrones (N) sin embargo puede variar para
un mismo elemento. Para valores bajos de Z ese número tiende a ser muy parecido
al de protones, pero al aumentar Z se necesitan más neutrones para mantener la
estabilidad del núcleo. A los átomos a los que solo les distingue el número de
neutrones en su núcleo (en definitiva, su masa), se les llama isótopos de un mismo
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elemento. La masa atómica de un isótopo viene dada por A = Z + N u, el número
de protones más el de neutrones (nucleones) que posee en su núcleo.
Para denominar un isótopo suele utilizarse la letra que indica el elemento químico,
con un superíndice que es la masa atómica y un subíndice que es el número
Núcleo atómico.- Los neutrones y protones que forman los núcleos tienen una
masa aproximada de 1 u, estando el protón cargado eléctricamente con carga
positiva +1, mientras que el neutrón no posee carga eléctrica. Teniendo en cuenta
únicamente la existencia de las fuerzas electromagnética y gravitatoria, el núcleo
sería inestable (ya que las partículas de igual carga se repelerían deshaciendo el
núcleo), haciendo imposible la existencia de la materia. Por este motivo (ya que es
obvio que la materia existe) fue necesario añadir a los modelos una tercera fuerza:
la fuerza fuerte (hoy en día fuerza nuclear fuerte residual). Esta fuerza debía tener
como características, entre otras, que era muy intensa, atractiva a distancias muy
cortas (solo en el interior de los núcleos), siendo repulsiva a distancias más cortas
(del tamaño de un nucleón), que era central en cierto rango de distancias, que
dependía del espín y que no dependía del tipo de nucleón (neutrones o protones)
sobre el que actuaba. En 1935, Hideki Yukawa dio una primera solución a esta
nueva fuerza estableciendo la hipótesis de la existencia de una nueva partícula: el
mesón. El más ligero de los mesones, el pión, es el responsable de la mayor parte
del potencial entre nucleones de largo alcance (1 fm). El potencial de Yukawa
(potencial OPEP) que describe adecuadamente la interacción para dos partículas
de espines s1 y s2 respectivamente, se puede escribir como:
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Otros experimentos que se realizaron sobre los núcleos indicaron que su forma
debía de ser aproximadamente esférica de radio fm, siendo A la masa atómica, es
decir, la suma de neutrones y protones. Esto exige además que la densidad de los
núcleos sea la misma (VαR3αA, es decir el volumen es proporcional a. Como la
densidad se halla dividiendo la masa por el volumen). Esta característica llevó a la
equiparación de los núcleos con un líquido, y por tanto al modelo de la gota
líquida, fundamental en la comprensión de la fisión de los núcleos.
La masa de un núcleo, sin embargo, no resulta exactamente de la suma de sus
nucleones. Tal y como demostró Albert Einstein, la energía que mantiene unidos a
esos nucleones se observa como una diferencia en la masa del núcleo, de forma
que esa
diferencia viene dada por la ecuación.
Así, pesando los distintos átomos por una parte, y sus componentes por otra,
puede determinarse la energía media por nucleón que mantiene unidos a los
diferentes núcleos.
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En la gráfica puede contemplarse como los núcleos muy ligeros poseen menos
energía de ligadura que los que son un poquito más pesados. Esta característica es
la base de la liberación de la energía en la fusión. Y al contrario, en la parte de la
derecha se ve que los muy pesados tienen menor energía de ligadura que los que
son algo más ligeros. Esta es la base de la emisión de energía por fisión.
Fisión.- Distribución típica de las masas de los productos de fisión. Fermi, tras el
descubrimiento del neutrón, realizó una serie de experimentos en los que
bombardeaba distintos núcleos con estas nuevas partículas. En estos experimentos
observó que cuando utilizaba neutrones de energías bajas, en ocasiones el neutrón
era absorbido emitiéndose fotones.
Para averiguar el comportamiento de esta reacción repitió el experimento
sistemáticamente en todos los elementos de la tabla periódica. Así descubrió
nuevos elementos radiactivos, pero al llegar al uranio obtuvo resultados distintos.
Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann consiguieron explicar el nuevo
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fenómeno al suponer que el núcleo de uranio al capturar el neutrón se escindía en
dos partes de masas aproximadamente iguales. De hecho detectaron bario, de
masa aproximadamente la mitad que la del uranio. Posteriormente se averiguo que
esa escisión (o fisión) no se daba en todos los isótopos del uranio, sino solo en el
235U. Y más tarde aun se supo que esa escisión podía dar lugar a muchísimos
elementos distintos, cuya distribución de aparición es muy típica (similar a la
doble joroba de un camello).
Esquema del fenómeno de la fisión del 235U. Un neutrón de baja velocidad
(térmico) impacta en un núcleo de uranio desestabilizándolo. Este se divide en dos
partes y además emite una media de 2.5 neutrones por fisión.
En la fisión de un núcleo de uranio, no solo aparecen dos núcleos más ligeros
resultado de la división del de uranio, sino que además se emiten 2 o 3 (en
promedio 2,5 en el caso del 235U) neutrones a una alta velocidad (energía). Como
el uranio es un núcleo pesado no se cumple la relación N=Z (igual número de
protones que de neutrones) que sí se cumple para los elementos más ligeros, por
lo que los productos de la fisión poseen un exceso de neutrones. Este exceso de
neutrones hace inestables (radiactivos) a esos productos de fisión, que alcanzan la
estabilidad al desintegrarse los neutrones excedentes por desintegración beta
generalmente. La fisión del 235U puede producirse en más de 40 formas
diferentes, originándose por tanto más de 80 productos de fisión distintos, que a
su vez se desintegran formando cadenas de desintegración, por lo que finalmente
aparecen cerca de 200 elementos a partir de la fisión del uranio.
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La energía desprendida en la fisión de cada núcleo de 235U es en promedio de
200 MeV. Los minerales explotados para la extracción del uranio suelen poseer
contenidos de alrededor de 1 gramo de uranio por kg de mineral (la pechblenda
por ejemplo). Como el contenido de 235U en el uranio natural es de un 0,7%, se
obtiene que por cada kg de mineral extraído tendríamos átomos de 235U. Si
fisionamos todos esos átomos (1 gramo de uranio) obtendríamos una energía
liberada de por gramo. En comparación, por la combustión de 1 kg de carbón de
la mejor calidad (antracita) se obtiene una energía de unos , es decir, se necesitan
más de 10 toneladas de antracita (el tipo de carbón con mayor poder calorífico)
para obtener la misma energía contenida en 1 kg de uranio natural.
La aparición de los 2,5 neutrones por cada fisión posibilita la idea de llevar a cabo
una reacción en cadena, si se logra hacer que de esos 2,5 al menos un neutrón
consiga fisionar un nuevo núcleo de uranio. La idea de la reacción en cadena es
habitual en otros procesos químicos. Los neutrones emitidos por la fisión no son
útiles inmediatamente, sino que hay que frenarlos (moderarlos) hasta una
velocidad adecuada. Esto se consigue rodeando los átomos por otro elemento con
un Z pequeño, como por ejemplo hidrógeno, carbono o litio, material denominado
moderador.
Otros átomos que pueden fisionar con neutrones lentos son el 233U o el 239Pu.
Sin embargo también es posible la fisión con neutrones rápidos (de energías
altas), como por ejemplo el 238U (140 veces más abundante que el 235U) o el
232Th (400 veces más abundante que el 235U).
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La teoría elemental de la fisión la proporcionaron Bohr y Wheeler, utilizando un
modelo según el cual los núcleos de los átomos se comportan como gotas líquidas.
La fisión se puede conseguir también mediante partículas alfa, protones o
deuterones.
Fusión.- Proceso de fusión entre un núcleo de deuterio y uno de tritio. Es la
opción más adecuada para ser llevada a cabo en un reactor nuclear de fusión.
Así como la fisión es un fenómeno que aparece en la corteza terrestre de forma
natural (si bien con una frecuencia pequeña), la fusión es absolutamente artificial
en nuestro entorno. Sin embargo, esta energía posee ventajas con respecto a la
fisión. Por un lado el combustible es abundante y fácil de conseguir, y por otro,
sus productos son elementos estables y ligeros.
En la fusión, al contrario que en la fisión donde se dividen los núcleos, la reacción
consiste en la unión de dos o más núcleos ligeros. Esta unión da lugar a un núcleo
más pesado que los usados inicialmente y a neutrones. La fusión se consiguió
antes incluso de comprender completamente las condiciones que se necesitaban,
limitándose a conseguir condiciones extremas de presión y temperatura usando
una bomba de fisión. Pero no es hasta que Lawson define unos criterios de
tiempo, densidad y temperatura mínimos6 cuando se comienza a comprender el
funcionamiento de la fusión.
Aunque en las estrellas la fusión se da entre una variedad de elementos químicos,
el elemento con el que es más sencillo alcanzarla es el hidrógeno. Además, a
mayor cantidad de neutrones, más pesado será el núcleo resultante (más arriba
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estaremos en la gráfica de las energías de ligadura), con lo que mayor será la
energía liberada en la reacción.
En esta reacción se liberan 17,6 MeV por fusión, más que en el resto de
combinaciones con isótopos de hidrógeno. Además esta reacción proporciona un
neutrón muy energético que puede aprovecharse para generar combustible
adicional para reacciones posteriores de fusión, utilizando litio, por ejemplo. La
energía liberada por gramo con esta reacción es casi 1.000 veces mayor que la
lograda en la fisión de 1 gramo de uranio natural (unas 7 veces superior si fuera
un gramo de 235U puro).
Para vencer la repulsión electrostática, es necesario que los núcleos a fusionar
alcancen una energía cinética de aproximadamente 10 keV. Esta energía se
obtiene mediante un intenso calentamiento (igual que en las estrellas, donde se
alcanzan temperaturas de 108 K), que implica un movimiento de los átomos igual
de intenso. Además de esa velocidad para vencer la repulsión electrostática, la
probabilidad de que se produzca la fusión debe ser elevada para que la reacción
suceda. Esto implica que se deben poseer suficientes átomos con energía
suficiente durante un tiempo mínimo. El criterio de Lawson define que el
producto entre la densidad de núcleos con esa energía por el tiempo durante el que
deben permanecer en ese estado debe ser .
Los dos métodos en desarrollo para aprovechar de forma útil la energía
desprendida en esta reacción son el confinamiento magnético y el confinamiento
inercial (con fotones que provienen de láser o partículas que provienen de
aceleradores).
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TECNOLOGIA NUCLEAR.
Armas nucleares.- Un arma es todo instrumento, medio o máquina que se destina
a atacar o a defenderse. Según tal definición, existen dos categorías de armas
nucleares:
1. Aquellas que utilizan la energía nuclear de forma directa para el ataque o
la defensa, es decir, los explosivos que usan la fisión o la fusión.
2. Aquellas que utilizan la energía nuclear para su propulsión, pudiendo a su
vez utilizar o no munición que utilice la energía nuclear para su
detonación. En esta categoría se pueden citar los buques de guerra de
propulsión nuclear (cruceros, portaaviones, submarinos, bombarderos,
etc.).
Bomba atómica.- Existen dos formas básicas de utilizar la energía nuclear
desprendida por reacciones en cadena descontroladas de forma explosiva: la fisión
y la fusión.
El 16 de julio de 1945 se produjo la primera explosión de una bomba de fisión
creada por el ser humano: La Prueba Trinity.
Existen dos tipos básicos de bombas de fisión: utilizando uranio altamente
enriquecido (enriquecimiento superior al 90% en 235U) o utilizando plutonio.
Ambos tipos se fundamentan en una reacción de fisión en cadena descontrolada y
solo se han empleado en un ataque real en Hiroshima y Nagasaki, al final de la
Segunda Guerra Mundial.
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Para que este tipo de bombas funcionen es necesario utilizar una cantidad del
elemento utilizado superior a la Masa crítica. Suponiendo una riqueza en el
elemento del 100%, eso suponen 52 kg de 235U o 10 kg de 239Pu. Para su
funcionamiento se crean 2 o más partes subcríticas que se unen mediante un
explosivo químico convencional de forma que se supere la masa crítica.
Los dos problemas básicos que se debieron resolver para crear este tipo de
bombas fueron:
• Generar suficiente cantidad del elemento físil a utilizar, ya sea uranio
enriquecido o plutonio puro.
• Alcanzar un diseño en el que el material utilizado en la bomba no sea
destruido por la primera explosión antes de alcanzar la criticidad.
El rango de potencia de estas bombas se sitúa entre aproximadamente el
equivalente a una tonelada de TNT hasta los 500.000 kilotones.
Tras el primer ensayo exitoso de una bomba de fisión por la Unión Soviética en
1949 se desarrolló una segunda generación de bombas nucleares que utilizaban la
fusión. Se la llamó bomba termonuclear, bomba H o bomba de hidrógeno. Este
tipo de bomba no se ha utilizado nunca contra ningún objetivo real. El llamado
diseño Teller-Ullam (o secreto de la bomba H) separa ambas explosiones en dos
fases.
Este tipo de bombas pueden ser miles de veces más potentes que las de fisión. En
teoría no existe un límite a la potencia de estas bombas, siendo la de mayor
potencia explotada la bomba del Zar, de una potencia superior a los 50 megatones.
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Las bombas de hidrógeno utilizan una bomba primaria de fisión que genera las
condiciones de presión y temperatura necesarias para comenzar la reacción de
fusión de núcleos de hidrógeno. Debido a que los únicos productos radiactivos
que generan estas bombas son los producidos en la explosión primaria de fisión,
por lo que a veces se le ha llamado bomba nuclear limpia. El extremo de esta
característica son las llamadas bombas de neutrones o bomba N, que minimizan la
bomba de fisión primaria, logrando un mínimo de productos de fisión. Estas
bombas además se diseñaron de tal modo que la mayor cantidad de energía
liberada sea en forma de neutrones, con lo que su potencia explosiva es la décima
parte que una bomba de fisión. Fueron concebidas como armas anti-tanque, ya
que al penetrar los neutrones en el interior de los mismos, matan a sus ocupantes
por las radiaciones.
Propulsión aeroespacial.- Aunque existen varias opciones que pueden utilizar la
energía nuclear para propulsar cohetes espaciales, solo algunas han alcanzado
niveles de diseño avanzados.
El cohete termonuclear, por ejemplo, utiliza hidrógeno recalentado en un reactor
nuclear de alta temperatura, consiguiendo empujes al menos dos veces superiores
a los cohetes químicos. Este tipo de cohetes se probaron por primera vez en 1959
(el Kiwi 1), dentro del Proyecto Nerva, cancelado en 1972. En 1990 se relanzó el
proyecto bajo las siglas SNTP (Space Nuclear Thermal Propulsión) dentro del
proyecto para un viaje tripulado a Marte en 2019. En 2003 comenzó con el
nombre de Proyecto Prometeo. Otra de las posibilidades contempladas es el uso
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de un reactor nuclear que alimente a un propulsor iónico (el Nuclear Electric
Xenon Ion System o 'NEXIS').
El Proyecto Orión12 fue un proyecto ideado por Stanisław Ulam en 1947, que
comenzó en 1958 en la empresa General Atomics. Su propósito era la realización
de viajes interplanetarios de forma barata a una velocidad de un 10% de c. Para
ello utilizaba un método denominado propulsión nuclear pulsada (External Pulsed
Plasma Propulsión es su denominación oficial en inglés). El proyecto fue
abandonado en 1963, pero el mismo diseño se ha utilizado como base en el
Proyecto Dédalo13 británico con motor de fusión, el Proyecto Longshot14
americano con motor de fisión acoplado a un motor de fusión inercial o el
Proyecto Medusa.
También se ha propuesto el uso de RTG como fuente para un cohete de
radioisótopos.
TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS NUCLEARES
En general, cualquier aplicación industrial genera residuos. Todas las formas de
generación de energía nuclear también los generan. Tanto los reactores nucleares
de fisión o fusión (cuando entren en funcionamiento) como los GTR generan
residuos convencionales (basura, proveniente por ejemplo de los restos de comida
de los trabajadores) que es trasladada a vertederos o instalaciones de reciclaje,
residuos tóxicos convencionales (pilas, líquido refrigerante de los
transformadores, etc.) y residuos radiactivos. El tratamiento de todos ellos, con
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excepción hecha de los residuos radiactivos, es idéntico al que se da a los residuos
del mismo tipo generado en otros lugares (instalaciones industriales, ciudades,).
Es diferente el tratamiento que se emplea en los residuos radiactivos. Para ellos se
desarrolló una regulación específica, gestionándose de formas diferentes en
función del tipo de radiactividad que emiten y del semiperiodo que poseen. Esta
regulación engloba todos los residuos radiactivos, ya procedan de instalaciones de
generación de electricidad, de instalaciones industriales o de centros médicos.
Se han desarrollado diferentes estrategias para tratar los distintos residuos que
proceden de las instalaciones o dispositivos generadores de energía nuclear:
• Baja y media actividad. En este caso se trata de residuos con vida corta,
poca radiactividad y emisores de radiaciones beta o gamma (pudiendo
contener hasta un máximo de 4000 Bq g-1 de emisores alfa de semiperiodo
largo). Suelen ser materiales utilizados en las operaciones normales de las
centrales, como guantes, trapos, plásticos, etc. En general se prensan y
secan (si es necesario) para reducir su volumen, se hormigonan (fijan) y se
embidonan para ser almacenados durante un periodo de 300 o de 500 años,
según los países, en almacenamientos controlados. En España este
almacenamiento se encuentra en la provincia de Córdoba (El Cabril).
• Alta actividad. Estos residuos tienen semiperiodo largo, alta actividad y
contienen emisores de radiaciones alfa (si son de semiperiodo largo solo si
superan concentraciones de actividad de 4000 Bq g-1).
Se generan en mucho menor volumen pero son altamente nocivos inmediatamente
después de ser generados. Generalmente, aunque no son los únicos, se trata de las
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propias barras de combustible de los reactores de fisión ya utilizadas. Para ellos se
han desarrollado diversas estrategias:
1. Almacenamiento temporal: en las piscinas de las propias centrales (a veces
llamados ATI), durante la vida de la central (habitualmente 40 años), o en
almacenamientos construidos a propósito. En España aún se encuentra en
proyecto el ATC).
2. Reprocesamiento: en este proceso se lleva a cabo una separación físico-
química de los diferentes elementos, separando por una parte aquellos
isótopos aprovechables en otras aplicaciones, civiles o militares (plutonio,
uranio, cobalto y cesio entre otros). Es la opción más similar al reciclado.
Sin embargo en el proceso no todos los elementos reciclados son
totalmente re aprovechables, como por ejemplo el neptunio o el americio.
Para estos, en un volumen mucho menor que el inicial, es necesario aun el
uso de otras opciones como el almacenamiento geológico profundo.
3. Almacenamiento Geológico Profundo (AGP): este proceso consiste en
estabilizar las barras de combustible gastadas en contenedores resistentes a
tratamientos muy severos que posteriormente se introducen en
localizaciones similares a las minas, ya existentes (como en el caso de
minas profundas), o construidas para tal fin. Suelen estar en matrices
geológicas de las que se sabe que han sido estables durante millones de
años. Las más comunes son calizas, graníticas o salinas. Los técnicos
estiman que estos AGP deberían poder preservar íntegros los residuos
durante los miles de años en que sigan siendo tóxicos sin afectar a las
personas de la superficie. Su principal defecto es que sería muy difícil o
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imposible recuperar estos residuos para su uso útil en el caso de que
técnicas futuras puedan aprovecharlos eficientemente.
4. Transmutación en centrales nucleares de nueva generación (Sistemas
Asistidos por Aceleradores o en reactores rápidos): estos sistemas usan
torio como combustible adicional y degradan los desechos nucleares en un
nuevo ciclo de fisión asistida, pudiendo ser una alternativa ante la
dependencia del petróleo, aunque deberán vencer el rechazo de la
población. El primer proyecto será construido alrededor del 2014
(Myrrha).
Esta técnica se estima aceptable para aquellos radioisótopos de semiperiodo largo
para los que no se ha hallado ninguna aplicación todavía. Esos isótopos más
problemáticos son los transuránicos como el curio, el neptunio o el americio. Sin
embargo para emplear esta técnica se precisan métodos adicionales, como el
reprocesado previo.
Para gestionar los residuos radiactivos suele existir en cada país un organismo
creado exclusivamente para ello. En España se creó la Empresa Nacional de
Residuos Radiactivos, que gestiona los residuos radiactivos de todo tipo
generados tanto en las centrales nucleares como en el resto de instalaciones
nucleares o radiactivas.
REGULACION NUCLEAR
La regulación nuclear puede separarse en cuatro grandes grupos:
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1. Funciones de los reguladores nacionales,
2. Residuos,
3. Seguridad y
4. Protección radiológica.
Las bases científicas de toda la regulación internacional existente se fundan en
estudios propios y recopilaciones llevadas a cabo por la CIPR, UNSCEAR o el
NAS/BEIR americano. Además de estos, existen una serie de agencias de
investigación y desarrollo en seguridad, como pueden ser la AEN o el EPRI. A
partir de todas ellas, existen dos organismos internacionales que desarrollan las
bases para la legislación: el OIEA (a nivel internacional) y EURATOM (en
Europa).
También existen algunos organismos nacionales, que emiten documentación
dedicada a cada uno de los campos, que sirven de guía a otros países. Así ocurre
por ejemplo con la NCRP, la NRC o la EPA americanas, la HPA inglesa
(antiguamente NRPB) o el CEA francés.
Además de estas regulaciones específicas, existen otras leyes y acuerdos que
tienen en mayor o menor medida relación con la energía nuclear. Así por ejemplo
las leyes de calidad del agua o la convención OSPAR. Aunque en el Protocolo de
Kyoto, que trata sobre las industrias que emiten gases de efecto invernadero, no se
menciona la energía nuclear, sí aparece en otros documentos referentes al
calentamiento global antropogénico. Así, en los acuerdos de Bonn de 2001, se
establecieron los mecanismos de compraventa de emisiones de gases de efecto
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invernadero y los mecanismos de intercambio de tecnologías, excluyendo ambos
explícitamente a la energía nuclear. De este modo, no se pueden reducir las cuotas
de emisión de los países altamente industrializados mediante la venta de
tecnología nuclear a países menos desarrollados, ni se pueden vender las cuotas de
emisiones a países que funden sus bajas emisiones en la energía nuclear. El IPCC,
sin embargo, sí recomienda en su cuarto informe el uso de la energía nuclear
como una de las únicas formas (junto a las energías renovables y la eficiencia
energética) de reducir la emisión de gases de efecto invernadero.
CONTROVERSIAS
Ventajas.- La energía nuclear, genera un tercio de la energía eléctrica que se
produce en la Unión Europea, evitando así, la emisión de 700 millones de
toneladas de dióxido de carbono por año a la atmósfera. Por otra parte, también se
evitan otras emisiones de elementos contaminantes que se generan en el uso de
combustibles fósiles. Además, se reducen el consumo de las reservas de
combustibles fósiles, generando con muy poca cantidad de combustible
muchísima mayor energía, evitando así gastos en transportes, residuos, etcétera.
Inconvenientes.- Existe un alto riesgo de contaminación en caso de accidente. Se
producen residuos radiactivos que son difíciles de almacenar. Tiene un alto y
prolongado coste de las instalaciones y mantenimiento de las centrales nucleares.
Y puede usarse con fines no pacíficos.
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LA ENERGIA NUCLEAR EN EL ECUADOR
Es una propuesta de largo plazo, de por lo menos 15 años. Rosatom, la
Corporación Estatal de Energía Atómica de Rusia, firmó un convenio con el
Ministerio de Energía. La idea es desarrollar las minas de uranio y energía nuclear
El Gobierno tiene en agenda el desarrollo de energía nuclear con fines pacíficos.
Es una propuesta a largo plazo (por lo menos 15 años), pero ya camina en esa
dirección desde hace 12 meses. Esto va de la mano con el interés de explotar
uranio en el Ecuador.
El 30 de octubre de 2009, la prensa informaba que Ecuador y Rusia suscribieron
una serie de convenios, durante la visita oficial de Rafael Correa a ese país. Entre
ellos, el de cooperación en la esfera de la utilización de la energía atómica para
fines pacíficos, que fue suscrito por el entonces ministro de Energía, Esteban
Albornoz, y el vicedirector General de la Corporación Estatal de Energía Nuclear
Rosatom, Iván Kamenskih.
El documento, de nueve páginas, plantea, entre otros aspectos, la cooperación en
proyección, construcción y explotación de reactores nucleares energéticos y de
investigaciones, así como la exploración y explotación de yacimientos de uranio.
Además, la producción de isótopos radioactivos y su utilización en la industria,
medicina y agricultura, así como la elaboración de materiales y componentes para
los reactores nucleares energéticos y de investigación.
Geovanna Lucio, subsecretaria de Control, Investigación y Aplicaciones
Nucleares (Scian), explicó que delegados de la Rosatom han visitado el Ecuador
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por tres oportunidades antes de la firma del documento. La primera fue en mayo
de 2008, se reunieron con el ex ministro de Electricidad Alecksey Mosquera y su
equipo. La segunda, en abril de 2009, en cambio, lo hicieron con Lucio y Pilar
Páez. Y, la tercera, en julio de 2009, cuando tuvieron un encuentro con Albornoz,
Lucio y Juan Esteban Astudillo.
Hasta febrero de este año, según la subsecretaria, Rusia informó que trabajaba en
la integración de su comité, que será parte del Comité Conjunto de Coordinación,
mientras que el Ecuador delegó la competencia al personal técnico de la Scian.
Además, en el campo de la capacitación, hasta fines de 2010, se espera la llegada
de los primeros ingenieros que fueron enviados a prepararse con el apoyo de la
Scian y la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA). El convenio con
Rusia incluye la capacitación de 30 profesionales en diversos campos para poner
en marcha el proyecto de energía nucleoeléctrica.
Trámite de convenios. La Constitución, en su capítulo "Tratados e instrumentos
internacionales", establece (art. 418) que el presidente de la República suscribirá o
ratificará los tratados y otros instrumentos internacionales e informará enseguida a
la Asamblea Nacional, "con indicación precisa de su carácter y contenido".
El mandato agrega que un tratado solo podrá ser ratificado, para su posterior canje
o depósito, 10 días después de que la Asamblea haya sido notificada sobre el
mismo.
La Asamblea únicamente se pronuncia sobre ellos en ocho casos específicos: se
refieran a materia territorial o de límites, establezcan alianzas políticas o militares,
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contengan el compromiso de expedir, modificar o derogar una ley, se refieran a
los derechos y garantías establecidas en la Constitución.
Además, si comprometen la política económica del Estado establecida en su Plan
Nacional de Desarrollo a condiciones de instituciones financieras internacionales
o empresas transnacionales; comprometan al país en acuerdos de integración y de
comercio; atribuyan competencias propias del orden jurídico interno a un
organismo internacional o supranacional, y comprometan el patrimonio natural y
en especial el agua, la biodiversidad y su patrimonio genético.
Irán-Ecuador, relación que preocupa a EEUU
El Ecuador participa en un proyecto regional de exploración de uranio, según
informó el 25 de marzo de 2009 Mohamed ElBaradei, director general del
Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA).
Durante esa visita, que incluyó reuniones con los entonces ministros de
Relaciones Exteriores y Electricidad, Fander Falconí y Alecksey Mosquera, y el
vicepresidente Lenín Moreno, se le consultó si conocía si el Ecuador podría
vender uranio a Irán, frente a lo cual dijo: "El Ecuador está participando en un
proyecto regional de exploración de uranio de cara a su posible explotación y su
uso en el futuro como alternativa para cambiar su matriz energética".
Casi un año más tarde, el embajador de Irán en el Ecuador, Majid Salehi, en una
entrevista con El Comercio, el 6 de febrero de 2010, dijo: "Nunca hemos hablado
sobre estos campos (uranio). Solo cooperar en el campo geológico con el aporte
de personal y laboratorios. Si el Ecuador tiene uranio, les felicito. Irán pudiera
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venir y cooperar en minería como cualquier otro, pero el Gobierno no lo ha
pedido".
El Ecuador e Irán, desde que decidieron fortalecer sus relaciones, han firmado
convenios en diferentes áreas: financiera, desarrollo, seguridad, ciencia,
producción, entre otros. De ello han dado cuenta, en mayor detalle, los medios de
comunicación iraní, como Presstv, que transmite en inglés.
Además, hay una declaración conjunta, suscrita el 31 de julio de 2008 por la ex
canciller María Isabel Salvador y el ministro de Asuntos Exteriores de Irán,
Manouchehr Mottaki, en la que "reafirmaron el derecho inalienable de todos los
países para desarrollar la investigación, la producción, la utilización de la energía
nuclear con fines pacíficos y sin discriminación en el marco del Tratado de No
Proliferación de las Armas Nucleares de 1968".
La firma de estos documentos, entre julio y diciembre de 2008, se dio luego de
que la ONU emitiera algunas resoluciones contra Irán, por su programa de
enriquecimiento de uranio, así como la sanción al Banco de Exportaciones del
Irán (EDBI) -el Banco Central del Ecuador firmó un acuerdo con esa entidad, por
financiar el terrorismo.
Estas relaciones son las que llevaron a Arturo Valenzuela, secretario adjunto de
los EEUU para Latinoamérica, a expresar su preocupación por los vínculos Irán-
Ecuador, el 6 de abril, durante su visita a Quito.
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"La preocupación no solo tiene que ver con el tema ético comercial, sino la
proliferación nuclear. Irán no ha avanzado en los requerimientos del Consejo de
Seguridad de ONU y no cumple sus obligaciones internacionales. Por eso
advertimos nuestra preocupación por la relación con Irán".
ENERGÍAS RENOVABLES
El término, energía renovable, engloba una serie de fuentes de energía que en
teoría no se agotarían con el paso del tiempo. Estas fuentes serían una alternativa a
las otras llamadas convencionales (no renovables) y producirían un impacto
ambiental mínimo.
Las energías renovables
ENERGIA GEOTERMICA
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La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el
aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la
Tierra se debe a varios factores, entre los que caben destacar el gradiente
geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra", y
thermos, "calor"; literalmente "calor de la Tierra".
TIPOS DE FUENTES GEOTERMICAS
En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se aprovecha el
calor desprendido por el interior de la tierra. El agua caliente o el vapor pueden
fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor
(flashing). El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente
rentable. Un ejemplo, en Inglaterra, fue el "Proyecto de Piedras Calientes HDR"
(sigla en inglés: HDR, Hot Dry Rocks), abandonado después de comprobar su
inviabilidad económica en 1989. Los programas HDR se están desarrollando en
Australia, Francia, Suiza, Alemania. Los recursos de magma (rocas fundidas)
ofrecen energía geotérmica de altísima temperatura, pero con la tecnología
existente no se pueden aprovechar económicamente esas fuentes.
En la mayoría de los casos la explotación debe hacerse con dos pozos (o un
número par de pozos), de modo que por uno se obtiene el agua caliente y por otro
se vuelve a reinyectar en el acuífero, tras haber enfriado el caudal obtenido. Las
ventajas de este sistema son múltiples:
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• Hay menos probabilidades de agotar el yacimiento térmico, puesto que el
agua reinyectada contiene todavía una importante cantidad de energía
térmica.
• Tampoco se agota el agua del yacimiento, puesto que la cantidad total se
mantiene.
• Las posibles sales o emisiones de gases disueltos en el agua no se
manifiestan al circular en circuito cerrado por las conducciones, lo que
evita contaminaciones.
TIPOS DE YACIMIENTOS
• Energía geotérmica de alta temperatura. La energía geotérmica de alta
temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura está
comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vapor en la superficie y
mediante una turbina, genera electricidad. Se requieren varios condiciones
para que se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico: una
capa superior compuesta por una cobertura de rocas impermeables; un
acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de
profundidad; suelo fracturado que permite una circulación de fluidos por
convección, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la
superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 15 km de
profundidad, a 500-600 °C. La explotación de un campo de estas
características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi
idénticas a las de la extracción del petróleo.
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• Energía geotérmica de temperaturas medias. La energía geotérmica de
temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a
temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C. Por
consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza con un
rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido volátil. Estas
fuentes permiten explotar pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor
aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos reparto de
calor para su uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de
absorción)
• Energía geotérmica de baja temperatura. La energía geotérmica de
temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las
anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al
gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 °C.
• Energía geotérmica de muy baja temperatura. La energía geotérmica de
muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a
temperaturas comprendidas entre 20 y 50 °C. Esta energía se utiliza para
necesidades domésticas, urbanas o agrícolas.
Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; si se
trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima
está entre 120 y 180 °C, pero las fuentes de temperatura más baja son muy
apropiadas para los sistemas de calefacción urbana.
VENTAJAS E INCONVENIENTES
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Ventajas
1. Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior.
2. Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto
ambiental que los originados por el petróleo, carbón.
3. Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético
4. Ausencia de ruidos exteriores
5. Los recursos geotérmicos son mayores que los recursos de carbón,
petróleo, gas natural y uranio combinados.
6. No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede
mantenerse a precios nacionales o locales.
7. El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es
menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, tala
de bosques, ni construcción de tanques de almacenamiento de
combustibles.
8. La emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero, es inferior al que
se emitiría para obtener la misma energía por combustión.
Inconvenientes
1. En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a
huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.
2. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico,
amoníaco, etc.
3. Contaminación térmica.
4. Deterioro del paisaje.
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5. No se puede transportar (como energía primaria).
6. No está disponible más que en determinados lugares.
USOS
• Generación de electricidad
• Aprovechamiento directo del calor
• Calefacción y ACS
• Refrigeración por absorción
Generación de electricidad
Se produjo energía eléctrica geotérmica por vez primera en Larderello, Italia, en
1904. Desde ese tiempo, el uso de la energía geotérmica para electricidad ha
crecido mundialmente a cerca de 8.000 megawatt de los cuales EE. UU. genera
2.700 MW.
Desalinización
Douglas Firestone comenzó en la desalinización con el sistema evaporación /
condensación con aire caliente en 1998, probando que el agua geotermal se puede
usar económicamente para producir agua desalinizada, en 2001.
En 2005 se ajustó el 5º prototipo desalinizador “Delta T” que usa un ciclo de aire
forzado caliente, presión atmosférica, ciclo geotermal de evaporación
condensación. EL aparato se surte de agua de mar filtrada en el Instituto Scripps
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de Oceanografía, reduciendo la concentración de sal de 35.000 ppm a 51 ppm
a/a.1
Inyección de agua
En varios sitios, ha ocurrido que los depósitos de magma se agotaron, cesando de
dar energía geotérmica, quizás ayudado por la inyección del agua residual fría, en
la recarga del acuífero caliente. O sea que la recarga por reinyección, puede
enfriar el recurso, a menos que se haga un cuidadoso manejo. En al menos una
localidad, el enfriamiento fue resultado de pequeños pero frecuentes terremotos.
Esto ha traído una discusión si los dueños de una planta son responsables del daño
que un temblor causa.
Extinción del calor
Así como hay yacimientos geotérmicos capaces de proporcionar energía durante
muchas décadas, otros pueden agotarse y enfriarse. En un informe, el gobierno de
Islandia dice: debe entenderse que la energía geotérmica no es estrictamente
renovable en el mismo sentido que la hidráulica.
ENERGIA GEOTERMICA EN ECUADOR
Se debe remarcar, como premisa, que el Ecuador dispone de tres principales
fuentes económicas de energía primaria para fines de la generación eléctrica:
hidroenergía, gas natural y geotermia (Banco Mundial, 1986).
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El borde continental activo del Ecuador está caracterizado por la subducción de la
placa de Nazca bajo la Sudamericana, en condiciones bastante particulares por la
presencia de la Dorsal de Carnegie, que se origina en el "Punto Caliente" de las
Galápagos.
Estas características geológicas del territorio del Ecuador son muy favorables para
pensar que, en los niveles superiores de la corteza, se han implantado, desde el
período Terciario, cámaras magmáticas que alimentan a una intensa actividad
volcánica que continúa manifestándose hasta el presente en el segmento
septentrional de la Cadena Andina.. No es casual el hecho que en el territorio
ecuatoriano exista una de las más altas concentraciones, a nivel mundial, de
aparatos volcánicos diferenciados de edad cuaternaria a reciente, cuyos sistemas
de alimentación originan importantes anomalías en el flujo del calor terrestre.
La exploración de los recursos geotérmicos se inició en 1978, bajo la
responsabilidad del Instituto Ecuatoriano de Electrificación (INECEL), que estuvo
empeñado en explorar los recursos aptos para la generación eléctrica, con miras a
reducir el uso de combustibles derivados del petróleo, a la vez que diversificar la
oferta de recursos energéticos autóctonos.
Entre 1979 y 1985, estas actividades concitaron un apreciable interés y
consiguiente nivel de respaldo, razón por la cual se desarrollaron con éxito y sin
interrupciones, los siguientes estudios:
Reconocimiento Nacional, que contó con el apoyo técnico y económico de la
Organización Latinoamericana de Energía (OLADE);
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Prefactibilidad (I Fase) de las áreas de Tufiño-Chiles y Chalupas, financiados y
ejecutados con recursos propios del INECEL
En marzo de 1982, los Presidentes de Colombia y Ecuador suscribieron, en la
ciudad de Bogotá, un Acuerdo para la exploración geotérmica del Área Fronteriza
de Chiles - Cerro Negro - Tufiño, a través de un proyecto binacional.
En agosto de 1984, el Gobierno de Italia y la OLADE formalizaron un
instrumento mediante el cual se concretó la asignación de un aporte no
reembolsable, que sería administrado por la OLADE, para financiar el Estudio de
Prefactibilidad del Proyecto Binacional Chiles - Cerro Negro - Tufiño, que
concluyó en diciembre de 1987, sin que se haya realizado ni una sola perforación
exploratoria que permita afianzar el modelo geotérmico.
Posteriormente, la crisis económica que afectó al INECEL hizo que disminuya
sensiblemente el nivel de apoyo e interés por los desarrollos geotérmicos, por lo
que se condicionó la continuación de las investigaciones a la posibilidad, bastante
remota, de que sean financiadas únicamente con recursos de la cooperación
técnica no reembolsables.
Como resultado de esta política, el Proyecto Geotérmico avanzó muy lentamente
y solo pudo desarrollar unas pocas investigaciones de superficie, sustentadas con
sus escasos recursos propios, que fueron los únicos disponibles.
Los estudios de superficie desarrollados, han permitido identificar y sustentar el
interés que, para un eventual desarrollo geotermoeléctrico, presentan las
siguientes áreas.
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Tufiño - Chiles - Cerro Negro.
Chachimbiro.
Chalupas.
Todas ellas están ubicadas en la sierra norte y tienen como ventaja la de estar
bastante cerca de las líneas de transmisión del Sistema Nacional Interconectado.
Una segunda opción para el aprovechamiento de la energía geotérmica en el
Ecuador representa el uso directo de los fluidos de media y baja entalpía en
procesos industriales que utilizan agua caliente y la consiguiente sustitución de los
derivados del petróleo, principalmente diesel.
En extensas y abundantes porciones de la parte centro-norte de la Región
Interandina del Ecuador, existe una elevada probabilidad de encontrar importantes
anomalías en el flujo de calor terrestre y, por consecuencia, gradientes
geotérmicos anómalos. En estas condiciones, está muy favorecida la existencia de
acumulaciones de agua caliente en niveles bastante someros.
El antiguo Instituto Nacional de Energía (INE), realizó, en 1985, un intento fallido
por interesar a los industriales de Quito y Cuenca en los programas de sustitución,
con geotermia, de los combustibles que utilizan para la producción de agua
caliente (4000 TEP por año en el Valle de Los Chillos). Para tal efecto desarrolló
un proyecto demostrativo, que concluyó que los mayores obstáculos eran: la
dispersión geográfica de las plantas industriales y, fundamentalmente, el muy bajo
nivel de precios del diesel (US$ 0.61/gal) que imperaba en aquella época.
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ENERGIA EOLICA
Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética
generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras
formas útiles para las actividades humanas.
El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de
los vientos en la mitología griega. La energía eólica ha sido aprovechada desde la
antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la
maquinaria de molinos al mover sus aspas.
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir
energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2007, la capacidad
mundial de los generadores eólicos fue de 94.1 gigavatios. En 2009 la eólica
generó alrededor del 2% del consumo de electricidad mundial, cifra equivalente a
la demanda total de electricidad en Italia, la séptima economía mayor mundial. En
España la energía eólica produjo un 11% del consumo eléctrico en 2008, y un
13.8% en 2009. En la madrugada del domingo 8 de noviembre de 2009, más del
50% de la electricidad producida en España la generaron los molinos de viento, y
se batió el récord total de producción, con 11.546 megavatios eólicos.
La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir
las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base
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de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin
embargo, el principal inconveniente es su intermitencia.
COMO SE PRODUCE Y OBTIENE
La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que
se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja
presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.
Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie
terrestre por parte de la radiación solar, entre el 1 y 2% de la energía proveniente
del sol se convierte en viento. De día, las masas de aire sobre los océanos, los
mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas
sobre las masas continentales.
Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que
se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se
eleva. El aire más frío y más pesado que proviene de los mares, océanos y grandes
lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.
Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones
diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del
viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en espacios de tiempo
breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de datos con una
duración mínima de 20 años. Es también importante conocer la velocidad máxima
del viento. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance
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una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero
que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad
llamada "cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada
"cut-out speed".
La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o
aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía mecánica de
rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas operatrices,
como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el sistema de
conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y
de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.
En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la
energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el
rotor de un generador, normalmente un alternador, que produce energía eléctrica.
Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones
denominadas parques eólicos.
Un molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable, que
proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un
eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para
moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una
carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para
producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los molinos
tienen un origen remoto.
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HISTORIA
La energía eólica no es algo nuevo, es una de las energías más antiguas junto a la
energía térmica. Ya desde la publicación del libro Don Quijote de la Mancha, los
molinos de viento estaban presentes, quizás los molinos más famosos del mundo.
El viento como fuerza motriz existe desde la antigüedad y en todos los tiempos ha
sido utilizado como tal, como podemos observar. Tiene su origen en el sol. Así, ha
movido a barcos impulsados por velas o ha hecho funcionar la maquinaria de los
molinos al mover sus aspas. Pero, fue a partir de los ochenta del siglo pasado,
cuando este tipo de energía limpia sufrió un verdadero impulso. La energía eólica
crece de forma imparable a partir del siglo XXI, en algunos países más que en
otros, pero sin duda alguna en España existe un gran crecimiento, siendo uno de
los primeros países por debajo de Alemania a nivel europeo o de Estados Unidos a
escala mundial. Su auge en parques eólicos es debido a las condiciones tan
favorables que existe de viento, sobre todo en Andalucía que ocupa un puesto
principal, entre los que se puede destacar el Golfo de Cádiz, ya que el recurso de
viento es excepcional.
Los primeros molinos.- La referencia más antigua que se tiene es un molino de
viento que fue usado para hacer funcionar un órgano en el siglo I era común. Los
primeros molinos de uso práctico fueron construidos en Sistán, Afganistán, en el
siglo VII. Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares. Aparatos
hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para moler maíz
o extraer agua.
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UTILIZACION DE LA ENERGIA EOLICA
La industria de la energía eólica en tiempos modernos comenzó en 1979 con la
producción en serie de turbinas de viento por los fabricantes Kuriant, Vestas,
Nordtank, y Bonus. Aquellas turbinas eran pequeñas para los estándares actuales,
con capacidades de 20 a 30 kW cada una. Desde entonces, la talla de las turbinas
ha crecido enormemente, y la producción se ha expandido a muchos países.
COSTOS DE PRODUCCION
El coste de la unidad de energía producida en instalaciones eólicas se deduce de
un cálculo bastante complejo. Para su evaluación se deben tener en cuenta
diversos factores, entre los cuales cabe destacar:
• El coste inicial o inversión inicial, el costo del aerogenerador incide en
aproximadamente el 60 a 70%. El costo medio de una central eólica es,
hoy, de unos 1.200 Euros por kW (vatios) de potencia instalada y variable
según la tecnología y la marca que se vayan a instalar ("direct drive",
"síncronas", "asíncronas", "generadores de imanes permanentes"...;
• Debe considerarse la vida útil de la instalación (aproximadamente 20 años)
y la amortización de este costo;
• Los costos financieros;
• Los costos de operación y mantenimiento (variables entre el 1 y el 3% de
la inversión);
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• La energía global producida en un período de un año, es decir el
denominado factor de planta de la instalación. Esta se define en función de
las características del aerogenerador y de las características del viento en el
lugar donde se ha emplazado.
Este cálculo es bastante sencillo puesto que se usan las "curvas de potencia"
certificadas por cada fabricante y que suelen garantizarse a entre 95-98% según
cada fabricante. Para algunas de las máquinas que llevan ya funcionando más de
20 años se ha llegado a respetar 99% de las curvas de potencia.
Producción de Energía Eólica por Países
Capacidad total de energía eólica instalada
(fin de año y últimas estimaciones)[]
Capacidad (MW)
Posición País 2009[] 2008[] 2006[] 2005 2004
1 USA 32.919 25.170 11.603 9.149 6.725
2 Alemania 25.030 23.903 20.622 18.428 16.628
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3 China 20.000 12.210 2.405 1.260 764
4 España (13%) 18.263[] 16.754 11.730 10.028 8.504
5 India 10.742 9.654 6.270 4.430 3.000
6 Francia 4.655 3.404 1.567 757 386
7 Italia 4.547 3.736 2.123 1.717 1.265
8 Reino Unido 4.015 3.241 1.963 1.353 888
9 Dinamarca (20%) 3.384 3.180 3.136 3.128 3.124
10 Portugal (15%) 3.374 2.862 1.716 1.022 522
11 Canadá 3.301
12 Países Bajos 2.220
13 Japón 1.980
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14 Australia 1.494
15 Grecia 1.062
16 Suecia 1.021
17 Irlanda 1.002
18 Austria 995
19 Turquía 635
20 Brasil 634
Total mundial 140.951 120.791 73.904 58.982 47.671
Existe una gran cantidad de aerogeneradores operando, con una capacidad total de
159.213 MW, de los que Europa cuenta con el 47,9% (2009). EE.UU. y China,
juntos, representaron 38,4% de la capacidad eólica global. Los cinco países
(EE.UU., China, Alemania, España e India) representaron 72,9% de la capacidad
eólica mundial en 2009, ligeramente mayor que 72,4% de 2008. La Asociación
Mundial de Energía Eólica (World Wind Energy Association) anticipa que una
capacidad de 200.000 MW será superada en el 2010.
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En 2006, la instalación de 7,588 MW en Europa supuso un incremento del 23%
respecto a la de 2005.
Alemania, España, Estados Unidos, India y Dinamarca han realizado las mayores
inversiones en generación de energía eólica. Dinamarca es, en términos relativos,
la más destacada en cuanto a fabricación y utilización de turbinas eólicas, con el
compromiso realizado en los años 1970 de llegar a obtener la mitad de la
producción de energía del país mediante el viento. Actualmente genera más del
20% de su electricidad mediante aerogeneradores, mayor porcentaje que cualquier
otro país, y es el quinto en producción total de energía eólica, a pesar de ser el país
número 56 en cuanto a consumo eléctrico.
VENTAJAS E INCONVENIENTES
Ventajas
• Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos
atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra procedente del Sol.
• Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni
residuos contaminantes.
• No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2), por
lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio
climático.
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• Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en
zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas y muy empinadas
para ser cultivables.
• Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para uso
ganadero o cultivos bajos como trigo, maíz, patatas, remolacha, etc.
• Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de ensamblaje
y las zonas de instalación.
• Su instalación es rápida, entre 4 meses y 9 meses
• Su inclusión en un sistema ínter ligado permite, cuando las condiciones del
viento son adecuadas, ahorrar combustible en las centrales térmicas y/o
agua en los embalses de las centrales hidroeléctricas.
• Su utilización combinada con otros tipos de energía, habitualmente la
solar, permite la autoalimentación de viviendas, terminando así con la
necesidad de conectarse a redes de suministro, pudiendo lograrse
autonomías superiores a las 82 horas, sin alimentación desde ninguno de
los 2 sistemas.
• La situación actual permite cubrir la demanda de energía en España un
30% debido a la múltiple situación de los parques eólicos sobre el
territorio, compensando la baja producción de unos por falta de viento con
la alta producción en las zonas de viento. Los sistemas del sistema
eléctrico permiten estabilizar la forma de onda producida en la generación
eléctrica solventando los problemas que presentaban los aerogeneradores
como productores de energía al principio de su instalación.
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• Posibilidad de construir parques eólicos en el mar, donde el viento es más
fuerte, más constante y el impacto social es menor, aunque aumentan los
costes de instalación y mantenimiento. Los parques offshore son una
realidad en los países del norte de Europa, donde la generación eólica
empieza a ser un factor bastante importante.
Inconvenientes
Debido a la falta de seguridad en la existencia de viento, la energía eólica no
puede ser utilizada como única fuente de energía eléctrica. Por lo tanto, para
salvar los "valles" en la producción de energía eólica es indispensable un respaldo
de las energías convencionales (centrales de carbón o de ciclo combinado, por
ejemplo, y más recientemente de carbón limpio). Sin embargo, cuando respaldan
la eólica, las centrales de carbón no pueden funcionar a su rendimiento óptimo,
que se sitúa cerca del 90% de su potencia. Tienen que quedarse muy por debajo de
este porcentaje, para poder subir sustancialmente su producción en el momento en
que afloje el viento. Por tanto, en el modo "respaldo", las centrales térmicas
consumen más combustible por kW/h producido. También, al subir y bajar su
producción cada vez que cambia la velocidad del viento, se desgasta más la
maquinaría. Este problema del respaldo en España se va a tratar de solucionar
mediante una interconexión con Francia que permita emplear el sistema europeo
como colchón de la variabilidad eólica.
Además, la variabilidad en la producción de energía eólica tiene 2 importantes
consecuencias:
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• Para evacuar la electricidad producida por cada parque eólico (que suelen
estar situados además en parajes naturales apartados) es necesario
construir unas líneas de alta tensión que sean capaces de conducir el
máximo de electricidad que sea capaz de producir la instalación. Sin
embargo, la media de tensión a conducir será mucho más baja. Esto
significa poner cables 4 veces más gruesos, y a menudo torres más altas,
para acomodar correctamente los picos de viento.
• Es necesario suplir las bajadas de tensión eólicas "instantáneamente"
(aumentando la producción de las centrales térmicas), pues si no se hace
así se producirían, y de hecho se producen apagones generalizados por
bajada de tensión. Este problema podría solucionarse mediante
dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica. Pero la energía
eléctrica producida no es almacenable: es instantáneamente consumida o
perdida.
Además, otros problemas son:
• Técnicamente, uno de los mayores inconvenientes de los aerogeneradores
es el llamado hueco de tensión. Ante uno de estos fenómenos, las
protecciones de los aerogeneradores con motores de jaula de ardilla se
desconectan de la red para evitar ser dañados y, por tanto, provocan nuevas
perturbaciones en la red, en este caso, de falta de suministro. Este
problema se soluciona bien mediante la modificación de la aparamenta
eléctrica de los aro generadores, lo que resulta bastante costoso, bien
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mediante la utilización de motores síncronos aunque es bastante más fácil
asegurarse de que la red a la que se va a conectar sea fuerte y estable.
• Uno de los grandes inconvenientes de este tipo de generación, es la
dificultad intrínseca de prever la generación con antelación. Dado que los
sistemas eléctricos son operados calculando la generación con un día de
antelación en vista del consumo previsto, la aleatoriedad del viento plantea
serios problemas. Los últimos avances en previsión del viento han
mejorado muchísimo la situación, pero sigue siendo un problema.
Igualmente, grupos de generación eólica no pueden utilizarse como nudo
oscilante de un sistema.
• Además de la evidente necesidad de una velocidad mínima en el viento
para poder mover las aspas, existe también una limitación superior: una
máquina puede estar generando al máximo de su potencia, pero si el viento
aumenta lo justo para sobrepasar las especificaciones del aerogenerador, es
obligatorio desconectar ese circuito de la red o cambiar la inclinación de
las aspas para que dejen de girar, puesto que con viento de altas
velocidades la estructura puede resultar dañada por los esfuerzos que
aparecen en el eje. La consecuencia inmediata es un descenso evidente de
la producción eléctrica, a pesar de haber viento en abundancia, y otro
factor más de incertidumbre a la hora de contar con esta energía en la red
eléctrica de consumo.
• Aunque estos problemas parecen únicos a la energía eólica, son comunes a
todas las energías de origen natural:
• Un panel solar sólo producirá potencia mientras haya suficiente luz solar.
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• Una central hidráulica de represa sólo podrá producir mientras las
condiciones hídricas y las precipitaciones permitan la liberación de agua.
• Una central maremotriz sólo podrá producir mientras la actividad acuática
lo permita.
ENERGIA EOLICA EN EL ECUADOR
Situación Actual.- El primer parque eólico del país se inauguró en octubre del
2007 en la isla San Cristóbal del Archipiélago de Galápagos, con una potencia
instalada de 2,4 MW. Y se espera que en 2010 esté en operación un segundo
parque eólico ubicado en otra de las islas del Archipiélago de Galápagos, proyecto
Baltra – Santa Cruz, con una potencia instalada de 3,2 MW. Dada la relevancia
medioambiental del Archipiélago de Galápagos, el MEER se ha establecido como
meta satisfacer toda la demanda eléctrica con energías renovables. Las
expectativas de potencia instalada en generación eólica para el 2015 que perfila el
MEER, se encuentran entre los 40 y 50 MW. Además, en 2009 se comenzó a
trabajar en desarrollar el atlas eólico de Ecuador, con la finalidad de hacerlo
accesible y publicarlo en la Web del MEER. A pesar de no disponer de la
herramienta de evaluación del recurso eólico, está previsto el desarrollo de
proyectos eólicos en aquellas localizaciones en las cuales hay referencias
históricas de vientos constantes, se han realizado estudios de factibilidad y están a
la espera de financiación.
Además, en 2009 se comenzó a trabajar en desarrollar el atlas eólico de Ecuador,
con la finalidad de hacerlo accesible y publicarlo en la Web del MEER. A pesar
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de no disponer de la herramienta de evaluación del recurso eólico, está previsto el
desarrollo de proyectos eólicos en aquellas localizaciones en las cuales hay
referencias históricas de vientos constantes, se han realizado estudios de
factibilidad y están a la espera de financiación.
Barreras Tecnológicas.- Las tecnologías de energía eólica, son tecnologías
maduradas y conocidas, especialmente en los países más desarrollados donde el
mercado ha alcanzado una cierta madurez. Pero en el caso de Ecuador, éste es un
mercado incipiente en el que se han detectado barreras de carácter tecnológico que
impiden su crecimiento. A continuación se analizan las principales barreras
detectadas:
Integración en la red.- El problema a solucionar es cómo integrar en el sistema
un contingente considerable de generación de incorporación prioritaria cuya
disponibilidad es aleatoria de localización libre y atomizada, y que ante
situaciones de inestabilidad actualmente se desconecta del mismo, obligando al
resto de generación a incrementar su cuota de participación en los servicios
complementarios del sistema, imprescindibles para su buen funcionamiento.
Además, debemos tener en cuenta que los parques eólicos se localizan
generalmente en áreas con baja densidad de población, donde frecuentemente las
redes eléctricas son débiles y requieren ser reforzadas y mejoradas. Y de hecho la
infraestructura de las redes de transporte y distribución ecuatoriana son muy
débiles y con grandes pérdidas.
La aparición de huecos de tensión y el control de la potencia reactiva, son también
aspectos particulares de la integración a red de los parques eólicos.
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Falta de proyectistas, instaladores y mantenedores capacitados.- El mercado
de la energía eólica en Ecuador es un mercado poco maduro, lo que hace que la
demanda existente de los diferentes servicios asociados a esta tecnología, como
son servicios de ingeniería, instalación y mantenimiento sea baja; en otras
palabras, es un mercado inmaduro.
Además de la escasez de servicios, también se ha detectado la escasez de
proyectistas, instaladores y mantenedores calificados.
Desconocimiento del potencial que las tecnologías de energía eólica pueden
ofrecer en Ecuador.- No existe ninguna estimación del potencial que ofrecen las
tecnologías de energía eólica en Ecuador. Para poder desarrollar un mercado, es
necesario conocer cuál es el potencial de ese mercado, para que así, los diferentes
actores conozcan las ventajas técnicas y de ahorro, tanto energético como
económico, que ofrece la implantación de las tecnologías de energía eólica.
ENERGIA HIDRAULICA (HIDRICA)
Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del
aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente del agua,
saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental
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es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada
sólo una forma de energía renovable.
OBTENCION
Se puede transformar a muy diferentes escalas, existen desde hace siglos pequeñas
explotaciones en las que la corriente de un río mueve un rotor de palas y genera
un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la
utilización más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas de
represas, aunque estas últimas no son consideradas formas de energía verde por el
alto impacto ambiental que producen.
Cuando el Sol calienta la tierra, además de generar corrientes de aire, hace que el
agua de los mares, principalmente, se evapore y ascienda por el aire y se mueva
hacia las regiones montañosas, para luego caer en forma de lluvia. Esta agua se
puede colectar y retener mediante presas. Parte del agua almacenada se deja salir
para que se mueva los álabes de una turbina engranada con un generador de
energía eléctrica.
Estas características hacen que sea significativa en regiones donde existe una
combinación adecuada de lluvias, desniveles geológicos y orografía favorable
para la construcción de represas. La energía hidráulica se obtiene a partir de la
energía potencial y cinética contenida en las masas de agua que transportan los
ríos, provenientes de la lluvia y del deshielo. El agua en su caída entre dos niveles
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del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual trasmite la energía a un
alternador el cual la convierte en energía eléctrica.
VENTAJAS E INCONVENIENTES
Ventajas.- La gran ventaja de la energía hidráulica es la eliminación de los
deshechos producidos por las ruedas de coches de Tenerife. El costo de operar una
planta hidráulica es casi inmune a la volatilidad de los combustibles fósiles como
la gasolina, el carbón o el gas natural. Además, no hay necesidad de importar
combustibles de otros países.
Las plantas hidráulicas también tienden a tener vidas económicas más largas que
las plantas eléctricas que utilizan combustibles. Sin embargo, hay plantas
hidráulicas que siguen operando después de 50 a 100 años. Los costos de
operación son bajos por que las plantas están automatizadas y tienen pocas
personas durante operación normal. Estas plantas producen la misma cantidad de
dióxido de carbono en comparación con la materia gris del planeta. Este hecho es
beneficioso para la salud.
Como las plantas hidráulicas no queman combustibles, no producen directamente
dióxido de carbono. Un poco de dióxido de carbono es producido durante el
período de construcción de las plantas, pero es poco, especialmente en
comparación a las emisiones de una planta equivalente que quema combustibles.
Inconvenientes.- Pueden ser varios:
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• La construcción de grandes embalses puede inundar importantes
extensiones de terreno, obviamente en función de la topografía del terreno
aguas arriba de la presa, lo que significa perdida de tierras del valle,
generalmente las más fértiles;
• En el pasado se han construido embalses que han inundado pueblos
enteros. Con el crecimiento de la conciencia ambiental, estos hechos son
actualmente menos frecuentes, pero aun persisten;
• Destrucción de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser disruptivas a
los ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, estudios han mostrado que las
presas en las costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de
trucha septentrional común que necesitan migrar a ciertos locales para
reproducirse. Hay bastantes estudios buscando soluciones a este tipo de
problema. Un ejemplo es la invención de un tipo de escalera para los
peces;
• Cambia los ecosistemas en el río aguas abajo. El agua que sale de las
turbinas no tiene prácticamente sedimento. Esto puede resultar en la
erosión de las márgenes de los ríos.
• Cuando las turbinas se abren y cierran repetidas veces, el caudal del río se
puede modificar drásticamente causando una dramática alteración en los
ecosistemas
PROBLEMAS AMBIENTALES
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Los potenciales impactos ambientales de los proyectos hidroeléctricos son
siempre significativos. Sin embargo existen muchos factores que influyen en la
necesidad de aplicar medidas de prevención en todo.
Principalmente:
La construcción y operación de la represa y el embalse constituyen la fuente
principal de impactos del proyecto hidroeléctrico.2 Los proyectos de las represas
de gran alcance pueden causar cambios ambientales irreversibles, en una área
geográfica muy extensa; por eso, tienen el potencial de causar impactos
importantes. Ha aumentado la crítica de estos proyectos durante la última década.
Los críticos más severos sostienen que los costos sociales, ambientales y
económicos de estas represas pesan más que sus beneficios y que, por lo tanto, no
se justifica la construcción de las represas grandes. Otros mencionan que, en
algunos casos, los costos ambientales y sociales puede ser evitados o reducidos a
un nivel aceptable, si se evalúan, cuidadosamente, los problemas potenciales y se
implantan medidas correctivas que son costosas.
Algunas presas presentan fallos o errores de construcción como es el caso de la
Presa Sabaneta,3 ubicada en La Provincia San Juan, República Dominicana. Esta
presa ha presentado grandes inconvenientes en las temporadas ciclónicas pasadas,
producto de su poca capacidad de desagüe y también a que su dos vertederos
comienzan a operar después que el embalse está lleno.
El área de influencia de una represa se extiende desde los límites superiores del
embalse hasta los esteros y las zonas costeras y costa afuera, e incluyen el
embalse, la represa y la cuenca del río, aguas abajo de la represa. Hay impactos
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ambientales directos asociados con la construcción de la represa (p.ej., el polvo, la
erosión, problemas con el material prestado y de los desechos), pero los impactos
más importantes son el resultado del embalse del agua, la inundación de la tierra
para formar el embalse, y la alteración del caudal de agua, aguas abajo. Estos
efectos ejercen impactos directos en los suelos, la vegetación, la fauna y las tierras
silvestres, la pesca, el clima y la población humana del área.
Los efectos indirectos de la represa incluyen los que se asocian con la
construcción, el mantenimiento y el funcionamiento de la represa (p.ej., los
caminos de acceso, los campamentos de construcción, las líneas de transmisión de
energía) y el desarrollo de las actividades agrícolas, industriales o municipales que
posibilita la represa.
Además de los efectos directos e indirectos de la construcción de la represa sobre
el medio ambiente, se deberán considerar los efectos del medio ambiente sobre la
represa. Los principales factores ambientales que afectan el funcionamiento y la
vida de la represa son aquellos que se relacionan con el uso de la tierra, el agua y
los otros recursos en las áreas de captación aguas arriba del reservorio (p.ej., la
agricultura, la colonización, el desbroce del bosque) que pueden causar una mayor
acumulación de limos, y cambios en la cantidad y calidad del agua del reservorio
y del río. Se tratan estos aspectos en los estudios de ingeniería.
A lo largo de la segunda mitad del siglo XX se ha visto crecer en forma
importante la conciencia ambiental, de la gente, de los gobiernos y de las
instituciones internacionales de crédito, que son en última instancia quienes
financian los grandes proyectos hidroeléctricos.
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Actualmente las medidas de mitigación ambiental forman parte integrante de
todos los proyectos financiados por instituciones de crédito multilaterales, y los
costos de las medidas de mitigación son incluidos en el costo del proyecto.
CENTRAL HIDROELECTRICA
Una central hidroeléctrica es aquella que utiliza energía hidráulica para la
generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los
antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda.
En general, estas centrales aprovechan la energía potencial que posee la masa de
agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto
geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una
turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma
en energía eléctrica.
Aprovechamiento de la Energía Hidroelectrica.- Los antiguos romanos y
griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para
moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga
retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las
grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de
cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al
ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes
ruedas hidráulicas de hierro colado. La hidroelectricidad tuvo mucha importancia
durante la Revolución Industrial. Impulsó las industrias textiles y del cuero y los
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talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX. Aunque las
máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera
poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento
de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la
construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a
bajo precio. Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas
hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La
construcción de grandes presas de contención todavía no era posible; el bajo
caudal de agua durante el verano y el otoño, unido a las heladas en invierno,
obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se
pudo disponer de carbón.
Las formas más frecuentemente utilizadas para explotar la energía hidráulica son:
Desvío del cauce de agua.- El principio fundamental de esta forma de
aprovechamiento hidráulico de los ríos se basa en el hecho de que la velocidad del
flujo de estos es básicamente constante a lo largo de su cauce, el cual siempre es
descendente. Este hecho revela que la energía potencial no es íntegramente
convertida en cinética como sucede en el caso de una masa en caída libre, la cual
se acelera, sino que ésta es invertida en las llamadas pérdidas, es decir, la energía
potencial se "pierde" en vencer las fuerzas de fricción con el suelo, en el
transporte de partículas, en formar remolinos, etc. Entonces esta energía potencial
podría ser aprovechada si se pueden evitar las llamadas pérdidas y hacer pasar al
agua a través de una turbina. El conjunto de obras que permiten el
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aprovechamiento de la energía anteriormente mencionada reciben el nombre de
central hidroeléctrica o Hidráulica.
El balance de energía arriba descrito puede ser ilustrado mejor a través del
principio de Bernoulli.
Interceptación de la corriente de agua.- Este método consiste en la construcción
de una presa de agua que retenga el cauce de agua causando un aumento del nivel
del río en su parte anterior a la presa de agua, el cual podría eventualmente
convertirse en un embalse. El dique establece una corriente de agua no uniforme y
modifica la forma de la superficie de agua libre del río antes y después de éste,
que toman forma de las llamadas curvas de remanso. El establecimiento de las
curvas de remanso determinan un nuevo salto geodésico aprovechable de agua.
Características de una Central Hidroeléctrica.- Las dos características
principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad
de generación de electricidad son:
• La potencia, que está en función del desnivel existente entre el nivel medio
del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal
máximo turbinable, además de las características de las turbinas y de los
generadores usados en la transformación.
• La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente
un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia
instalada.
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La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios),
como en el caso de las minicentrales hidroeléctricas, hasta 14.000 MW como en
Paraguay y Brasil donde se encuentra la segunda mayor central hidroeléctrica del
mundo (la mayor es la Presa de las Tres Gargantas, en China, con una potencia de
22.500 MW), la Itaipú que tiene 20 turbinas de 700 MW cada una.
Las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas (que usan combustibles
fósiles) producen la energía eléctrica de una manera muy similar. En ambos casos
la fuente de energía es usada para impulsar una turbina que hace girar un
generador eléctrico, que es el que produce la electricidad. Una Central térmica usa
calor para, a partir de agua, producir el vapor que acciona las paletas de la turbina,
en contraste con la planta hidroeléctrica, la cual usa la fuerza del agua
directamente para accionar la turbina.
Un ejemplo de estas es el Proyecto Hidroeléctrico Palomino,1 ubicado en las
inmediaciones del municipio de Bohechio, Provincia San Juan, República
Dominicana, el proyecto hidroeléctrico Palomino le ahorrará al País alrededor de
400 mil barriles de petróleo al año que, a la tasa actual, representa 60 millones de
dólares por ahorro de la factura petrolera.
ENERGIA HIDRAULICA EN EL ECUADOR
La Central Hidroeléctrica Paute Molino, o comúnmente conocida como represa
Paute (Embalse Amaluza), ubicada en el río Paute, a 115 kilómetros de Cuenca,
Ecuador. Es la generadora hidroeléctrica más grande del Ecuador, contribuyendo
con la mayor cantidad de energía eléctrica en el país, 1100 MW.
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La Fase A de la Central Paute Molino fue construida entre 1976 y 1983 y la Fase
C entre 1985 y 1991. La ejecución de las obras de esta Central fue un proceso
espectacular, por la magnitud de los movimientos de tierra, excavaciones,
construcciones, utilización de tecnología, maquinaria y mano de obra nacional e
internacional. El mayor volumen de las obras fue en la Fase A y B que
comprendieron la construcción de un complejo sistema de túneles (desvío, acceso
a casa de máquinas, carga, desagüe, túneles verticales para ascensores al patio de
maniobras y chimenea de equilibrio).
La casa de máquinas, excavada dentro de una montaña, tuvo inicialmente 123
metros de largo por 42 de alto y 23 de ancho, para la instalación de cinco turbinas
de generación eléctrica. La fase C consistió en la ampliación de la caverna en el
doble de la extensión inicial, para ubicar las otras cinco turbinas, más la
construcción de un túnel de carga paralelo de 6.2 kilómetros de extensión.
Para la construcción de la Presa Daniel Palacios se desvió la cuenca del Paute por
un túnel de 580m de largo, para sacar el lecho del río en el sitio entre las montañas
donde se levantó la mole de cemento de 17 metros de alto por 420 metros de
coronación, con un 1'260.000 metros cúbicos de hormigón y miles de toneladas de
hierro. Una vez construida la presa, el 4 de febrero de 1983 se cerraron las
compuertas del túnel de desvio para el llenado del embalse, para que entre en
operación la Central Paute el 20 de mayo de 1983.
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ENERGIA DE BIOMASA
La energía de la biomasa es un tipo de energía renovable procedente del
aprovechamiento de la materia orgánica e inorgánica formada en algún proceso
biológico o mecánico, generalmente, de las sustancias que constituyen los seres
vivos (plantas, ser humano, animales, entre otros), o sus restos y residuos. El
aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo,
por combustión), o por transformación en otras sustancias que pueden ser
aprovechadas más tarde como combustibles o alimentos.
No se considera como energía de la biomasa, aunque podría incluirse en un
sentido amplio, la energía contenida en los alimentos suministrados a animales y
personas, la cual es convertida en energía en estos organismos en un porcentaje
elevado, en el proceso de la respiración celular.
ORIGEN DE LA ENERGIA DE BIOMASA.
Una parte de la energía que llega a la Tierra procedente del Sol es absorbida por
las plantas, a través de la fotosíntesis, y convertida en materia orgánica con un
mayor contenido energético que las sustancias minerales. De este modo, cada año
se producen 21011 toneladas de materia orgánica seca, con un contenido de
energía equivalente a 68000 millones de tep (toneladas equivalentes de petróleo),
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que equivale aproximadamente a cinco veces la demanda energética mundial. A
pesar de ello, su enorme dispersión hace que sólo se aproveche una mínima parte
de la misma. Entre las formas de biomasa más destacables por su
aprovechamiento energético destacan los combustibles energéticos (caña de
azúcar, remolacha, etc.) y los residuos (agrícolas, forestales, ganaderos, urbanos,
lodos de depuradora, etc.)
TIPOS DE BIOMASA.
Se distinguen varios tipos de biomasa, según la procedencia de las sustancias
empleadas, como la biomasa vegetal, relacionada con las plantas en general
(troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales, etc.); y la biomasa
animal, obtenida a partir de sustancias de origen animal (grasas, restos,
excrementos, etc.).
Otra forma de clasificar los tipos de biomasa se realiza a partir del material
empleado como fuente de energía:
Residuos.- Es aquella que corresponde a los residuos de paja, serrín, estiércol,
residuos de mataderos, basuras urbanas, etc.
El aprovechamiento energético de la biomasa residual, por ejemplo, supone la
obtención de energía a partir de los residuos de madera y los residuos agrícolas
(paja, cáscaras, huesos...), las basuras urbanas, los residuos ganaderos, como
purines o estiércoles, los lodos de depuradora, etc. Los residuos agrícolas también
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pueden aprovecharse energéticamente y existen plantas de aprovechamiento
energético de la paja residual de los campos que no se utiliza para forraje de los
animales.
Los residuos ganaderos, por otro lado, también son una fuente de energía. Los
purines y estiércoles de las granjas de vacas y cerdos pueden valorizarse
energéticamente por ejemplo, aprovechando el gas (o biogás) que se produce a
partir de ellos, para producir calor y electricidad. Y de la misma forma puede
aprovecharse la energía de las basuras urbanas, porque también producen un gas o
biogás combustible, al fermentar los residuos orgánicos, que se puede captar y se
puede aprovechar energéticamente produciendo energía eléctrica y calor en los
que se puede denominar como plantas de valorización energética de biogás de
vertedero.
Cultivos.- Es aquella que abarca los bosques, árboles, matorrales, plantas de
cultivo, etc. Por ejemplo, en las explotaciones forestales se producen una serie de
residuos o subproductos, con un alto poder energético, que no sirven para la
fabricación de muebles ni papel, como son las hojas y ramas pequeñas, y que se
pueden aprovechar como fuente energética.
Los residuos de la madera se pueden aprovechar para producir energía. De la
misma manera, se pueden utilizar como combustible los restos de las industrias de
transformación de la madera, como los aserraderos, carpinterías o fábricas de
mueble y otros materiales más. Los “cultivos energéticos” son otra forma de
biomasa consistente en cultivos o plantaciones que se hacen con fines
exclusivamente energéticos, es decir, para aprovechar su contenido e energía.
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Entre este tipo de cultivos tenemos, por ejemplo, árboles como los chopos u otras
plantas específicas. A veces, no se suelen incluir en la energía de la biomasa que
queda restringida a la que se obtiene de modo secundario a partir de residuos,
restos, etc.
Biocarburantes.- Los biocarburantes son combustibles líquidos que proceden de
materias agrícolas ricas en azúcares, como los cereales (bioetanol) o de grasas
vegetales, como semillas de colza o girasol de calabaza (biodiésel). Este tipo
también puede denominarse como “cultivos energéticos”. El bioetanol va dirigido
a la sustitución de la gasolina; y el (biodiesel) trata de sustituir al gasóleo. Se
puede decir que ambos constituyen una alternativa a los combustibles
tradicionales del sector del transporte, que derivan del petróleo.
PROCESOS DE TRANSFORMACION
Según la proporción de agua en las sustancias que forman la biomasa, también se
puede clasificar en:
• Biomasa seca: madera, leña, residuos forestales, restos de las industria
maderera y del mueble, etc.
• Biomasa húmeda: residuos de la fabricación de aceites, lodos de
depuradora, purines, etc.
Esto tiene mucha importancia respecto del tipo de aprovechamiento, y los
procesos de transformación a los que se puede ser sometida para obtener la
energía pretendida.
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PROCESOS DE TRANSFORMACION BIOMASA SECA
La energía contenida en la biomasa seca es más fácil de aprovechar, mediante
procesos termoquímicos como la combustión, la pirólisis o la gasificación.1 El
rendimiento energético obtenido suele ser alto. En la tabla adjunta se indican los
productos que se obtienen en este aprovechamiento, entre los que destaca el calor
(para calefacciones, calderas, etc.), la electricidad obtenida (haciendo pasar vapor
a gran presión por una turbina unida a un generador eléctrico), el vapor de agua
caliente, o diversos combustibles (metanol, metano).
Combustión Pirólisis Gasificación
Calor, electricidad, vapor de
aguaElectricidad, metanol Combustibles diversos
Rto: 65-95% Rto: 30-90% Rto: 65-75%
PROCESOS DE TRANSFORMACION BIOMASA HUMEDA.
En este caso se emplean procesos bioquímicos1 de transformación, con menor
rendimiento energético y tiempos de procesado más largos. Tienen más interés
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ecológico (muchas son sustancias contaminantes) que el propio aprovechamiento
energético.
Fermentación anaerobia Fermentación alcohólica
Metano (biogás) Etanol
Rto: 20-35% Rto: 20-25%
ENERGIA DE BIOMASA EN EL ECUADOR.
La proporción de biomasa (leña más residuos vegetales) fluctúa entre 5 y 6% del
total de las fuentes primarias de energía. El componente leña, usado en nivel
doméstico, desciende gradualmente, mientras que el bagazo aumenta lentamente
con el tiempo.
Los datos generados por las agencias especializadas en Ecuador son estimaciones
basadas en la demanda y no en la oferta. Para el bagazo, su producción depende
de la cosecha y niveles de producción de caña de azúcar. El uso de leña
(principalmente en el sector doméstico rural) Estudio "Energy Pricing, Poverty
and Social Mitigation", 1994, ESMAP/Banco Mundial, Report. No. 12.831-EC.
Las encuestas del Banco Mundial e Instituto de Energía establecen que el uso de
leña como combustible es mayoritariamente de arbustos, ramas y de residuos de
troncos cortados para industrias madereras. No es por tanto práctica extender la
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tala de árboles con fines exclusivamente energéticos.
Uso de la energía de biomasa.
Sector industrial.- La producción de vapor representa un consumo intensivo de
energía y emplea principalmente bagazo, diesel y fuel oíl donde el bagazo cubre
más del 63% de la demanda energética para la producción de vapor, en la industria
azucarera la baja eficiencia de esta fuente energética se traduce en la quema de
considerables volúmenes de su producto; su contribución energética es importante
por ser una fuente de energía renovable que reduce la demanda de hidrocarburos
en el sector.
Se ha cuantificado que existe un consumo mínimo de leña para la producción de
calor de aproximadamente 71.000 TEPs.
Sector residencial.- La distribución del consumo energético en este sector es de
1.622 KTEP/1994, el 62,6% corresponde a la energía utilizada en la zona rural,
esto se explica por el tipo de fuente que se emplea, lo que tiene directa relación
con la eficiencia de conversión energética, es decir, debido al bajo rendimiento de
las fuentes energéticas tradicionales el consumo final energético del sector rural es
mayor que el sector urbano.
El uso energético con mayor porcentaje de la biomasa en los hogares es para
cocción de alimentos en el sector rural, seguido por el calentamiento de agua.
Cabe destacar que a pesar de la alta tasa de penetración de energéticos como el
GLP, una gran proporción de hogares (más del 77% en el área rural y del 11% en
la urbana) continúan empleando la leña y otras formas de biomasa como fuente de
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energía.
Potencial de biomasa como fuente de energía para generación de electricidad
Potencial energético de bosques naturales.- Existe en el país 11.473.000 ha de
bosque natural, de los cuales el 80% corresponde al tipo Tropical Húmedo, que se
ubica en la Amazonía, el 13% en la costa y el 7% en la sierra; del total de bosque
natural el 70,3% se considera como bosque productor factible de explotar que
alcanza 8,07 millones de hectáreas.
Por estimaciones de técnicos del Instituto Ecuatoriano Forestal y de Areas
Naturales y Vida Silvestre (INEFAN), consideran que el 52% de este bosque
productor puede ser aprovechado para explotación maderera permanente, esto
significa alrededor de 4,2 millones de hectáreas y estarían ubicadas
preferentemente en las provincias de Esmeraldas, Nopo y Sucumbios. Si
consideramos que existe una tasa de deforestación promedio anual de 200.000 ha,
el recurso forestal productor duraría solamente 20 años.
Para los bosques de la Amazonía (Napo y Sucumbios) se ha determinado una
densidad promedio entre 45 y 160 m³/ha de volumen comercial, mientras en
Esmeraldas los volúmenes varían de 90 al 120 m³/ha, estos bosques son los más
accesibles por lo que constituyen una zona de sobreexplotación forestal.
Se considera que el 40% del volumen explotado es utilizado por la industria
maderera y el 60% constituye desechos. Por tanto, el potencial explotable de
madera sería de 630 millones de metros cúbicos, de los cuales 377 millones de
metros cúbicos constituye el potencial energético de los desechos forestales,
equivalente a 68 millones de TEP.
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El 80% de este potencial se ubicaría en la Amazonía, en donde se ha notado en los
últimos años una deforestación agresiva, el 13% se ubica en la costa de los cuales
el 8%, correspondería a la zona de Esmeraldas, que por su mejor infraestructura y
accesibilidad en poco tiempo puede causar la pérdida total de recurso.
Potencial energético de plantaciones forestales.- Las plantaciones forestales
aportan con aproximadamente el 12% del requerimiento maderero. El volumen
total de madera en tales plantaciones alcanza a 11,7 millones de metros cúbicos,
de los cuales aproximadamente 4,7 millones serían aprovechados como madera
mientras 7 millones de metros cúbicos, se considera como potencial de desechos
que equivale en términos energéticos a 1,2 millones de TEP. Este potencial se
ubica a lo largo del país, por lo que no se puede recomendar una explotación con
fines de generación eléctrica.
Potencial energético de residuos vegetales.- En el país se ha evaluado un total
de desechos de 2.000.000 t, con un potencial energético de 365.000 TEP como
combustión directa, donde el desecho de caña de azúcar aporta el 60%, que ya es
utilizado con fines energéticos, el de banano 17% y el de palma africana el 14%.
Potencial energético de los desechos sólidos.- El poder calorífico de los
desechos sólidos, aprovechados energéticamente por combustión directa, se
estima en 0,2 TEP/t. De acuerdo a datos y estudios recopilados por Fundación
Natura, se estima un potencial energético de 261.300 TEP/año, siendo el sector
urbano el aporte mayoritario, para una producción anual de 1.300.000 t, para este
tipo de desechos se debería analizar con mayor profundidad la posibilidad de
generar electricidad, por lo menos en las grandes ciudades.
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Limitaciones y restricciones existentes.- Los principales problemas detectados
en el sector forestal, en lo relacionado al empleo de la biomasa como fuente de
energía se refiere a:
• Falta de aplicaciones de las leyes y reglamentos existentes, por parte de los
diferentes organismos del Estado que tienen relación con el tema, lo que
incide en un insuficiente control sobre el manejo y explotación de los
recursos forestales.
• La inexistencia de una política explícita relativa a las fuentes renovables de
energía, incluyendo a la biomasa, que en este caso, determina la ausencia de
preocupación estatal por impulsar soluciones al abastecimiento de leña y de
diversificación energética.
• Falta de interés en desarrollar plantaciones forestales, debido a razonamiento
de corto plazo, al desconocimiento de soluciones técnicas eficientes y a la
falta de apoyo económico-financiero.
• Excesiva dependencia sobre el petróleo por ser país petrolero, lo que
desincentiva la diversificación de fuentes energéticas.
Políticas a implementarse.- Los lineamientos de una nueva política energética
deberían propender a lograr los suficientes objetivos básicos:
• Asegurar el suministro de energía en forma eficiente, en procura de
consolidar la ampliación de la capacidad de autoabastecimiento.
• Diversificar el abastecimiento energético en función de la abundancia relativa
de los recursos existentes e integrar al balance energético nacional la
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contribución de las fuentes de energía nuevas y renovables, incluido la
biomasa.
• Mejorar los procesos de transferencia, adaptación y creación de tecnología en
el sector energético, procurando en lo posible diseñar soluciones basadas en
esfuerzos propios de investigación y generación de tecnologías.
Se considera importante la necesidad de que exista una entidad del Estado que se
preocupe de dar cumplimiento a los objetivos propuestos, esta institución debería
dictar normas y procedimientos que estén dirigidos a crear incentivos tendientes a
promover el uso de la biomasa forestal con fines de generación eléctrica y de esta
forma reducir la presión sobre los derivados del petróleo y aumentar la eficiencia
del sistema energético en general.
Perspectivas de la biomasa para generación de electricidad en Ecuador.-
Deben tomarse en cuenta las realidades, problemas y nivel de desarrollo regional
y global del país, así como la estructura del subsector eléctrico.
Requerimientos básicos
• Debe completarse el diagnóstico de fuentes de biomasa utilizable.
• Debe completarse el estudio económico de la generación eléctrica en
Ecuador.
• Debe completarse el diagnóstico de requerimiento industrial de energía por
tipo de industria, nivel de demanda, distribución horario de requerimiento,
estacionalidad, demanda máxima, demanda base, entre otros.
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ENERGIA SOLAR
La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor
emitidos por el Sol.
La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor
que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos
ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente
del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde. Si
bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo
contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones
atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas
condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la
superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de
ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin
reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda
celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en
la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La
radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que
no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.
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La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la
atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354
W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un
valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).
Según informes de Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar
electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.
OBTENCION
La Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entrante (insolación) desde la
capa más alta de la atmósfera. Aproximadamente el 30% es reflejada de vuelta al
espacio mientras que el resto es absorbida por las nubes, los océanos y las masas
terrestres. El espectro electromagnético de la luz solar en la superficie terrestre
está ocupado principalmente por luz visible y rangos de infrarrojos con una
pequeña parte de radiación ultravioleta. La radiación absorbida por los océanos,
las nubes y las masas de tierra incrementan la temperatura de éstas. El aire
calentado contiene agua evaporada que asciende de los océanos, y también en
parte de los continentes, causando circulación atmosférica o convección. Cuando
el aire asciende a las capas altas, donde la temperatura es baja, va disminuyendo
su temperatura hasta que el vapor de agua se condensa formando nubes. El calor
latente de la condensación del agua amplifica la convección, produciendo
fenómenos como el viento, borrascas y anticiclones. La energía solar absorbida
por los océanos y masas terrestres mantiene la superficie a 14 °C. Para la
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fotosíntesis de las plantas verdes la energía solar se convierte en energía química,
que produce alimento, madera y biomasa, de la cual derivan también los
combustibles fósiles.
Flujo Solar Anual y Consumo de energía humano
Solar 3,850,000 EJ[]
Energía eólica 2,250 EJ[]
Biomasa 3,000 EJ[]
Uso energía primario (2005) 487 EJ[]
Electricidad (2005) 56.7 EJ[]
Se estima que la energía total que absorben la atmósfera, los océanos y los
continentes puede ser de 3.850.000 exajulios por año. En 2002, esta energía en un
segundo equivalía al consumo global mundial de energía durante un año. La
fotosíntesis captura aproximadamente 3.000 EJ por año en biomasa, lo que
representa solo el 0,08% de la energía recibida por la Tierra. La cantidad de
energía solar recibida anual es tan vasta que equivale aproximadamente al doble
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de toda la energía producida jamás por otras fuentes de energía no renovable
como son el petróleo, el carbón, el uranio y el gas natural.
ENERGIA TERMICA.
Los Sistemas fototérmicos convierten la radiación solar en calor y lo transfieren a
un fluido de trabajo. El calor se usa entonces para calentar edificios, agua, mover
turbinas para generar electricidad, secar granos o destruir desechos peligrosos.
Los Colectores Térmicos Solares se dividen en tres categorías:
• Colectores de baja temperatura. Proveen calor útil a temperaturas menores
de 65º C mediante absorbedores metálicos o no metálicos para
aplicaciones tales como calentamiento de piscinas, calentamiento
doméstico de agua para baño y, en general, para todas aquellas actividades
industriales en las que el calor de proceso no es mayor a 60º C, por
ejemplo la pasteurización, el lavado textil, etc.
• Colectores de temperatura media. Son los dispositivos que concentran la
radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente
entre los 100 y 300º C. En esta categoría se tienen a los concentradores
estacionarios y a los canales parabólicos, todos ellos efectúan la
concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor
tamaño. Tienen el inconveniente de trabajar solamente con la componente
directa de la radiación solar por lo que su utilización queda restringida a
zonas de alta insolación.
• Colectores de alta temperatura. Existen en tres tipos diferentes: los
colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y
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los sistemas de torre central. Operan a temperaturas mayores a los 500º C
y se usan para generar electricidad y transmitirla a la red eléctrica; en
algunos países estos sistemas son operados por productores independientes
y se instalan en regiones donde las posibilidades de días nublados son
remotas.
ENERGIA FOTOVOLTAICA.
Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica (aislada) de silicio
policristalina oscilan alrededor del 10%. Para células de silicio monocristalino, los
valores oscilan en el 15%. Los más altos se consiguen con los colectores solares
térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar un 70% de rendimiento en la
transferencia de energía solar a térmica).
También la energía solar termoeléctrica de baja temperatura, con el sistema de
nuevo desarrollo, ronda el 50% en sus primeras versiones. Tiene la ventaja que
puede funcionar 24 horas al día a base de agua caliente almacenada durante las
horas de sol.
Los paneles solares fotovoltaicos tienen, como hemos visto, un rendimiento en
torno al 15 % y no producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay líneas
de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y
térmica simultáneamente. Sin embargo, son muy apropiados para instalaciones
sencillas en azoteas y de autoabastecimiento -proyectos de electrificación rural en
zonas que no cuentan con red eléctrica-, aunque su precio es todavía alto. Para
incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la paridad -igualar el
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precio de obtención de la energía al de otras fuentes más económicas en la
actualidad-, existen primas a la producción, que garantizan un precio fijo de
compra por parte de la red eléctrica. En el caso de Alemania, Italia o España.
También se estudia obtener energía de la fotosíntesis de algas y plantas, con un
rendimiento del 3%.
Según un estudio publicado en 2007 por el World Energy Council, para el año
2100 el 70% de la energía consumida será de origen solar.14 Según informes de
Greenpeace, la fotovoltaica podrá suministrar electricidad a dos tercios de la
población mundial en 2030.
TECNOLOGIA Y USOS DE LA ENERGIA SOLAR.
Clasificación por tecnologías y su correspondiente uso más general:
• Energía solar activa: para uso de baja temperatura ( entre 35 °C y 60 °C,se
utiliza en casas ),de media temperatura, alcanza los 300 °C,y de alta
temperatura, llega a alcanzar los 2000 °C.Esta última,se consigue al incidir
los rayos solares en espejos, que van dirigidos a un reflector, que lleva a
los rayos a un punto concreto. También puede ser por Centrales de Torre y
por Espejos Parabólicos.
• Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de
mecanismos o sistemas mecánicos.
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• Energía solar térmica: Es usada para producir agua caliente de baja
temperatura para uso sanitario y calefacción.
• Energía solar fotovoltaica: Es usada para producir electricidad mediante
placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.
• Energía solar termoeléctrica: Es usada para producir electricidad con un
ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta
temperatura (aceite térmico)
• Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra energía.
Según la energía con la que se combine es una hibridación:
Renovable: biomasa, energía eólica.15
No renovable: Combustible fósil.
Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por
una chimenea donde están los generadores.
Otros usos de la energía solar y ejemplos más prácticos de sus aplicaciones:
Huerta solar
Central térmica solar, como: la que está en funcionamiento desde el año 2007
en Sanlúcar la Mayor (Sevilla), de 11 MW de potencia que entregará un total
de 24 GWh al año y la de Llanos de Calahorra, cerca de Guadix, de 50 MW
de potencia. En proyecto Andasol I y II.
Potabilización de agua
Cocina solar
Destilación.
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Evaporación.
Fotosíntesis.
Secado.
Arquitectura sostenible.
Cubierta Solar.
Acondicionamiento y ahorro de energía en edificaciones.
Calentamiento de agua.
Calefacción doméstica.
Iluminación.
Refrigeración.
Aire acondicionado.
Energía para pequeños electrodomésticos azules
ENERGIA SOLAR EN EL ECUADOR
Tres investigadores, un ecuatoriano y dos españoles, quieren implementar un
sistema fotovoltaico para aprovechar la energía solar en el cantón Cayambe.
Los estudios de este proyecto empezaron desde hace más de dos años. Eligieron
Cayambe, porque es una zona con características ideales de luminosidad.
El ecuatoriano Wilson Serrano, promotor del proyecto, explica que la tecnología,
si el Gobierno decide adoptarla, dotará de energía fotovoltaica de 3 000 kilovatios.
Esto significa doblar la producción de electricidad de origen renovable que se
produjo en el año 2008.
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“Se podrían alcanzar los 5 280 MW/año y de esta manera aportar a la tan
necesaria energía para el desarrollo de las zonas cercanas”. Los investigadores
plantean la construcción de una planta de generación de energía eléctrica
fotovoltaica de 3MW de potencia instalada, para el suministro de electricidad.
La energía solar es captada por los paneles fotovoltaicos, dispuestos sobre un
terreno.
Esta energía es después transformada por medio de una batería especial en energía
eléctrica de baja tensión.
Una vez cumplido este proceso, un conjunto de transformadores en un anillo de
transformadores eleva y adecúa a las condiciones de transmisión de la línea
eléctrica de la red, para suministrarla a una población. Serrano, quien está
radicado en España, ha visitado Cayambe en varias ocasiones para difundir las
ventajas de emplear energía solar. Los paneles fotovoltaicos van instalados en
unas estructuras metálicas que hacen de soporte.
En el caso del Ecuador son estructuras fijas, puesto que los rayos solares son más
perpendiculares que en otras latitudes donde se requiere que las estructuras sean
móviles para seguir el movimiento diario del sol. El hecho que en el Ecuador sean
fijas abarata los costos.
Los investigadores advierten que la cantidad de paneles requeridos para que el
sistema pueda operar depende de la potencia que se quiera instalar.
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En el caso de Cayambe, la propuesta es de tres megavatios. Para ello se requiere
un promedio de 16 000 a 18 000 paneles.
Diego Bonifaz, alcalde de Cayambe, explica que este cantón consume siete
megavatios y lo que ofrece esta empresa es cerca de la mitad. “El sistema es
interesante. Esta planta fotovoltaica puede funcionar durante el día y en la noche,
Emelnorte, distribuidora de la zona, puede abastecer”. Bonifaz, quien estudió
ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, considera
que el Gobierno debería poner en marcha este proyecto, porque “es energía
limpia. Si el Gobierno firmó un convenio para el uso de energía con sistemas
fotovoltaicos con Corea, debería analizar también este proyecto”. Los paneles se
componen de celdas fotovoltaicas cuyo componente principal es el silicio.
Estos sistemas están instalados en España, Alemania, Japón, EE.UU. y otros
países, líderes en este tipo de instalaciones.
La empresa Japan International Cooperation System (JICS) instalará en la isla
Baltra, del archipiélago ecuatoriano de Galápagos, una central fotovoltaica y un
sistema de almacenamiento de energía, con fondos de un préstamo no
reembolsable de unos 10 millones de dólares que Tokio hará a Ecuador.
Así lo suscribieron el ministro de Electricidad ecuatoriano, Miguel Calahorrano,
el embajador de Japón en Quito, Osamu Imai, y representantes de la empresa
asiática, en un convenio que contempla que la central solar esté lista en febrero de
2013. Calahorrano explicó que la energía de la instalación construida con la ayuda
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de Japón se sumará a la generada por un parque eólico que adelanta el Gobierno y
que se prevé que produzca un estimado de 2,25 megavatios.
El funcionario precisó que la central fotovoltaica se situará en las cercanías del
aeropuerto de la isla Baltra, a donde llegan los vuelos comerciales desde el
continente, a unos 1.000 kilómetros de distancia.
Adelantó que la central podría generar entre 200 y 500 kilovatios de energía que,
junto a la generada por el parque eólico, sustituirá a la que actualmente depende
de los generadores termoeléctricos que consumen diesel, lo que también podría
permitir a Ecuador introducirla en el mercado de bonos de carbono.
Por su parte, el embajador de Japón explicó que el préstamo no reembolsable a
Ecuador forma parte del compromiso de su país de "cooperar en reducir el
consumo de energías fósiles de reducir la emisión de CO2" a la atmósfera.
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CONCLUSIONES
Se puede afirmar que nuestro planeta dispone de recursos energéticos
suficientes para continuar haciendo frente a su consumo actual, aunque los
gobiernos deberán tomar medidas para poder conseguir una mayor
eficiencia, una mayor innovación tecnológica y un mayor desarrollo de las
energías renovables.
A pesar de todo lo expuesto la contaminación continúa y se incrementa, ya
no debido a los fabricantes sino del desconocimiento de los usuarios en la
incorporación de nuevas tecnologías que se hace evidente a la hora de
mantener la unidad en buenas condiciones de uso, factor indispensable
para disminuir la contaminación.
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RECOMENTACIONES
Es recomendable que exista mayor información sobre los referentes
recursos energéticos, especialmente aquellos que son renovables y que
ayudan a conservar el medio ambiente.
Sería recomendable que las Instituciones Educativas y Autoridades del
Cantón, concienticemos y creemos una cultura de ahorro de energía y de
recuperación ambiental, para poder dar un mejor uso a las diferentes
fuentes de energía que disponemos actualmente.
Se recomienda realizar más investigaciones sobre estos temas y que
además lo aquí expuesto se pueda poner en práctica para crear la cultura de
el uso de energías menos contaminantes y abrir la puerta a nuevos tipos de
energía mas limpias que las que tradicionalmente se han usado.
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Tengamos en cuenta que el Petróleo la principal fuente de ingresos
económicos del país, tiene apenas unas décadas más de reserva,
deberíamos urgentemente evaluar posibilidades de energías alternas que
nuestro medio lo permiten como son la Energía Eólica y Solar.
BIBLIOGRAFIA
INTERNET
http://es.wikipedia.org (WIKIPEDIA, la enciclopedia libre).
http://www.monografias.com (Investigaciones, Tesis, Monografías, etc.)
http://www.aven.es (Agencia Valenciana de la Energía).
http://www.aga.com.ec (Linde Gas del Ecuador)
PUBLICACIONES.
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marzo de 2011
Experiencias y Nuevas Opciones para el Desarrollo de la Energía
Geotérmica en el Ecuador, por Ing. Eduardo Aguilera Ortiz.
Energía Eólica en Ecuador, por Proyecto Tech4CDM.
GLOSARIO
Anaerobias
Los organismos anaerobios o anaeróbicos son los que no utilizan oxígeno (O2) en
su metabolismo, más exactamente que el aceptor final de electrones es otra
sustancia diferente del oxígeno. Si el aceptor de electrones es una molécula
orgánica (piruvato, acetaldehido, etc.) se trata de metabolismo fermentativo; si el
aceptor final es una molécula inorgánica distinta del oxígeno (sulfato, carbonato,
etc.) se trata de respiración anaeróbica.
El concepto se opone al de organismo aerobio, en cuyo metabolismo se usa el
oxigeno como aceptor final de electrones.
Antracita
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La antracita es el carbón mineral de más alto rango y el que presenta mayor
contenido en carbono, hasta un 95%. Es negro, brillante y muy duro, con
iridaciones y sonoro por percusión. Su densidad varía entre 1,2 y 1,8 g/cm3.
Debido a su bajo contenido en materia volátil, la antracita presenta una ignición
dificultosa. Arde dando una corta llama azul y sin apenas humos. Su poder
calorífico varía entre 23 y 69 MJ/kg, ligeramente inferior al de los carbones
bituminosos.
Procede de la transformación de la hulla y se formó hace unos 250 millones de
años, durante los períodos Carbonífero y Pérmico, en la era Primaria. Es por tanto
el carbón más antiguo y casi siempre está metamorfizado.
Los principales yacimientos de antracita se encuentran en China y Rusia.
Bituminoso
El carbón bituminoso es un carbón relativamente duro que contiene betún, de
mejor calidad que el lignito pero peor que la antracita. Suele ser de color negro, a
veces marrón oscuro, presentando a menudo una bandas bien definidas de
material brillante y mate. Las vetas de carbón bituminoso se identifican
estratográficamente por la distintiva secuencia de bandas brillantes y oscuras.
Es una roca sedimentaria orgánica formada por la compresión diagenética y
submetamórfica de material turboso, de forma que sus componentes principales
son macerales: vitrinita, exinita, etcétera. El carbón bituminoso contiene entre un
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60 y un 80% de carbono, siendo el resto agua, aire, hidrógeno y azufre que no ha
sido repelido de los macerales.
El contenido calorífico del carbón bituminoso oscila entre los 21 a 30 millones
Btu/t (24 a 35 MJ/kg).
Coque
El coque es un combustible obtenido de la destilación de la hulla calentada a
temperaturas muy altas en hornos cerrados y a la cual añaden calcita para mejorar
su combustión, que la aíslan del aire, y que sólo contiene una pequeña fracción de
las materias volátiles que forman parte de la misma. Es producto de la
descomposición térmica de carbones bituminosos en ausencia de aire. Cuando la
hulla se calienta desprende gases que son muy útiles industrialmente; el sólido
resultante es el carbón de coque, que es liviano y poroso.
Diagénesis
La diagénesis es el proceso de formación de una roca a partir de sedimentos
sueltos que sufren un proceso de compactación.
La mayor parte de las veces la consolidación de los sedimentos se debe a la
infiltración de las aguas que contienen materias disueltas. La diagénesis convierte
así la arena en arenisca, a los lodos calcáreos en caliza, a las cenizas volcánicas en
cinerita, etc. Las reacciones y otros fenómenos de oxidorreducción,
deshidratación, recristalización, cementación, litificación, mineralización y
sustitución de un mineral preexistente por otro constituyen en su conjunto la
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autogénesis y los minerales resultantes de ésta son calificados de autogénicos. El
principio u origen de las rocas sedimentarias es la diagénesis producto de presión
y temperatura bajas.
Diapiros
Son estructuras geológicas intrusivas, formadas por masas de evaporitas (sales,
anhidrita y yeso) que, procedentes de niveles estratigráficos muy plásticos(sobre
todo del Keuper) sometidos a gran presión, ascienden por las capas sedimentarias
de la corteza terrestre, atravesándolas y deformándolas, en un lento proceso
medible en millones de años que se conoce como diapirismo. Adquieren forma de
cilindro, seta o gota y suelen ser de gran tamaño (de cientos de metros a 3 km de
diámetro en sección horizontal). Un símil muy didáctico de diapirismo se puede
ver en las denominadas lámparas de lava usadas en decoración. Los movimientos
por flujo plástico de las rocas salinas se denominan halocinéticos.
Gasificación
La gasificación es un proceso termoquímico en el que un sustrato carbonoso
(carbón, biomasa, plástico) es transformado en un gas combustible mediante una
serie de reacciones que ocurren en presencia de un agente gasificante (aire,
oxígeno, vapor de agua o hidrógeno).
Planta de gasificación de carbón, en Tampa, para obtener hidrógeno. La
composición del gas es muy dependiente de las condiciones en las que se realiza
la gasificación pero suelen ser ricos en monóxido de carbono y/o hidrógeno, con
contenidos menores de dióxido de carbono, metano y otros hidrocarburos. El
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sustrato carbonoso de origen y el agente gasificante son los parámetros que
determinan el mayor o menor contenido en energía (poder calorífico) del gas.
Grafito
El grafito es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el
carbono junto al diamante , los fulerenos y los nanotubos. A presión atmosférica y
temperatura ambiente es más estable el grafito que el diamante, sin embargo la
descomposición del diamante es tan extremadamente lenta que sólo es apreciable
a escala geológica. Fue nombrado por Abraham Gottlob Werner en el año 1789 y
el término grafito deriva del griego γραφειν (graphein) que significa escribir.
También se denomina plumbagina y plomo negro.
Heterogénea
Un sistema heterogéneo en química es aquel que está formado por dos o más
fases. Es identificado por razones muy simples: se pueden apreciar las distintas
partes que componen el sistema, y a su vez se divide en interfaces.
El granito es un ejemplo de sistema heterogéneo, al estar constituido por unos
gránulos duros y semitransparentes, el cuarzo, unas partes más blandas y con un
ligero tono rojizo, el feldespato, y unas manchas oscuras y brillantes que se
exfolian con mucha facilidad.
Algunos métodos de separación: filtración, densidad diferente, solubilidad
diferente.
Hidrocarburos
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Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por "átomos
de carbono e hidrógeno". La estructura molecular consiste en un armazón de
átomos de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos
son los compuestos básicos de la Química Orgánica. Las cadenas de átomos de
carbono pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o cerradas
Isótopo
Se denominan isótopos a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen
cantidad diferente neutrones, y por tanto, difieren en masa. La mayoría de los
elementos químicos poseen más de un isótopo. Solamente 21 elementos
(ejemplos: berilio, sodio) poseen un solo isótopo natural; en contraste, el estaño es
el elemento con más isótopos estables.
Lacustres
Perteneciente o relativo a los lagos. Que habita, está o se realiza en un lago o en
sus orillas. Semejante a un lago.
Mercaptanos
Compuesto químico de olor pútrido muy desagradable que se produce en vino con
alto contenido en sulfuroso al reaccionar éste con el alcohol etílico.
Naftenos
Es un hidrocarburo caracterizado por los átomos de carbono saturado en una
estructura de anillo y que tiene la fórmula general CnH2n; también se denomina
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cicloparafina o cicloalcano. Los aceites lubricantes nafténicos tienen bajos puntos
de fluidez, debido a su muy bajo contenido de cera, y disponen de buenas
propiedades de solvencia.
Pirólisis
La pirólisis es la descomposición química de materia orgánica y todo tipo de
materiales excepto metales y vidrios causada por el calentamiento en ausencia de
dioxígeno. En este caso, no produce ni dioxinas ni furanos. En la actualidad hay
una tecnología muy eficiente en Inglaterra que puede tratar todo tipo de residuos.
La pirólisis extrema, que sólo deja carbono como residuo, se llama carbonización.
La pirólisis es un caso especial de termólisis.
Un ejemplo de pirólisis es la destrucción de neumáticos usados. En este contexto,
la pirólisis es la degradación del caucho de la rueda mediante el calor en ausencia
de oxígeno.
Siderúrgico
Se denomina siderurgia a la técnica del tratamiento del mineral de hierro para
obtener diferentes tipos de éste o de sus aleaciones. El proceso de transformación
del mineral de hierro comienza desde su extracción en las minas. El hierro se
encuentra presente en la naturaleza en forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos,
silicatos y sulfuros. Los más utilizados por la siderurgia son los óxidos, hidróxidos
y carbonatos
Transmutación
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La transmutación es un término relacionado con la alquimia, física y química que
consiste en la conversión de un elemento químico en otro.
Desde los tiempos de la Alquimia se creía que esto era posible a base de
reacciones químicas. Sobre todo desde que se conocía que la densidad del oro y el
plomo eran muy semejantes.
Turba
La turba es un material orgánico compacto, de color pardo oscuro y rico en
carbono. Está formado por una masa esponjosa y ligera en la que aún se aprecian
los componentes vegetales que la originaron. Tiene propiedades físicas y químicas
variables en función de su origen. Se emplea como combustible y en la obtención
de abonos orgánicos.
Yacimiento
Yacimiento, en geología, es una formación en la que está presente una
concentración estadísticamente anómala de minerales (depósitos minerales)
presentes en la corteza terrestre o litosfera.
Un yacimiento minero es aquel yacimiento en el cual la calidad y cantidad de los
minerales presentes justifica un mayor estudio, el cual tiene por objetivo definir en
cantidad, calidad, profundidad y dimensión el yacimiento con el fin de desarrollar
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las actividades mineras para que la explotación del yacimiento sea
económicamente rentable con las tecnologías actuales.
Greenpeace
Greenpeace (del inglés green: verde, y peace: paz), es una organización
ambientalista no gubernamental. Fundada en el año de 1971 en Vancouver,
Canadá, en protesta ante la práctica nuclear estadounidense en el archipiélago de
Amchitka (Alaska). Greenpeace realiza acciones directas no violentas y de
investigación para lograr sus objetivos.
INDICE
1. Recursos Energéticos…………………………………………………...……..1
1.1. Definiciones Básicas………………………………………………...…....1
2. Fuentes de Energía no Renovables………………………………………..…..2
2.1. El Petróleo……………………………………………………………...…3
2.1.1. Composición…………………………………………………...….4
2.1.2. Teorías sobre el Origen…………………………………………....5
2.1.3. Clasificación clases de Petróleos………………………………….6
2.1.4. Proceso de Extracción…………………………………………….8
2.1.5. Proceso de Refinación………………….………………………....9
2.1.6. Actividad Petrolera en el Ecuador…….………………………....10
2.2. El Carbón…………………………………….……………………….…14
2.2.1. Formación del Carbón………….…….……………………….…15
2.2.2. Tipos de Carbón……………….…….…………………..……….16
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2.2.3. Producción y Reservas……………….…………………..………17
2.2.4. Aplicaciones………………………….………………….………20
2.2.5. El Carbón en el Ecuador……………..………………….……….22
2.3. Gas Natural………………………………...……………………………23
2.3.1. Origen……………………………………………………...…….24
2.3.2. Generación de CO2………………………………………...……25
2.3.3. Generación de Energía………………………………………..…26
2.3.4. Impacto Ambiental……………………………..………………..27
2.3.5. El Gas Natural en el Ecuador……………………..……………..27
2.4. Energía Nuclear…………………………………………..……………..29
2.4.1. Fundamentos Físicos………………………………..…………...31
2.4.2. Tecnología Nuclear…………………………………...………….39
2.4.3. Tratamiento de Residuos Nucleares…………………..…………42
2.4.4. Regulación Nuclear……………………………………..……….45
2.4.5. Controversias……………………………………………...……..47
2.4.6. La Energía Nuclear en el Ecuador…………………………...…..47
3. Fuentes de Energía Renovables…………………..………………………….52
3.1. Energía Geotérmica…………………………..…………………………52
3.1.1. Tipos de Fuentes Geotérmicas………..…………………………53
3.1.2. Tipos de Yacimientos…………………...……………………….54
3.1.3. Ventajas e Inconvenientes………………...……………………..55
3.1.4. Usos………………………………………..………………….…56
3.1.5. La Energía Geotérmica en el Ecuador……...……………………58
3.2. Energía Eólica………………………………………...…………………61
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3.2.1. Como se Obtiene………………………………...………………62
3.2.2. Historia…………………………………………..………………64
3.2.3. Utilización…………………………………………………….…65
3.2.4. Costo y Producción…………….………………………………...66
3.2.5. Ventajas e Inconvenientes………………………...……………..70
3.2.6. La Energía Eólica en el Ecuador…………………..…………….74
3.3. Energía Hidráulica…………………………...………………………….77
3.3.1. Obtención……………………………...…………………………77
3.3.2. Ventajas e Inconvenientes……………...………………..………78
3.3.3. Problemas Ambientales…………………...……………………..80
3.3.4. Central Hidroeléctrica……………………………………………82
3.3.5. Energía Hidráulica en el Ecuador…………...…………………...85
3.4. Energía de Biomasa…………………………………..…………………87
3.4.1. Origen de la Energía de Biomasa………………..……………….87
3.4.2. Tipos de Biomasa………………………………..……………….88
3.4.2.1. Residuos……………………………………..………………88
3.4.2.2. Cultivos………………………………………...…………….89
3.4.2.3. Biocarburantes…………………………………...…………..90
3.4.3. Procesos de Transformación……………………………………..90
3.4.4. Proceso de Transformación Biomasa Seca………………………91
3.4.5. Proceso de Transformación Biomasa Húmeda………….……….91
3.4.6. Energía de Biomasa en el Ecuador………………………...…….92
3.5. Energía Solar……………………………………….………………...….98
3.5.1. Obtención……………………………………...…………………99
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3.5.2. Energía Térmica………………………………..………………101
3.5.3. Energía Fotovoltaica……………………………...…………….102
3.5.4. Tecnología y Usos de la Energía Solar……………...………….103
3.5.5. Energía Solar en el Ecuador…………………………..………..105
4. Conclusiones………………………………………………..………………109
5. Recomendaciones…………...………………………………...…………….110
6. Bibliografía………………………………………………......……………..111
7. Glosario…………………………………………………………………..…112
8. Índice………………………………………………………………………..120
9. Anexos……………………………………………………………………...123
ANEXOS
EL PETROLEO
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Construcción de una plataforma petrolífera en el mar del Norte.
Refinería de Pemex en la ciudad mexicana de Minatitlán, Veracruz.
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Petróleo.
Países Productores
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Tipos de Yacimientos de Petróleo
Diagrama de una Torre de Destilación
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EL CARBON
Muestra de Carbón.
Reparto de la producción por países en 2007.
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Mina de carbón a cielo abierto en Garzweiler, Alemania.
GAS NATURAL
Producción de gas natural según país
Llave de paso de un suministro de gas natural
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Esta es una lista de países con reservas probadas de gas natural basado en The
World Factbook.[]
Puesto País/Región Reservas probadas de gas natural
(m³)
— Mundo 180.650.000.000.000
1 Rusia 43.300.000.000.000
2 Irán 30.037.500.000.000
3 Qatar 25.260.000.000.000
4 Turkmenistán 7.940.000.000.000
5 Arabia Saudita 7.319.000.000.000
6 Estados Unidos 6.731.000.000.000
7 Emiratos Árabes
Unidos
6.071.000.000.000
8 Nigeria 5.215.000.000.000
9 Venezuela 4.840.000.000.000
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Esta es una lista de países con reservas probadas de gas natural al 2009
ENERGIA NUCLEAR
Núcleo de un reactor nuclear de fisión de investigación TRIGA. Puede apreciarse
la radiación Cherenkov, en azul.
Central nuclear de Ikata, con tres reactores de agua a presión (PWR). La
refrigeración se realiza mediante un intercambio de agua con el océano
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Planta de energía nuclear Susquehanna, con dos reactores de agua en ebullición
(BWR). La refrigeración se realiza en circuito cerrado mediante dos torres de
refrigeración que emiten vapor de agua.
Central nuclear de Lemóniz (España) cuya puesta en marcha fue abandonada por
la actividad terrorista de ETA.
Cápsula de combustible preparada para el reactor de fusión de confinamiento
inercial NIF, rellena de deuterio y tritio.
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Representación del periodo de semidesintegración de los núcleos conocidos. En el
eje de abscisas se representa el número de protones (Z) mientras que en el eje de
ordenadas el número de neutrones (N). Los isótopos marcados en rojo son
aquellos que pueden considerarse estables.
Distribución típica de las masas de los productos de fisión. La gráfica representa
el caso del uranio 235
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Esquema del fenómeno de la fisión del 235U. Un neutrón de baja velocidad
(térmico) impacta en un núcleo de uranio desestabilizándolo. Este se divide en dos
partes y además emite una media de 2.5 neutrones por fisión.
Proceso de fusión entre un núcleo de deuterio y uno de tritio. Es la opción más
adecuada para ser llevada a cabo en un reactor nuclear de fusión.
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Masa Crítica del elemento físil empleado en la bomba de fisión.
Diseño básico Teller-Ullam Bomba de Fusión
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USS Enterprise (CVN-65) junto con otros buques de apoyo de propulsión nuclear
(un crucero y un destructor) en el Mediterráneo. La tripulación forma en su
cubierta la famosa fórmula de Einstein E=mc² sobre la equivalencia masa-energía.
Evolución de las centrales nucleares de fisión en el mundo. Arriba: potencia
instalada (azul) y potencia generada (rojo). Abajo: número de reactores
construidos y en construcción (azul y gris respectivamente.
Tipos de reactores nucleares de fisión comerciales (neutrones térmicos)
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Combustible Moderador Refrigerante
Uranio natural
Grafito
Aire
CO2
H2O (agua ligera)
D2O (agua pesada)
D2O (agua pesada)
Compuestos orgánicos
H2O (agua ligera)
D2O (agua pesada)
Gas
Uranio enriquecido Grafito Aire
CO2
H2O (agua ligera)
D2O (agua pesada)
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Sodio
D2O (agua pesada)
Compuestos orgánicos
H2O (agua ligera)
D2O (agua pesada)
Gas
H2O (agua ligera) H2O (agua ligera)
Vitrificación de los residuos nucleares tras su reprocesado.
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Diagrama mostrando varios sistemas de almacenamiento de residuos de alta
actividad en el almacenamiento de Yucca Mountain.
Junta de Gobernadores del OIEA.
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ENERGIA GEOTERMICA
Planta de energía geotérmica en las Filipinas
Esquema de las fuentes de energía geotérmicas.
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Planta geotérmica de Nesjavellir en Islandia. Esta central energética da servicio a
las necesidades de agua caliente del área metropolitana del Gran Reykjavík.
ENERGIA EOLICA
Parque eólico. Hamburgo, Alemania.
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Parque eólico de Sierra de los Caracoles, Uruguay.
Capacidad eólica mundial total instalada 2001-2010 [MW]. Fuente: WWEA e.V.
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ENERGIA HIDRAULICA
Presa de las Tres Gargantas (en el curso del río Yangtsé en China), la planta
hidroeléctrica más grande del mundo. Generará una potencia de 22.5 GW, pero
habrá afectado a más de 1.900.000 personas e inundado 630 km².
Central hidroeléctrica.
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Corte transversal de una represa hidroeléctrica.
Casa de Máquinas Central Hidroeléctrica del Guavio, Colombia.
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Turbina hidráulica y generador eléctrico
ENERGIA DE LA BIOMASA
Motor Stirling, capaz de producir electricidad a partir del calor producido en la
combustión de la biomasa.
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Caldera de combustión de biomasa en una central térmica de 2 MW en Lübeck,
Alemania.
Briquetas obtenidas a partir de residuos de madera de haya, preparadas para
combustión en calderas y chimeneas.
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Autobús que emplea biocarburante obtenido de la soja.
ENERGIA SOLAR
Panel Solar
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Concentradores parabólicos que recogen la energía solar en Almería, España.
Aproximadamente la mitad de la energía proveniente del Sol alcanza la superficie
terrestre.
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La instalación de centrales de energía solar en la zonas marcadas en el mapa
podría proveer algo más que la energía actualmente consumida en el mundo
(asumiendo una eficiencia de conversión energética del 8%), incluyendo la
proveniente de calor, energía eléctrica, combustibles fósiles, etcétera. Los colores
indican la radiación solar promedio entre 1991 y 1993 (tres años, calculada sobre
la base de 24 horas por día y considerando la nubosidad observada mediante
satélites).
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