Proyecto de La Energia
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ÍNDICE
Introducción 3LA ENERGÍA 4La Energía Como Recurso Natural 4Formas de Generación de Energía Eléctrica 4LA ENERGÍA EÓLICA 7Breve Historia de la Energía Eólica 7Evolución Histórica de la Energía Eólica 8Cronología de los Pioneros de la Energía Eólica 9Usos de la Energía Eólica 12Parques Eólicos: Energía Renovable y Rentable 13La Primera Entre las Renovables 14Tecnologías de la Energía Eólica 14El Aerogenerador 14Los Molinos 16Aerogeneradores 19Energía Eólica en Venezuela 20Curiosidades 22Futuro de la Energía Eólica 23ENERGIA NUCLEAR 25Energía Nuclear. Conceptos Básicos 25Diferencia entre fisión y fusión. 26De masa a energía.- 29Historia de la Energía Nuclear 29Sus Comienzos. Principales Investigadores 31Importancia en la Segunda Guerra Mundial 32Central Nuclear 33Ventajas de la Energía Nuclear 34Inconvenientes de la Energía Nuclear 35Uso de la Energía Nuclear 36La Energía Nuclear en Venezuela 37Conclusión 41Bibliografía 44Anexos 45
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INTRODUCCIÓN
Las futuras perspectivas del sector energético apuntan a un crecimiento constante
de la demanda mundial de energía, impulsado por el crecimiento demográfico mundial y
el rápido incremento del consumo de energía en las economías en desarrollo.
Paralelamente se observa una mayor sensibilización con respecto al impacto ambiental
de la energía, como la repercusión que tiene el consumo de combustibles fósiles sobre el
cambio climático. En consecuencia, se hace cada vez más necesario encontrar nuevas
energías no contaminantes y sostenibles. Ya existen energías renovables como la energía
Eólica, con características muy positivas pero presentan problemas de disponibilidad,
localización e integración en la red. Otra de las opciones es la fisión nuclear, pese a que
existe preocupación por su seguridad y por los problemas que puede ocasionar a largo
plazo la eliminación de los residuos que genera. Es así como se desarrollara esta dualidad
de energías a fin de comprender la complejidad, su uso, sus características así como sus
ventajas y desventajas en este mundo ya tan contaminado
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Son fuentes de energía no renovables aquellasque se encuentran de forma fija en el planeta, agotándose al consumirlas; por ejemplo el carbón.
LA ENERGÍA
El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la
idea de una capacidad para obrar, transformar, poner en movimiento.
En física, energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.
En tecnología y economía, energía se refiere a un recurso natural y la tecnología
asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo.
La Energía Como Recurso Natural
En tecnología y economía, una fuente de energía es un recurso natural, así como
la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial y económico del mismo.
La energía en sí misma nunca es un bien para el consumo final sino un bien intermedio
para satisfacer otras necesidades en la producción de bienes y servicios.
De Donde se Obtiene la Energía
Se denomina fuente de energía a todo aquello capaz de producir energía. Las fuentes de
energía se clasifican en renovables y no renovables.
Formas de Generación de Energía Eléctrica
Fuentes de energía renovables:
Energía eólica
Energía geotérmica
Energía hidráulica
Energía mareomotriz
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Son fuentes de energía renovables aquellas
Que llegan de forma continua a la Tierra y
por lo tanto son inagotables; por ejemplo la
energía solar.
Energía solar
Biomasa
Gradiente térmico oceánico
Energía azul
Fuentes de energía no renovable:
Energía nuclear
Carbón
Gas natural
Petróleo
Explotación de la energía
La explotación de la energía abarca una serie de procesos, que varían según la fuente
empleada:
Extracción de la materia prima (Uranio, Carbón. Petróleo…)
Procesamiento de la materia prima (enriquecimiento de uranio, refino del
petróleo…)
Transporte, almacenamiento y distribución de la materia prima, hasta el punto de
utilización.
Transformación de la energía (por combustión, fisión…)
Para la electricidad, además:
Generación de electricidad, por lo general mediante turbinas
Almacenamiento y/o distribución de la energía
Consumo
Por último
Gestión de los residuos
Economía energética
La disponibilidad de la energía es un factor fundamental para el desarrollo y el
crecimiento económico. La aparición de una crisis energética desemboca
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irremediablemente en una crisis económica. La utilización eficaz de la energía, así como
el uso responsable, son esenciales para la sostenibilidad.
En la actual situación mundial, son varias las voces que abogan por reducir el
consumo energético y de recursos naturales.
A continuación se desarrollara dos formas de energías como lo son:
La Energía Eólica y
La Energía Nuclear
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LA ENERGÍA EÓLICA
La energía eólica es una transformación de la energía solar. El Sol radia por hora
una energía de 174.423.000.000.000 KWh a la Tierra. Esta energía no llega a la Tierra de
una manera uniforme, sino que calienta las zonas próximas al Ecuador más que las zonas
polares. Además de esto, los continentes se calientan y enfrían más rápido que los
océanos.
En la atmósfera el aire caliente es mucho más ligero que el aire frío, por lo que se
eleva hasta una altura de aproximadamente 10Km, para posteriormente orientarse
dirección norte y sur. De esta manera, las corrientes de aire frío se desplazan por debajo
de las corrientes de aire caliente.
Asimismo, las masas de agua y aire se mueven en un sistema rotatorio, que no
sigue una línea recta sino que, debido a la rotación de la Tierra, sigue una trayectoria
circular (en sentido de las agujas del reloj en el hemisferio norte, y en sentido contrario
en el hemisferio sur. La ley de Coriolis explica esta dirección de giro del viento.
Paralelamente, debido a la diferente velocidad de cambio de temperatura del aire
en zonas de agua y zonas de continente, se establecen diferencias de presión, que
influyen en la formación de corrientes de aire.
En resumen, el viento no es más que las corrientes de aire que se forman al
intentar compensarse la presión del aire en diferentes regiones.
Aproximadamente el 1% o el 2% de la energía que recibimos del Sol se
transforman en energía eólica. Un estudio americano mostró que esta energía sería
suficiente para cubrir la demanda energética del planeta.
Breve Historia de la Energía Eólica
La energía eólica es una de las formas de energía más antiguas usadas por la
humanidad. Desde el principio de los tiempos, los hombres utilizaban los molinos de
viento para moler cereales o bombear agua. Con la llegada de la electricidad, a finales del
siglo XIX los primeros aerogeneradores se basaron el la forma y el funcionamiento de los
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molinos de viento. Sin embargo, hasta hace poco tiempo no la generación de electricidad
a través de aerogeneradores no ha jugado un gran papel.
Con la primera crisis del petróleo en los años 70, sobre todo a partir de los
movimientos contra la energía nuclear en los años 80 en Europa, se despertó el interés en
energías renovables. Se buscaron nuevos caminos para explotar los recursos de la Tierra
tanto ecológicamente como rentables económicamente. Los aerogeneradores de aquella
época eran demasiado caros, y el elevado precio de la energía que se obtenía a través de
los mismos era un argumento para estar en contra de su construcción. Debido a esto, los
gobiernos internacionales promovieron la energía eólica en forma de programas de
investigación y de subvenciones, la mayoría de las mismas aportadas por los gobiernos
regionales.
Así se crearon institutos como el Instituto Alemán de la Energía Eólica (DEWI) o
el Instituto de Investigación Danés (Risø), que poco a poco han llevado a cabo una
estandarización de las instalaciones y de los métodos de seguridad ha llevado y está
llevando a cabo un mejor rendimiento económico de las instalaciones.
Los altos costes de generación de electricidad a partir del viento se redujeron
considerablemente en 1981 al 50% con el desarrollo de un aerogenerador de 55 kW. Las
organizaciones ecológicas consideran la energía eólica una de las fuentes de energía más
económicas si incluimos los costes externos de generación de energía (por ejemplo, los
daños del medio ambiente).
Los aerogeneradores modernos generan actualmente una parte importante de la
energía electricidad mundial. Alemania, USA y España son los tres países con más
energía eólica instalada del mundo.
Evolución Histórica de la Energía Eólica
Se puede diferenciar cuatro etapas definidas por acontecimientos históricos o
técnicos.
- La primera etapa comprende desde las primeras máquinas conocidas hasta el siglo XIV
o XV y se caracteriza por una lenta evolución técnica.
- La segunda etapa empieza en el Renacimiento y termina en plena Revolución
industrial. En esa etapa, hay un gran interés por la maquinas eólicas. Se produce una
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rápida evolución técnica y ello permite al hombre introducir importantes mejoras en los
molinos. Se desarrollan los sistemas de orientación, se mera el diseño de las palas, etc...
- La tercera etapa comprende desde la mitad del siglo XIX hasta mediados del siglo
actual. Durante esa época se desarrolla la teoría aerodinámica junto y se efectúan otros
descubrimientos de carácter técnico. Los molinos de viento sufren una transformación
completa en su diseño.
- La cuarta y última etapa empieza con la crisis energética de 1973 y llega hasta la
actualidad. No se aprecian grandes modificaciones en el diseño pero se produce una
evolución tecnológica, se elaboran métodos de cálculo más rigurosos, se utilizan nuevos
materiales más ligeros y más resistentes, aparecen los sistemas electrónicos de regulación
y control, etc...
Cronología de los Pioneros de la Energía Eólica
Charles F. Brush (1849-1929), uno de los fundadores de la compañía eléctrica
americana. En el verano de 1887-88 construyó una máquina considerada actualmente
como el primer aerogenerador para generador de electricidad. Las dimensiones eran para
aquella época enormes: Diámetro de rotor de 17m y 144 hojas de rotor de madera de
cedro. Estuvo en funcionamiento durante 20 años, durante los cuales alimento una batería
colocada en su sótano. A pesar de las dimensiones del rotor, la potencia del
aerogenerador era solamente de 12kW.
Poul la Cour (1846-1908), meteorólogo danés. Se le considera el padre de la
energía eólica moderna. Sus primeros aerogeneradores comerciales se instalaron después
de la primera guerra mundial, como consecuencia de la escasez de combustibles. Fundó
la primera academia de energía eólica, de donde salieron los primeros ingenieros
especializados. Paralelamente fundó el primer periódico exclusivo con esta temática.
Albert Betz (1885-1968), Físico alemán. En su etapa de director del instituto
aerodinámico en Göttingen, formuló la ley Betz, que establecía el máximo valor que se
puede aprovechar de la energía cinética del viento, 59,3%. Su teoría sobre la formación
de las alas todavía sirve de fundamento para la construcción de aerogeneradores.
Palmer Cosslett Putnam (1910-1986), ingeniero americano, desarrolló en 1941 el
aerogeneradr Smith Putman, de 1,25MW. Éste aerogenerador trabajó hasta 1945 sin
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interrupciones, hasta que un fallo en el material hizo que dejase de funcionar. En aquella
época no existían materiales en el mercado aptos para este objetivo.
Ulrich W Hüttner (1910-1990), ingeniero alemán. Su aerogenerador StGW-34 en
el año 1957 se considera la primera piedra de la tecnología eólica moderna.
Johannes Juul (1887-1969), ingeniero danés. Estudiante de Poul la Cour.
Construyó el primer aerogenerador para corriente alterna de 200 kW, en Dinamarca, en
1957. Es el predecesor de los aerogeneradores actuales.
Los 70 y los 80: La crisis del petróleo llevó a un cambio en la manera de pensar
de las políticas energéticas. En interés en las energías alternativas creció y llevó a la
creación de programas de investigación y de subvenciones.
Pioneros alemanes y daneses desarrollaron los primeros aerogeneradores
rentables económicamente, que llevaron a una revolución de la energía eólica, tanto en el
aspecto industrial como en el tecnológico.
Ventajas
La energía eólica no contamina, es inagotable y frena el agotamiento de
combustibles fósiles contribuyendo a evitar el cambio climático. Es una tecnología de
aprovechamiento totalmente madura y puesta a punto.
Es una de las fuentes más baratas, puede competir e rentabilidad con otras fuentes
energéticas tradicionales como las centrales térmicas de carbón (considerado
tradicionalmente como el combustible más barato), las centrales de combustible e incluso
con la energía nuclear, si se consideran los costes de reparar los daños medioambientales.
El generar energía eléctrica sin que exista un proceso de combustión o una etapa
de transformación térmica supone, desde el punto de vista medioambiental, un
procedimiento muy favorable por ser limpio, exento de problemas de contaminación, etc.
Se suprimen radicalmente los impactos originados por los combustibles durante su
extracción, transformación, transporte y combustión, lo que beneficia la atmósfera, el
suelo, el agua, la fauna, la vegetación, etc.
Evita la contaminación que conlleva el transporte de los combustibles; gas,
petróleo, gasoil, carbón. Reduce el intenso tráfico marítimo y terrestre cerca de las
centrales. Suprime los riesgos de accidentes durante estos transportes: desastres con
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petroleros (traslados de residuos nucleares, etc). No hace necesaria la instalación de
líneas de abastecimiento: Canalizaciones a las refinerías o las centrales de gas.
La utilización de la energía eólica para la generación de electricidad presenta nula
incidencia sobre las características fisicoquímicas del suelo o su erosionabilidad, ya que
no se produce ningún contaminante que incida sobre este medio, ni tampoco vertidos o
grandes movimientos de tierras.
Al contrario de lo que puede ocurrir con las energías convencionales, la energía
eólica no produce ningún tipo de alteración sobre los acuíferos ni por consumo, ni por
contaminación por residuos o vertidos. La generación de electricidad a partir del viento
no produce gases tóxicos, ni contribuye al efecto invernadero, ni destruye la capa de
ozono, tampoco crea lluvia ácida. No origina productos secundarios peligrosos ni
residuos contaminantes.
Cada Kwh. de electricidad generada por energía eólica en lugar de carbón, evita:
0,60 Kg. de CO2, dióxido de carbono.
1,33 gr. de SO2, dióxido de azufre.
1,67 gr. de NOx, óxido de nitrógeno.
La electricidad producida por un aerogenerador evita que se quemen diariamente
miles de litros de petróleo y miles de kilogramos de lignito negro en las centrales
térmicas. Ese mismo generador produce idéntica cantidad de energía que la obtenida por
quemar diariamente 1.000 Kg. de petróleo. Al no quemarse esos Kg. de carbón, se evita
la emisión de 4.109 Kg. de CO2, lográndose un efecto similar al producido por 200
árboles. Se impide la emisión de 66 Kg. de dióxido de azufre -SO2- y de 10 Kg. de óxido
de nitrógeno -NOx- principales causantes de la lluvia ácida.
La energía eólica es independiente de cualquier política o relación comercial, se
obtiene en forma mecánica y por tanto es directamente utilizable.
Al finalizar la vida útil de la instalación, el desmantelamiento no deja huellas.
Un Parque de 10 MW:
Evita: 28.480 Tn. Al año de CO2.
Sustituye: 2.447 Tep. toneladas equivalentes de petróleo.
Aporta: Trabajo a 130 personas al año durante el diseño y la construcción.
Proporciona: Industria y desarrollo de tecnología.
Genera: Energía eléctrica para 11.000 familias.
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Desventajas
El aire al ser un fluido de pequeño peso específico, implica fabricar máquinas
grandes y en consecuencia caras. Su altura puede igualar a la de un edificio de diez o más
plantas, en tanto que la envergadura total de sus aspas alcanza la veintena de metros, lo
cual encarece su producción.
Desde el punto de vista estético, la energía eólica produce un impacto visual
inevitable, ya que por sus características precisa unos emplazamientos que normalmente
resultan ser los que más evidencian la presencia de las máquinas (cerros, colinas, litoral).
En este sentido, la implantación de la energía eólica a gran escala, puede producir una
alteración clara sobre el paisaje, que deberá ser evaluada en función de la situación
previa existente en cada localización.
Un impacto negativo es el ruido producido por el giro del rotor, pero su efecto no
es más acusado que el generado por una instalación de tipo industrial de similar entidad,
y siempre que estemos muy próximos a los molinos.
También ha de tenerse especial cuidado a la hora de seleccionar un parque si en las
inmediaciones habitan aves, por el riesgo mortandad al impactar con las palas, aunque
existen soluciones al respecto como pintar en colores llamativos las palas, situar los
molinos adecuadamente dejando "pasillos" a las aves, e, incluso en casos extremos hacer
un seguimiento de las aves por radar llegando a parar las turbinas para evitar las
colisiones.
Usos de la Energía Eólica
En principio, la energía
eólica podría aplicarse a cualquier
uso final puesto que la energía del
viento es transformada y
entregada a través del eje de la
turbina en forma de energía mecánica, la cual eventualmente podría utilizarse de muchas
formas de acuerdo a la necesidad que se presente.
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Como vimos, los principales usos de este recurso energético han sido: bombeo de
agua, molienda de granos y generación de electricidad. Podemos decir que las dos
primeras aplicaciones tienen muchos años en la historia de la humanidad, mientras que la
generación de electricidad es un tema de mucha importancia actual.
El mayor aporte de la energía eólica en bombeo de agua ha sido para uso
doméstico y abrevar ganado. Miles de pequeñas granjas en diversas partes del mundo y
en especial en los estados Unidos, Australia, etc., pueden confirmar esto; mientras que el
bombeo de agua con fines de irrigación ha tenido una aplicación limitada, inclusive en
los últimos años, en los que ha merecido una atención importante por parte de los grupos
de desarrollo y cooperación técnica internacional.
La molienda de granos utilizando molinos de viento actualmente ha pasado a
segundo plano.
Pocas instituciones o grupos de desarrollo hablan hoy
de este tema. No obstante, existen interesantes nichos donde
podría ser aún una alternativa apropiada, como es el caso de
zonas rurales aisladas donde no hay otras alternativas que los
grupos diesel o la molienda manual y donde, sin embargo, hay
recursos eólicos aprovechables (es el caso de muchos
comunidades de las zonas alto andinas).
Parques Eólicos: Energía Renovable y Rentable
Necesitamos fuentes de energía renovables que nos liberen de la absoluta
dependencia del petróleo, un combustible fósil escaso y caro.
Otra cosa es que institucional y empresarialmente se haga lo suficiente para potenciar
la viabilidad, rentabilidad y, en última instancia, implantación masiva de las energías
renovables y menos contaminantes, pero nadie discute que la situación actual
compromete el futuro económico y la sustentabilidad del planeta.
El alza de precios de la gasolina, el fuel y otros combustibles derivados del petróleo
no sólo abre los informativos de televisión, sino que se lleva un buen dinero (no previsto)
de los consumidores, eleva la inflación, que a su vez encarece los créditos que pagamos.
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Desde una perspectiva medioambiental, esta crisis del petróleo podría haber tenido un
efecto beneficioso: la reducción del consumo y el impulso de energías renovables, como
la solar o la eólica. Pero todos sabemos que de eso, poco o nada.
El consumo de petróleo en el mundo no desciende y las energías renovables, mucho
más compasivas con el medio ambiente, siguen desempeñando un papel simbólico en la
generación y consumo energético en nuestro planeta.
El reto del futuro es conseguir una fuente de energía barata, no contaminante,
renovable y accesible para todos los países del mundo, que permita a transporte,
industrias y hogares mitigar la servil dependencia que hoy muestra ante el petróleo.
Hasta hace pocas décadas, la ciencia y la técnica no acertaban a ganar la batalla al
dios Eolo para aprovechar la fuerza de los vientos y conseguir energía de forma rentable
y en cantidad suficiente.
Fueron necesarios muchos años de estudios,
experimentos y fracasos en prototipos de
aerogeneradores hasta que, por fin, lograron alzarse
sobre colinas, playas y dehesas unos molinos que poco
tienen que ver estéticamente con los que combatió Don
Quijote, en La Mancha, pero que sirven para convertir
la fuerza del viento en energía eléctrica. Hoy parece que
su utilidad y rentabilidad es incuestionable.
La Primera Entre las Renovables
La energía eólica se aprovecha de dos formas bien
diferenciadas. En una de ellas, sirve para que unas aerobombas -el modelo más común
son los molinos multipala del tipo americano- saquen agua de los pozos sin más ayuda
que el viento; en otra, los molinos incorporan un generador eléctrico y producen corriente
cuando sopla el viento; se llaman aerogeneradores.
Tecnologías de la Energía Eólica
El Aerogenerador
Cómo es un aerogenerador
La torre: Soporta la góndola y el rotor. Hoy en día suelen ser tubulares de acero.
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Las de celosía (perfiles de acero soldados) son más económicas, pero han dejado de
usarse por estética y por ser más incómodas e inseguras para los trabajadores. En terrenos
rugosos, las torres más altas captarán vientos de mayor velocidad.
Rotor: Conjunto formado por las palas y el buje que las une. Sirve para transformar
la energía cinética del viento en energía mecánica. Cuanto mayor sea el área barrida del
rotor mayor será la producción. Los rotores pueden ser de paso variable (que permiten
girar sobre sí mismas a las palas) o de paso fijo (en el que no pueden girar). También
puede ser de velocidad variable (cuando la velocidad de giro del rotor es variable) o
constante.
Las palas: Las palas de un aerogenerador son muy similares a las alas de un avión.
Hoy en día, la mayoría de las turbinas cuentan con tres palas. Y suelen ser de poliéster o
epoxy reforzado con fibra de vidrio.
Góndola: En su interior contiene los diferentes dispositivos que van a transformar la
energía mecánica del rotor en energía eléctrica. Además, en su exterior cuentan con un
anemómetro y una veleta que facilitan información continua a todo el sistema para su
control.
Multiplicador: Multiplica la velocidad de giro que llega del rotor para adaptarla a las
necesidades del generador. El movimiento de giro de los aerogeneradores suele ser
bastante 30 Energía Eólicalento. El rotor de una turbina de 1.500 kW de potencia, por
ejemplo, suele girar a una velocidad de entre 10 y 20 revoluciones por minuto (r.p.m.). El
multiplicador aumentará esta velocidad hasta las 1.500 r.p.m.
Generador: Transforma la energía mecánica en energía eléctrica, tal y como hace la
dinamo de una bicicleta, aunque generando normalmente corriente alterna. El alternador
puede ser síncrono o asíncrono. El primero suministra una energía de mayor calidad,
pero es más caro y complejo. Esta es la razón por la que el asíncrono es el más extendido
de los dos.
Controlador electrónico: Un ordenador controla continuamente las condiciones de
funcionamiento del aerogenerador mediante el análisis de las señales captadas por
múltiples sensores que miden temperaturas, presiones, velocidad y dirección del viento,
tensiones e intensidades eléctricas, vibraciones...
Sistemas hidráulicos: Elementos auxiliares que permiten el accionamiento del giro
de las palas sobre su eje, así como el frenado del rotor o el giro y frenado de la góndola.
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Sistema de orientación: Los aerogeneradores disponen de un sistema de orientación
que, con ayuda de los datos recogidos por la veleta, coloca siempre el rotor de manera
perpendicular al viento.
La Potencia de los Aerogeneradores
Es común utilizar la potencia nominal para clasificar un aerogenerador. Sin
embargo, esto puede llevar a errores, sobre todo si se usa este parámetro para comparar
turbinas, pues la potencia nominal representa la capacidad de generación máxima que
puede suministrar cada máquina. Resulta mucho más correcto definir una turbina por su
curva de potencia, que determina la potencia que proporciona para cada velocidad de
viento. Si no se dispone de esta información, entonces es preferible utilizar el diámetro
del rotor, más fiable para calcular la energía que puede generar. De hecho, para
identificar cada modelo de aerogenerador se emplea una serie de letras y números, como
G80 2.000 o V72 1.500, pertenecientes, en este orden, al nombre del fabricante (en este
caso Gamesa o Vestas), el diámetro del rotor y su potencia nominal.
Los Molinos
Molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable. Esta
energía 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 Primeros Molinos
Los molinos movidos por el viento tienen un origen remoto. En el siglo VII d.C. ya
se utilizaban molinos elementales en Persia (hoy, Irán) para el riego y moler el grano. En
estos primeros molinos la rueda que sujetaba las aspas era horizontal y estaba soportada
sobre un eje vertical. Estas máquinas no resultaban demasiado eficaces, pero aun así se
extendieron por China y el Oriente Próximo.
Los primeros molinos de que habla la historia se hallaban en el Medio Oriente. Sería
una suerte de grandes ruedas con paletas, parcialmente expuestas al viento y en parte a
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cubierto. Un viejo molino desenterrado en la meseta persa había sido construido sobre un
eje vertical; ello avala la idea según la cual se desarrolló a partir de los molinos
accionados por animales de carga que tiraban del extremo de un vástago que giraba
alrededor del eje.
La necesidad de grandes superficies para interceptar la difusa fuerza del
viento obligó a construir las palas de los molinos atando o tejiendo entramados de
caña.
Desconocemos la antigüedad de estos molinos. Una
de las primeras referencias, bastante ambigua, sugiere la
fecha del 1700 a.C., un milenio largo después de la
introducción de las velas en las embarcaciones. Aun
cuando la estimación fuera correcta, los molinos
escasearon a lo largo de los 1000 Años siguientes. En el
siglo XII, sin embargo, los cruzados y viajeros se
encontraron ya con una tecnología asentada en el
próximo Oriente. Es manifiesto que el uso de los
molinos no se había extendido aún por entonces debido
a los problemas, no resueltos, que presentaban la variabilidad y la dispersión del
viento.
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Funcionalidad y Componente de los Molinos de
VientoUna torre sirve de sostén a un Rotor con palas
que Genera fuerzas aerodinámicas, similares a las
producidas en las alas de los aviones, a fin de hacer girar
el eje principal. El
engranaje
multiplicador proporciona
al eje de potencia la
velocidad adecuada para hacer funcionar las muelas, una
bomba de agua o (tal como funciona en un molino de
viento) un generador eléctrico. Los sistemas de control, el
molinete en este caso, orientan el rotor en la dirección del
viento, ajustan la potencia y evitan que el molino gire con
excesiva velocidad. Los modelos actuales solamente han
conseguido modificar la tecnología para llevar a cabo tales funciones.Solidez del
rotor:Indica la relación entre el área ocupada por las palas y la barrida por ellas en un
giro. En los modernos molinos de viento la solidez tiende a disminuir. El rotor con palas
anchas o con gran número de ellas propende a desviar el viento alrededor de sí mismo y
deja pasar menos, en consecuencia, a través de las palas. Una solidez alta implica
también un elevado par de arranque, así como una velocidad de giro baja, lo cual
significa que buena parte de la energía del viento se disipa en los torbellinos formados en
la estela (calor). Un rotor menos sólido, que tiene menos palas, rinde mucho más. El
diámetro del tubo de corriente que intercepta el rotor, que es la porción de aire afectada,
se indica con las líneas superiores e inferiores. Evolución de los Molinos de VientoLa
evolución de los molinos de viento, está ilustrada a través de tres máquinas antiguas
separadas por siglos. El molino de primitivo con rueda de palas.
Trabajaba sobre un eje vertical pero sin aprovechar la fuerza de sustentación del
viento. Dependía de la fuerza de arrastre, como un velero con el viento en popa.
Molinos provistos de rotor de palas:
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Estos se pusieron de moda al descubrirse que la fuerza de sustentación alcanzaba
valores que multiplicaban de 10 a 50 veces la de arrastre si las superficies de las palas
adquirían cierta inclinación.
El molino de bombeo multipala con un sistema de protección automático:
Se desarrolló para las explotaciones agrícolas de los Estados Unidos en la mitad del
siglo XIX y se generalizó su uso. Entre las mejoras incorporadas destaca la cola
pivotante, sujeta con un resorte, que permitía orientar al rotor hacia el viento, aunque
automáticamente lo desviaba si se producía un Vendaval
Aplicaciones y Desarrollo
Además de emplearse para el riego y
moler el grano, los molinos construidos entre
los siglos XV y XIX tenían otras
aplicaciones, como el bombeo de agua en
tierras bajo el nivel del mar, aserradores de
madera, fábricas de papel, prensado de
semillas para producir aceite, así como para
triturar todo tipo de materiales. En el siglo XIX se llegaron a construir unos 9.000
molinos en Holanda.
El avance más importante fue la introducción del abanico de aspas, inventado en
1745, que giraba impulsado por el viento. En 1772 se introdujo el aspa con resortes. Este
tipo de aspa consiste en unas cerraduras de madera que se controlan de forma manual o
automática, a fin de mantener una velocidad de giro constante en caso de vientos
variables. Otros avances importantes han sido los frenos hidráulicos para detener el
movimiento de las aspas y la utilización de aspas aerodinámicas en forma de hélice, que
incrementan el rendimiento de los molinos con vientos débiles.
El uso de las turbinas de viento para generar electricidad comenzó en Dinamarca a
finales del siglo pasado y se ha extendido por todo el mundo. Los molinos para el
bombeo de agua se emplearon a gran escala durante el asentamiento en las regiones
áridas del oeste de Estados Unidos. Pequeñas turbinas de viento generadoras de
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electricidad abastecían a numerosas comunidades rurales hasta la década de los años
treinta, cuando en Estados Unidos se extendieron las redes eléctricas. También se
construyeron grandes turbinas de viento en esta época.
Aerogeneradores
Una bomba eólica de agua es un mecanismo de bombeo que funciona mediante un
molino de viento. Estas aplicaciones son en general a pequeña escala, y puede ser
utilizada en pequeños sistemas de riego, o para abastecer de agua potable a comunidades
rurales.
Descripción de la Tecnología
El tipo de solución técnica al problema de Aero
bombeo depende de la disponibilidad del recurso
hidráulico, ya que su localización determina la estrategia
de bombeo. En este sentido se distinguen dos situaciones
practicas, a saber: Aero bombeo directo y Aero bombeo
remoto. La primera situación de bombeo ocurre cuando
la fuente de agua es un pozo o aljibe y la solución de
aerobombeo es la aplicación de bombeo directo en el
cual el molino se coloca directamente sobre la fuente de
agua. Este tipo de instalación es la más común de las
aplicaciones de Aero bombeo. . Una variante de esta aplicación puede ser cuando la
bomba está extrayendo agua de un río y la bomba hidráulica puede ser localizada en la
base de la torre y la acción de bombeo se realiza lateralmente.
La segunda opción, la de aerobombeo remoto, consiste en el tipo de solución, en la
cual la fuente de agua se encuentra apartada de la posible localización de la torre de la
aerobomba. Esta situación es típica de regiones montañosas en las cuales el recurso
eólico tiene mayor intensidad en la cima de las montañas y la fuente de agua es un río, un
pozo o aljibe que se encuentra a gran distancia, tanto lateral como vertical.
Energía Eólica en Venezuela
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Como Energía Eólica es conocido el sistema empleado para generar
"energía cinética" que luego es transformada por medio de un instrumento mecánico en
fuentes útiles para las actividades humanas, pudiendo ser por ejemplo:
generar electricidad o extracción de fluidos en el subsuelo (agua) mediante el
aprovechamiento de las corrientes de viento.
Los aerogeneradores (aparatos empleados
para este fin) permiten generar una
considerable cantidad de energía de forma
limpia y menos dañina que la tradicional, si
lo comparamos estos pueden llegar a
producir en un día la misma cantidad que las
que producirían tres (3) toneladas y media
de carbón o una tonelada de hidrocarburo.
Lo importante de esto, es que al no quemarse esas cantidades de petroleo
y carbón, cada aerogenerador evita la emisión a la atmósfera de "4.109 kilos"
de dióxido de carbono, "66 kilos" de dióxido de azufre y "10 kilos"
de ácido de nitrógeno al año. Principales causantes del efecto invernadero y de las
lluvias ácidas en el planeta. Por si fuera poco, cada uno de estos aerogeneradores produce
al año el mismo beneficio y efecto en la atmósfera que unos "200" arboles adultos.
En nuestro país estos instrumentos
dejaron de ser desconocidos desde hace ya
algunos años, se han puesto en marcha algunos
proyectos interesantes en los estados Falcón y
Zulia. En el año 2.055 la empresa
estatal PDVSA, había proyectado el desarrollo
del "Parque Eólico de Paraguaná" instalado en
un área aproximada de 921 hectáreas, conformado por 27 turbinas de 1,5 megavatios
cada una.
Parque Eólico de Paraguaná
En el estado Zulia este
proyecto actualmente esta siendo
21
desarrollado con mucha fuerza en la "Guajira",donde desde el año pasado (2.011) se han
trasladado al lugar las respectivas torres, y recientemente hace poco en este año (2.012),
se han dispuesto a llevar las hélices de estos aparatos que hoy día pueden observarse en
el "Malecón" en pleno centro de la ciudad de Maracaibo.
Partes del futuro Parque Eólico en la Guajira
Las corrientes de viento en ambos zonas geográficas son similares, en Paraguana
oscilan entre 7 y 9 metros por segundo, equivalentes a unos 25/30 kilómetros por hora.
En la Guajira estos factores son muy parecidos aunque algo menores. Por ser en ambos
casos zonas desérticas, el impacto ambiental por estos parques eólicos seria mínimos y de
gran provecho. Sin duda una medida que me complace enormemente por su viabilidad y
lo mas importante, contribuyen con un pequeño paso a la preservación de
nuestro planeta.
Curiosidades
• La energía eólica está conociendo un crecimiento importante a escala mundial.
Actualmente se calculan unos 30.000 generadores eólicos repartidos por el planeta. La
industria eólica emplea directamente a más de 4.000 personas y existen unas 30 empresas
para la fabricación de aerogeneradores
• Curiosidades Enercon se ha superado y ha construido el molino de viento para
generar energía eólica más grande del mundo. Su nombre es E112, tiene 113 metros de
22
diámetro de palas. A máximo rendimiento es capaz de producir energía suficiente para
mantener 4000 hogares.
• Los primeros molinos La referencia más antigua que se tiene es un molino de
viento que fue usado para hacer funcionar un órgano. Los primeros molinos de uso
práctico fueron construidos en, 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.
• Los molinos de viento fueron utilizados por los colonos americanos para mover el
agua, moler el grano y cortar madera. -California es el principal productor de la energía
eólica en los estados unidos.
La turbina más grande del mundo: REpower 5 MW
Una torre tan alta como un edificio de 40 pisos, un rotor con un área barrida mayor
que un campo de fútbol y una generación eléctrica con la que abastecer a cerca de 3.500
hogares españoles. Estas son las proporciones colosales del que, a día de hoy, es el
aerogenerador más grande del mundo: el REpower 5 MW. De momento, sólo existe una
de estas máquinas y es un prototipo instalado en Brunsbüttel (Alemania), en septiembre
de 2004, que ya vierte energía a la red eléctrica. Está diseñada especialmente para
parques eólicos marinos y constituye el límite tecnológico al que han llegado hasta ahora
los ingenieros. Fabricada por la empresa alemana REpower, esta turbina instalada en
tierra tiene una torre de 120 metros de alto y un rotor de 126 metros de diámetro, que gira
a una velocidad de entre 7 y 12 revoluciones por minuto. Una de sus particularidades más
interesantes son sus palas, fabricadas por LM, pues si bien son las más grandes del
mundo con una longitud de 61,5 metros, los materiales con los que están fabricadas a
base de fibra de vidrio y de carbono con resinas sintéticas logran que cada unidad pese
tan sólo 18 toneladas. El aerogenerador está equipado con un innovador sistema de
generación de velocidad variable y con cambio de paso independiente en cada pala. La
pregunta es: ¿hasta dónde más pueden crecer los aerogeneradores? Muchos técnicos
piensan que a partir de los 5 MW resulta realmente difícil lograr la viabilidad económica
de las máquinas. No obstante, otros consideran que éste es simplemente un nuevo
desafío.
Futuro de la Energía Eólica
23
Expertos internacionales del clima y el medio ambiente han llegado a la siguiente
conclusión: la tierra se calienta, y los recursos se acaban. Además. las centrales eléctricas
de los 60 y 70 van a tener que reemplazarse, todo esto con una situación política y
económica diferente a la de entonces. Ya no podemo seguir ignorando los problemas
medioambientales que nos rodean. Las grandes potencias parecen darse cuenta, y la
cantidad de partículas de CO2 emitidas se está empezando a reducir. La probabilidad de
que las energías renovables sigan su proceso de ascenso es cada vez mayor, por lo que el
sector de la energía eólica tiene todas las papeletas para tener su futuro asegurado.
24
ENERGIA NUCLEAR
Energía Nuclear. Conceptos Básicos
Encontrar recursos energéticos inagotables, baratos y no contaminantes ha sido un
afán del hombre prácticamente desde la revolución industrial. Los combustibles
tradicionales (carbón, petróleo, gas...) resultan caros, contaminan y son cada vez más
escasos.
El gran salto cuantitativo lo dio el descubrimiento, hacia 1938-1939, de que la
fisión, esto es, la separación del núcleo de un átomo en otros elementos, liberaba gran
cantidad de energía. Desgraciadamente esta energía, a pesar de su rendimiento, es
también altamente peligrosa -recuérdese que uno de sus primeros usos fue el militar en
Hiroshima y Nagasaki-. Ténganse en cuenta también los desastres de Chernobil y las
fugas radiactivas, paradas de reactores por problemas diversos... aparte de los problemas
que no se dan a conocer.
La alternativa de futuro es la fusión nuclear. Pero antes de continuar conviene
aclarar algunos conceptos fundamentales. La energía nuclear debe su nombre a que se
basa en el poder de los núcleos de los átomos, por lo que debemos definir qué es un
átomo, lo cual no resulta del todo fácil. Como aproximación baste decir que es la
partícula más pequeña de un elemento químico que entra en combinación para formar
dicho elemento.
El átomo: En física nuclear se estudian las llamadas partículas fundamentales,
esto es, las que forman parte de todos los átomos, y que según su número en éstos darán
25
los distintos tipos de átomos. Las partículas más conocidas y las necesarias a los efectos
de este trabajo son el electrón, el protón y el neutrón.
Composición.- Un átomo está compuesto por un núcleo, formado por neutrones
(no siempre) y protones -llamados conjuntamente nucleones-. Estos con carga eléctrica
positiva y aquellos neutra; a su vez, el átomo consta de una envoltura electrónica a base
de electrones, de carga eléctrica negativa. En la naturaleza todos los átomos son
eléctricamente neutros, teniendo igual número de protones que de electrones. Los
electrones giran en torno al núcleo gracias a las fuerzas de atracción y repulsión (cargas
eléctricamente opuestas se atraen. Para evitar que los electrones se unan al núcleo
aquellos giran, como decimos, velozmente en diversos niveles de energía. A más lejanía
de cada nivel respecto del núcleo más despacio giran, pues las fuerzas de atracción son
inferiores.
Otros conceptos:
- Número atómico Z.- Es el número de protones que
componen el núcleo del átomo. Así, el Hidrógeno
(símbolo H), que es el átomo utilizado en la fusión
nuclear, tiene un número Z=1, pues solamente dispone de
un protón en su núcleo. De hecho, el hidrógeno es el
elemento químico más sencillo -y a la vez más abundante
en la naturaleza-.
- Masa atómica A. Es la suma de protones y neutrones. También se llama número
másico. Considerando N al número de neutrones de un átomo, tenemos que A=Z+N.
- Peso atómico. Es el peso del átomo, tomando como unidad la duodécima parte del peso
del átomo de Carbono (C). Así, el Hidrógeno pesa aproximadamente 1 y el Carbono 12.
- Isótopo. Un mismo tipo de átomo puede tener en su núcleo distinto número de
neutrones. A cada variedad se le llama isótopo. Así, como se ve en el gráfico de abajo, el
hidrógeno tiene tres isótopos diferentes: isótopo hidrógeno, isótopo deuterio e isótopo
tritio. Estos dos últimos son los utilizados en la fusión nuclear.
Diferencia entre fisión y fusión.
26
Por la fisión nuclear, un núcleo pesado como el Uranio 235, es dividido
generalmente en dos núcleos más ligeros debido a la colisión de un neutrón (recordemos
que un átomo se compone básicamente de electrones, protones y neutrones). Como el
neutrón no tiene carga eléctrica atraviesa fácilmente el núcleo del Uranio. Al dividirse
éste, libera más neutrones, que colisionan con otros átomos de Uranio creando la
conocida reacción en cadena, de gran poder radiactivo y energético. Esta reacción se
produce a un ritmo muy acelerado en las bombas nucleares, pero es controlado para usos
pacíficos.
Por contra, la fusión consiste en la unión de dos núcleos ligeros (Litio y
Deuterio) en uno más pesado (Helio) -aunque la suma de su masa es menor que la masa
de los núcleos reaccionantes, pues esa pérdida se ha convertido en energía-, obteniéndose
del orden de 4 veces más energía que en la fisión. Dicha energía se produce en virtud de
la famosa Teoría de la Relatividad formulada por Albert Einstein, E=mc2 (Energía =
masa por el cuadrado de la velocidad de la luz en el vacío), ya que aquella ni se crea ni se
destruye, sino que se transforma. Hemos transformado masa en energía.
La radiactividad.-
El descubrimiento de la radiactividad se debe al físico francés Henri Becquerel, al
comprobar casualmente en 1896 cómo quedaba impresa una placa fotográfica en la que
se habían colocado cristales de uranio y potasio, aun sin la intervención de la luz solar.
La radiactividad supone que las sustancias llamadas radiactivas emiten
espontáneamente radiaciones capaces de atravesar la materia, impresionar placas
fotográficas o producir ionización o fluorescencia.
La Radiación nuclear.
Los procesos nucleares emiten tres clases de radiaciones:
- Partículas Alfa.- Son núcleos de átomos de helio, compuestos por 2 neutrones y 2
protones. Tienen carga eléctrica positiva y se desvían poco al pasar a través de un campo
electromagnético.
Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula alfa, su número atómico Z
disminuye en 2 unidades, y su número másico (masa) en 4 unidades. El nuevo núcleo
corresponde a otro elemento químico.
27
Por ejemplo, cuando un núcleo de Uranio 238 (Z=92) emite una partícula alfa, el
núcleo residual es Torio 234 (Z=90).
- Partículas Beta.- Son electrones de alta velocidad, que se desvían fácilmente ante un
campo electromagnético.
Cuando un núcleo emite una partícula beta su número atómico aumenta en 1
unidad, pero el número másico aumenta 2 unidades. Así, cuando Th 234 (Z=90) emite
una partícula beta, resulta Th 235 (Z=92).
- Rayos Gamma.- Son fotones de gran energía. No se trata de partículas, sino de ondas
electromagnéticas, como los rayos X o la luz, pero su energía es mucho mayor que ésta al
tener una longitud de onda mucho menor.
Poder de penetración de la radiación.-
Las partículas y rayos definidos tienen diferente poder de penetración en la
materia. Así, y tomando como referencia una plancha de aluminio, tenemos:
- Partículas Alfa: 0´0005 cm. de espesor. Son absorbidos por una hoja de papel, que no
logran atravesar.
- Partículas Beta: 0´005 cm. de espesor.
- Rayos Gamma: 8 cm. de espesor. Son los más peligrosos en toda reacción nuclear.
Actividad de una muestra radiactiva.-
Es el número de desintegraciones por segundo que en ella se producen, y es
proporcional al número de átomos radiactivos que contenga. Esto nos lleva a la Ley de
decrecimiento exponencial de la actividad de una muestra radiactiva, o dicho de otro
modo, el tiempo que cada elemento radiactivo tarda en perder la mitad de su
radiactividad (semivida).
Por ello, cuando se dice, por ejemplo, que el torio 238 tiene una semivida de 24´1 días,
nos están diciendo que tarda ese tiempo en perder la mitad de su radiactividad.
ELEMENTO SEMIVIDA TIPO DE DESINTEGRACIÓN
Uranio 238 4´51x109 años Alfa
Uranio 234 2´48x105 años Alfa
28
Torio 234 24´1 días Beta y Gamma
Radio 226 1620 años Alfa y Gamma
Radón 222 3´82 días Alfa
Polonio 218 3´05 minutos Alfa
Polonio 214 1´64x10-4 segundos Alfa
De masa a energía.-
Hemos dicho que la energía ni se crea ni se destruye, sino que sólo se transforma.
El gran "secreto" de la energía atómica es que se obtiene energía de la variación de la
masa de los átomos. Esta obtención de energía se basa en la referida fórmula de Einstein
E = mc2.
Sustituyendo c por su valor tenemos: E = (2´99776 x 1010)2 = 8´9866 x 1020 unidades de
energía por cada gramo de masa, lo que equivale a 25 millones de kilowatios/hora (25
Megawatios/hora) de energía por cada gramo de masa transformada.
Sin embargo, no toda la masa se transforma en energía, por lo que siempre habrá cierta
pérdida de ésta.
El Mega-electrón-Volt.-
En las reacciones nucleares se expresa la energía en términos de eV
(electronVolt), unidad que corresponde a la energía susceptible de adquirir un electrón
(carga del electrón = 1´602 x 10-19 columbios) bajo el campo electrostático de la unidad
de medida MKS. Para expresar la energía en unidades de masa atómica (u.m.a)) se aplica
la relación: 1 u.m.a = 9´315 x 108 eV = 931´5 MeV
Historia de la Energía Nuclear
En 1896 Henri Becquerel descubrió que
algunos elementos químicos emitían
radiaciones. Tanto él como Marie Curie y otros
estudiaron sus propiedades, descubriendo que
estas radiaciones eran diferentes de los ya
conocidos Rayos X y que poseían propiedades
29
distintas, denominando a los tres tipos que consiguieron descubrir alfa, beta y
gamma.
Pronto se vio que todas ellas provenían del núcleo atómico que describió
Rutherford en 1911.
Durante los años 1930, Enrico Fermi y sus colaboradores bombardearon con
neutrones más de 60 elementos, entre ellos 235U, produciendo las primeras fisiones
nucleares artificiales. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann
verificaron los experimentos de Fermi y en 1939 demostraron que parte de los productos
que aparecían al llevar a cabo estos experimentos con uranio eran núcleos de bario. Muy
pronto llegaron a la conclusión de que eran resultado de la división de los núcleos del
uranio. Se había llevado a cabo el descubrimiento de la fisión. En Francia, Joliot Curie
descubrió que además del bario, se emitían neutrones secundarios en esa reacción,
haciendo factible la reacción en cadena.
Durante la Segunda Guerra Mundial, el Departamento de Desarrollo de
Armamento de la Alemania Nazi desarrolló un proyecto de energía nuclear (Proyecto
Uranio) con vistas a la producción de un artefacto explosivo nuclear. Albert Einstein, en
1939, firmó una carta al presidente Franklin Delano Roosevelt de los Estados Unidos,
escrita por Leó Szilárd, en la que se prevenía sobre este hecho.
El 2 de diciembre de 1942, como parte del proyecto Manhattan dirigido por J.
Robert Oppenheimer, se construyó el primer reactor del mundo hecho por el ser humano
(existió un reactor natural en Oklo): el Chicago Pile-1 (CP-1).
Como parte del mismo programa militar, se construyó un reactor mucho mayor en
Hanford, destinado a la producción de plutonio, y al mismo tiempo, un proyecto de
enriquecimiento de uranio en cascada. El 16 de julio de 1945 fue probada la primera
bomba nuclear (nombre en clave Trinity) en el desierto de Alamogordo. En esta prueba
se llevó a cabo una explosión equivalente a 19.000.000 de kg de TNT (19 kilotones), una
potencia jamás observada anteriormente en ningún otro explosivo. Ambos proyectos
desarrollados finalizaron con la construcción de dos bombas, una de uranio enriquecido y
una de plutonio (Little Boy y Fat Man) que fueron lanzadas sobre las ciudades japonesas
de Hiroshima 6 de agosto de 1945 y Nagasaki 9 de agosto de 1945 respectivamente. El
15 de agosto de 1945 acabó la segunda guerra mundial en el Pacífico con la rendición de
Japón. Por su parte el programa de armamento nuclear alemán (liderado este por Werner
30
Heisenberg), no alcanzó su meta antes de la rendición de Alemania el 8 de mayo de
1945.
Posteriormente se llevaron a cabo programas nucleares en la Unión Soviética
(primera prueba de una bomba de fisión el 29 de agosto de 1949), Francia y Gran
Bretaña, comenzando la carrera armamentística en ambos bloques creados tras la guerra,
alcanzando límites de potencia destructiva nunca antes sospechada por el ser humano
(cada bando podía derrotar y destruir varias veces a todos sus enemigos).
Actualmente las armas nucleares no tienen un papel importante en el mundo y al
contrario lo que se busca dejar limpio el planeta de este tipo de explosivos que dañan los
ecosistemas y el medio ambiente, al contrario se usan en las ramas de la medicina, la
investigación, la generación de electricidad, la carrera espacial entre muchos otros usos.
Sus Comienzos. Principales Investigadores
Los investigadores más relevantes hasta la fecha han sido: Wilhelm Roentgen
Descubrió los Rayos X en 1847.
Ernest Rutherford :Descubrió el núcleo del átomo, así como la distribución de la
carga eléctrica en el interior de los átomos. Es conocido como el padre de la era
nuclear.
Niels Bohr:Alumno de Ernest Rutherford, postuló el principio por el cual los
electrones giran a gran velocidad alrededor del núcleo atómico, pueden
acceder a otras órbitas circulares, y con ello absorber o desprender energía (por
ejemplo en forma de radicación). Fue el primero en hablar de fisión nuclear.
Henri Becquerel :Descubrió que ciertos elementos liberaban una radiación de
forma espontánea (por ejemplo, el uranio).
Marie y Pierre Curie :Siguiendo los estudios de Becquerel hallaron otros
elementos con fuentes de radiación natural más poderosa que el Uranio; entre
ellos se encuentran el Polonio y el Radio. También descubrieron que la
radiactividad del elemento era una propiedad que se encontraba dentro del
átomo.
Irene Curie y Frederic Joliot Con ellos se descubre la radiactividad
artificial.Observaron que al bombardear ciertos núcleos con partículas
procedentes de fuentes radiactivas éstos se volvían radiactivos.
31
A día de hoy se conocen más de cuarenta elementos radiactivos naturales. Por encima
del número atómico 83 todos los núcleos son radioactivos.
Importancia en la Segunda Guerra Mundial
Durante la Segunda Guerra Mundial tanto Alemania como Estados
Unidos desarrollaron proyectos de investigación sobre energía nuclear. Ambos
buscaban la producción de una bomba atómica. Los primeros en conseguirlo fueron los
americanos con el desarrollo del Proyecto Manhattan en el que se construyó el primer
reactor del mundo hecho por el ser humano ( El Chicago Pile-1); posteriormente se
construiría un reactor mucho mayor destinado tanto a la producción de plutonio al
mismo tiempo que se desarrollaba otro programa dirigido a conseguir uranio
enriquecido.
El resultado de ambos proyectos dio lugar a la construcción de las dos
primeras bombas atómicas utilizadas en una guerra, Little Boy y Fat Man, las cuales
fueron lanzadas sobre Hiroshima y Nagasaki provocando el final de la Segunda Guerra
Mundial.
En los años sucesivos distintos países se sumaron a esta carrera armamentística,
como por ejemplo: Francia, Gran Bretaña, La Unión Soviética, etc … Y también empezó
a usarse con fines no bélicos, como por ejemplo: la generación de electricidad, como
método de propulsión de buques, submarinos, aeronaves, satélites, etc …
Fueron los mismos diseños de reactores utilizados para la construcción de
esas bombas, los que se aplicaron en principio para la producción de electricidad. Sería
más tarde, en la década de los 50 y 60, cuando se desarrolló un nuevo tipo de reactor
basado en la utilización de agua pesada como moderador y uranio natural como
combustible, en lugar de uranio enriquecido que utilizaba agua ligera en su diseño.
Posteriormente se han propuesto y desarrollado otros modelos de reactores
nucleares, como por ejemplo:
a) Un reactor de neutrones rápidos, con plutonio como combustible y mercurio como
refrigerante (1946).
32
b) Un reactor rápido o SPX, en el que se puede utilizar como combustible los
radioisótopos de plutonio, torio y el uranio que no son fisibles con neutrones térmicos
(lentos) (1996).
c) Un reactor con una instalación de espalación en la que un acelerador de protones
producirá los neutrones necesarios para mantener la instalación. Diseño conocido como
“sistema asistido por aceleradores” y del que se espera tener el primero construido y en
funcionamiento antes del 2020.
Central Nuclear
Una central nuclear es una central termoeléctrica en la que actúa como caldera un
reactor nuclear. La energía térmica se origina por las reacciones nucleares de fisión en el
combustible nuclear formado por un compuesto de uranio. El combustible nuclear se
encuentra en el interior de una vasija herméticamente cerrada, junto con un sistema de
control de la reacción nuclear y un fluido refrigerante, constituyendo lo que se llama un
reactor nuclear. El calor generado en el combustible del reactor y transmitido después a
un refrigerante se emplea para producir vapor de agua, que acciona el conjunto turbina-
alternador, generando la energía eléctrica.
La central se ha realizado con un diseño específico que prevé estructuras civiles
adecuadas, sistemas duplicados que responden al fallo previsto de uno de ellos y
coeficientes de sobredimensionamiento para resistir el sismo máximo esperable, proteger
contra las radiaciones ionizantes, prevenir los accidentes posibles y mitigar sus
consecuencias. Por este motivo, los edificios de una central nuclear en comparación con
una convencional de similar potencia son mucho más robustos y más grandes para alojar
los sistemas redundantes instalados.
Partes y Funcionamiento de una Central Nuclear
El funcionamiento es el mismo que en una central térmica, la única diferencia es
que en una central nuclear el agua se calienta debido a la energía calorífica producida
durante la fisión nuclear en el reactor. En el reactor se hace fusionar los átomos de
plutonio, de uranio o de radio, liberando mucha energía calorífica que permite la
evaporación del agua presente en las numerosas tuberías que se encuentran alrededor de
la caldera. El vapor de agua adquiere mucha presión, por lo cual se utiliza para mover
33
una turbina conectada al generador. Al girar la turbina se produce la electricidad, que
viaja del generador hasta los transformadores, que elevan la tensión para transportar esta
energía por la red eléctrica hasta los centros de consumo.
Partes de un Reactor
Es la parte de la central donde se produce la fisión de los átomos de uranio Como
en este proceso se libera mucho calor se podría considerar al reactor como el encargado
de provocar la evaporación del agua.
Turbinas: Las turbinas pueden considerarse como la parte más importante de la central
ya que son las encargadas de mover el generador para producir la electricidad.
Generador: Es el encargado de producir la electricidad.
Condensador: Es el encargado de condensar el vapor que se encarga de mover la
turbina para que pueda volver a ser utilizado.
Ventajas de la Energía Nuclear
Un tercio de la energía generada en Europa proviene de la energía nuclear, esto
supone que se emiten 700 millones de toneladas de CO2 y otros contaminantes
generados a partir de la quema de combustibles fósiles.
34
Actualmente se consumen más combustibles fósiles de los que se producen de
modo que en un futuro no muy lejano se agotarían estos recursos. Una de las grandes
ventajas del uso de la energía nuclear es la relación entre la cantidad de combustible
utilizado y la energía obtenida. Esto se traduce, también, en un ahorro en transportes,
residuos, etc.
Al ser una alternativa a los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo,
evitaríamos el problema del llamado calentamiento global, el cual, se cree que tiene una
influencia más que importante con el cambio climático del planeta. Mejoraría la calidad
del aire que respiramos con lo que ello implicaría en el descenso de enfermedades y
calidad de vida.
Sobre éste último punto conviene destacar que lo que realmente tiene una
influencia importante con el calentamiento global son las emisiones provocadas por el
transporte por carretera y que las que generan la generación de energía por combustibles
fósiles son relativamente muy pocas. Aun así, una de las aplicaciones de la energía
nuclear (aunque muy poco utilizada) és convertirla en energía mecánica para el
transporte.
Actualmente la generación de energía eléctrica se realiza mediante reacciones de
fisión nuclear, pero si la fusión nuclear fuera practicable, ofrecería las siguientes
ventajas:
Obtendríamos una fuente de combustible inagotable.
Evitaríamos accidentes en el reactor por las reacciones en cadena que se producen
en las fisiones.
Los residuos generados son mucho menos radiactivos.
Inconvenientes de la Energía Nuclear
El principal inconveniente y lo que la hace más peligrosa es que seguridad en su
uso recae sobre la responsabilidad de las personas. Decisiones irresponsables pueden
provocar accidentes en las centrales nucleares pero, aún mucho peor, se puede utilizar
con fines militares como se demuestra en la historia de la energía nuclear en que la
primera vez que se utilizó la energía nuclear tras las oportunas investigaciones fue para
atacar Japón en la Segunda Guerra Mundial con dos bombas nucleares.
35
A nivel civil, uno de los principales inconvenientes és la generación de residuos
nucleares y la dificultad para gestionarlos ya que tardan muchísimos años en perder su
radiactividad y peligrosidad.
Apenas incide favorablemente en el cambio climático porqué la principal fuente
de emisiones es el transporte por carretera.
En los principales países de producción de energía nuclear para mantener
constante el número de reactores operativos deberían construirse 80 nuevos reactores en
los próximos diez años.
Si bien económicamente es rentable desde el punto de vista del combustible
consumido respecto a la energía obtenida no lo és tanto si se analizan los costes de la
construcción y puesta en marcha de una planta nuclear teniendo en cuenta que, por
ejemplo en España, la vida útil de las plantas nucleares és de 40 años.
Inconvenientes de seguridad incrementados ahora con el terrorismo internacional.
Además de la proliferación de energía nuclear que obligaría a recurrir al plutonio como
combustible.
Aunque los sistemas de seguridad son muy avanzados, las reacciones nucleares
por fisión generan unas reacciones en cadena que si los sistemas de control fallasen
provocarían una explosión radiactiva.
Por otra parte, la energía nuclear de fusión és inviable debido a la dificultad para
calentar el gas a temperaturas tan altas y para mantener un número suficiente de núcleos
durante un tiempo suficiente para obtener una energía liberada superior a la necesaria
para calentar y retener el gas resulta altamente costoso
Uso de la Energía Nuclear
Aunque la energía nuclear se utiliza principalmente para la producción de energía
eléctrica en las centrales nucleares ésta no es la única utilidad de la energía nuclear.
Este tipo de energía aparece en muchos otros aspectos de nuestra vida cuotidiana
y en el campo científico.
La energía nuclear tiene otras aplicaciones en diversos campos:
Aplicaciones industriales: con fines de análisis y control de procesos.
Aplicaciones médicas: en diagnóstico y terapia de enfermedades.
36
Aplicaciones agroalimentarias: en la producción de nuevas especies, tratamientos de
conservación de los alimentos, lucha contra las plagas de insectos y preparación de
vacunas.
Aplicaciones medioambientales: en la determinación de cantidades significativas de
sustancias contaminantes en el entorno natural.
Otras aplicaciones: como la datación, que emplea las propiedades de fijación del
carbono-14 a los huesos, maderas o residuos orgánicos, determinando su edad
cronológica, y los usos en Geofísica y Geoquímica, que aprovechan la existencia de
materiales radiactivos naturales para la fijación de las fechas de los depósitos de rocas,
carbón o petróleo.
Aspectos de la energía nuclear que desarrollamos más extensamente en los siguientes
apartados.
La Energía Nuclear en Venezuela
a. Yacimientos petrolíferos se han estudiado mediante la radiometría
termoluminiscente de radiaciones (DTL) para evaluarla como un método
complementario a los métodos geofísicos y geológicos convencionales. El
propósito de estos estudios es la demarcación de blancos en el yacimiento para el
emplazamiento de pozos, o la extensión de yacimientos en producción.
Teóricamente, la migración vertical a través de la columna geológica
sedimentaria de los radioisótopos gaseosos producidos por el decaimiento de
uranio, debe reflejar la presencia de ambientes reductores en el subsuelo, tales
como, las acumulaciones de hidrocarburos: Estos ambientes reductores fijan el
uranio en el estado de valencia inmóvil +4, creando una relación espacial entre la
señal termoluminiscente en la superficie del suelo y la trampa petrolífera en el
subsuelo
b. Evaluación de DTL como técnica de investigación en la exploración de
yacimientos petrolíferos:
c. Calibración Dosimétrica
El Laboratorio Secundario de Calibración Dosimétrica del , se encarga del control de
calidad y la calibración de instrumentos y haces de radiación.
1.
37
2. Creación de una Maestría en Física Médica
3. Aplicación de la Dosimetría Termoluniscente en el Radiodiagnóstico de Recien
Nacidos
4. Modernización de los Sistemas de Braquiterapia
5. Evaluación de la Calidad de Imagen Diagnóstica en Lesiones de Miembros
Torácicos y Pelvianos de Caballos Pura Sangre en el Servicio de Rayos-X del
Hospital Veterinario del Hipódromo "La Rinconada"
6. Estimación de la Dosis de Radiación Recibida por el Paciente Sometido a
Estudios de Cateterismo Cardíaco y por el Personal que Realiza dichos Estudios.
7. Determinación de la Linealidad de los Factores de Campo en Aceleradores
Lineales Modalidad Fotones. CLINAC 4
Es tarea específica del Laboratorio Secundario de Calibración Dosimétrica (LSCD)
mantener todos sus equipos dentro de las tolerancias establecidas por las
recomendaciones de la Comisión Electrotécnica Internacional en cuanto atañe a patrones
de medición, es decir, cumplir con los controles periódicos para la clasificación para la
certificación de la calidad de sus instrumentos, tener los dosímetros, haces de radiación y
fuentes calibrados, llevar los libros de control (historia) de toda su instrumentación
rigurosamente al día, con el objeto de mantener la exactitud de las mediciones dentro de
los rangos establecidos según su categoría.
Realiza el control de calidad y calibración de equipos de radioterapia: Unidades de
Cobalto 60, Aceleradores Lineales, (modalidad fotones y electrones) y Unidades de
Rayos X de energías baja y media. Inspecciona los ambientes de implantes en
braquiterapia y controla blinajes de fuentes de Cesio-137 y su aplicación en
braquiterapia. Realiza el control de calidad de unidades de Rayos-X en Servicios de
Radiodiagnóstico.
a. La Unidad de Tecnología Nuclear del Instituto Venezolano de Investigaciones
Científicas - IVIC, fue creada en enero de 1991 con el propósito de agrupar los
servicios que dependen de la radiación nuclear en sus actividades y tareas.
El personal de la UTN comprende a investigadores, profesionales y especialistas
asociados a la investigación, estudiantes graduados y asistentes, y personal
administrativo y obrero.
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La Unidad realiza labores de investigación orientada y aplicada, así como labores
de docencia. También presta multitud de servicios de asesoría y asistencia técnica
en las áreas de salud e industria, a organismos oficiales y privados por intermedio
del Centro Tecnológico.
b. Unidad de Tecnología Nuclear
c. Servicio de Ingeniería Nuclear
El Servicio de Ingeniería Nuclear del Instituto Venezolano de Investigaciones
Científicas - IVIC, aplica técnicas para neutrongrafía y preparación de radioisótopos, y es
responsable de la operación del reactor nuclear y de la fuente de Cobalto-60. Además,
desarrolla métodos para la conservación de alimentos mediante la irradiación con rayos
Gamma.
1. Preservación de la Yuca (Manihot esculenta Crantz) mediante combinación de
irradiación con otros métodos.
2. Tolerancia de las Frutas Tropicales a Combinaciones de Métodos de Preservación
y de Control Cuarentenario: Irradiación y Tratamiento Térmico de Melones
3. Uso de Radiación Gamma para el Control de Vidrios en Productos Marinos
4. Promoción del Desarrollo de Actividades en el Uso de las Radiaciones Ionizantes
en el Campo de los Alimentos por parte de Grupos Externos al IVIC.
Esta unidad se ocupa de la esterilización, radurización y tratamiento de mutaciones
de diferentes productos, a través de la utilización de los rayos gamma.
A los fines de mantener y mejorar la productividad de la instalación, ésta jefatura y su
personal se ha dedicado a vender el producto a diferentes empresas públicas y privadas,
obteniéndose un beneficio que ha permitido financiar el diseño, construcción, puesta a
punto y mantenimiento de la nueva consola totalmente digitalizada, más segura y con una
elevada confiabilidad.
La energía nuclear es una forma de energía que se obtiene de la desintegración
(fusión) o integración (fisión) de los átomos. Esta forma de energía es de tal
magnitud que puede generar millones de watios de energía eléctrica en un solo
proceso de fusión o fusión.
Dicha energía se ha utilizado de muchas formas, pero principalmente en la
construcción de armamento altamente destructivo, sin embargo su uso para el beneficio
de la humanidad ha sido muy satisfactorio, implementándose en la medicina, elaboración
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y mantenimiento de alimentos, en el mantenimiento del medio ambiente, en la industria e
investigación, y en la generación de energía eléctrica.
Es de hacer notar, que sin embargo a pesar del uso pacífico que se la ha dado a la
energía nuclear, no se han hecho grandes esfuerzos para liberar a la humanidad del
peligro de las armas nucleares, transformándose de esta forma en un medio de
destrucción masiva.
En el caso de Venezuela la implementación de este tipo de energía no está muy
difundido, ya que solo entes pertenecientes al gobierno nacional, tales como el IVIC, son
los que han manejado el uso de la energía nuclear y su implementación en las áreas de
agricultura, medicina e industria, siendo el IVIC la única organización de investigación
científica en Venezuela que posee un reactor nuclear.
A diferencia de otros países de Latinoamérica tales como Brasil, Argentina y Chile,
donde se han implementado plantas nucleares para producción de energía eléctrica, en
Venezuela no se han hecho grandes esfuerzos para llevar a cabo proyectos de esta
magnitud.
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Conclusión
El viento es un movimiento del aire desde áreas de presión más altas, hacia áreas
de baja presión. Estas diferencias de presión son causadas por diferencias de
temperaturas.
Generalmente, las temperaturas más frías desarrollan presiones más altas, debido
al aire fresco que se desplaza en dirección a la superficie de La Tierra. Las bajas
presiones se forman por el aire caliente que se irradia desde la superficie terrestre. En
resumen, el viento se produce al existir una variación de temperatura entre dos puntos.
La existencia de viento pone a nuestro alcance una energía totalmente renovable,
la energía eólica, aunque siempre estaremos a merced de su variabilidad, lo que nos
obligará en muchos casos a disponer de otras fuentes alternativas para poder mantener un
régimen continuo de consumo.
La energía eólica es de las más antiguas empleadas por el hombre. En sus inicios
el viento solamente era utilizado para ser transformado en energía mecánica, tales como
extracción de agua o en molinos de harina. Hoy día su aplicación más extendida es la
generación de electricidad, ya que ésta puede ser fácilmente distribuida y empleada en la
mayoría de fines.
Es así como podemos concluir que:
El uso de energías limpias y renovables, en particular la energía eólica, no trae
consecuencias nocivas para el medio ambiente; sino muy por el contrario, el
desarrollo de las fuentes alternativas de energía es deseable y necesario.
La energía eólica ha alcanzado su mayoría de edad, tanto tecnológica como
económicamente; utiliza un recurso renovable (el viento) sin generar
contaminación en el aire, agua o suelo.
La energía eólica presenta hoy en día una de las fuentes energéticas más baratas,
competitivas y con una tecnología de explotación muy buena.
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Los modernos aerogeneradores producen electricidad a precios competitivos con
las fuentes energéticas tradicionales.
Su aplicación en zonas aisladas, donde el suministro de energía convencional es
inexistente, mejora notablemente la calidad de vida de sus habitantes.
El viento es una fuente de energía natural, renovable y no contaminante.
En cuanto a la energía Nuclear en la actualidad una planta de energía atómica nueva
es raramente la opción más barata.
Con el sector de la energía habiendo experimentando la desregulación y la
privatización, las tecnologías altamente costosas tales como energía atómica no son las
más atractivas del mercado.
En un mercado libre, la competitividad económica es un factor dominante. Las
unidades nucleares existentes, donde operan y se manejan bien, tienen generalmente una
ventaja económica clara debido a su costo marginal bajo. Los Nuevos proyectos de
reactores, por otra parte, se encontrarán en una situación difícil para ser competitivos.
Deben alcanzar costos de capital más bajos por unidad de capacidad instalada, y costos
totales de la generación más bajos que las alternativas, para ser desplegados con éxito.
Esto puede ser difícil de lograr mientras que las tecnologías nucleares sean tan costosas,
y los precios de los combustibles fósiles sean bajos y se proyecten en aumentos
moderados.
Sin embargo, la energía atómica puede recuperar el margen competitivo que gozó
en los mediados de los años setenta. Hay conceptos innovadores de los reactores, que
pueden resolver el eventual objetivo específico de los costos de capital muy bajos.
Por otra parte, en algunos países las fuentes diversas del combustible fósil son
escasas y/o costosas, y en estas áreas la energía atómica es probable que se tenga una
ventaja económica.
La experiencia adquirida ya en algunos países ha demostrado el potencial de
disminuir en mayor cantidad los costos de la generación de la energía atómica con la
disminución de los costos de inversión, operación y mantenimiento, y el ciclo del
combustible.
Los costos de la planta de energía atómica pueden ser reducidos al mínimo
si existen ciertas condiciones desde principio. Un factor que puede influenciar la
competitividad de la energía atómica en el futuro es las consecuencias para el medio
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ambiente globales de las varias tecnologías de la generación de energía no se internan
totalmente en la actualidad. Si ocurre esto, la energía atómica tendrá probablemente una
graduación económica mejorada por todo el mundo. No está claro, sin embargo, si y
cuándo ocurrirá tal reconocimiento.
Los desafíos para la energía nuclear son: asegurar y demostrar la competitividad
de unidades actualmente en operación a través de la operación y de la administración
eficientes, y la reducción continuada de los costos del ciclo de combustible y para
desarrollar una nueva generación de los reactores que podrían competir con éxito cuando
las unidades existentes tengan que ser sustituidas.
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