TEMA 4 de 2º La energía1.¿Qué es la energía? La energía se encuentra a nuestro alrededor y hacemos uso de ella a diario. Por ejemplo, al caminar o realizar cualquier actividad física, ponemos en acción los músculos del cuerpo que consumen energía para que nos podamos mover. Asimismo, al subir la persiana, la energía del Sol entra a través de la ventana y calienta el aire de la habitación. También al encender la luz, la energía eléctrica llega a través del tendido eléctrico a la bombilla. En definitiva, ningún ser vivo podría subsistir sin energía y nuestra sociedad es cada vez más dependiente de ella.

Los rayos de Sol que entran por la ventana proveen de energía luminosa (luz) y energía calorífica (calor).

La energía es la capacidad que tienen los cuerpos o sistemas materiales de transferir calor o de realizar un trabajo, de modo que, a medida que un cuerpo o un sistema material transfiere calor o realiza un trabajo, su energía disminuye.

La energía es aquello que se intercambia cuando se produce algún tipo de cambio, ya sea físico o químico. Por eso, decimos que es una propiedad que se manifiesta en las transformaciones. Por ejemplo, si ponemos un cazo con agua a calentar, observamos que al cabo de un rato el líquido comienza a hervir. Aquí se ha producido un cambio de estado gracias al calor transferido al agua..

Asimismo, la gasolina arde en el motor de un coche y hace que este avance. La transformación en este caso es una reacción química, cuya energía se transfiere al mecanismo que mueve el vehículo.

Recuerda Los cambios físicos son aquellos en los que no se modifica la naturaleza de la materia. Por ejemplo, el agua puede sufrir un cambio de estado, pero sigue siendo la misma sustancia, agua. Por otro lado, los cambios químicos son aquellos en que una sustancia se transforma en otra diferente. Por ejemplo, en el motor de un automóvil ocurre una reacción química llamada combustión, en la cual la gasolina y el oxígeno se transforman en dióxido de carbono y agua, dos sustancias completamente distintas a las iniciales.

La energía está asociada a los cambios que experimenta la materia, como el cambio de estado del agua o la combustión de la gasolina.

La energía es una magnitud física y en el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide en julios (J). Hay otras unidades que, aunque no pertenecen a este sistema, también son muy utilizadas, como la caloría (cal), que suele usarse para indicar el contenido energético de los alimentos, y su múltiplo, la Kilocaloría (Kcal) (1 Kcal = 1000 cal), y el kilovatio-hora (kWh), que es la unidad con que se mide la electricidad consumida en nuestras casas. La equivalencia entre estas unidades es: 1 cal = 4,18 J y 1 kWh = 3,6 • 106 J.

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Actividad 4

2. Las características de la energía

La energía tiene unas propiedades muy útiles que los humanos aprovechamos en numerosos dispositivos y máquinas para realizar diversas actividades: -Se conserva: la energía no aparece de la nada ni desaparece. En toda

transformación, la energía que pierde un cuerpo, la gana otro. Esta es una ley general que se conoce como principio de conservación de la energía y expresa que en cualquier intercambio, la energía total de un sistema se transforma de una forma en otra pero siempre se conserva: ni se crea ni se destruye.

-Se transforma: la energía se puede convertir de una forma en otra. Por

ejemplo, en una central hidroeléctrica la energía mecánica del agua se transforma en energía eléctrica y esta, a su vez, se transforma en energía química cuando cargamos la batería de un teléfono móvil.

-Se transfiere: la energía puede pasar de un cuerpo a otro. Esto se

conoce como transferencia de energía y puede ocurrir de dos formas: como calor o como trabajo. El gas que arde en el fogón de la cocina transfiere calor a un cazo con agua. La gasolina que arde en el motor de un coche transfiere trabajo a las ruedas del coche haciendo que se desplace. El calor y el trabajo son energía en tránsito.

-Se almacena: la energía se puede almacenar, por ejemplo, en las

baterías y en las pilas. Los cuerpos poseen mayor o menor cantidad de energía. A mayor energía, mayor será también su capacidad para provocar cambios.

-Se degrada: en todos los procesos hay una parte de energía que se transforma en otra no aprovechable para provocar una nueva transformación, por eso se dice que se ha degradado. Por ejemplo, podríamos aprovechar la luz de una bombilla eléctrica para transformarla en otra forma de energía, pero no el calor que disipa a su alrededor.

Recuerda En física, el trabajo supone siempre el desplazamiento de un cuerpo.

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3. Los tipos de energía La energía se manifiesta de muchas formas distintas según el tipo de transformaciones en las que interviene, así tenemos energía mecánica, eléctrica, térmica, radiante, química y nuclear. ko foreach: NotasProfesor /ko ko template: { 'name': 'section1' , foreach: Children } ko if: (Id)

3.1. La energía mecánica La energía mecánica se manifiesta cuando un cuerpo sufre cambios en su movimiento o en su posición respecto al suelo. Se subdivide en cinética y potencial gravitatoria y potencial elástica. Los cuerpos que se encuentran en movimiento tienen energía cinética y los que se encuentran a una cierta altura tienen energía potencial gravitatoria.

La Energía cinética es la energía asociada a los cuerpos que se encuentran en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo. Ej.: El viento al mover las aspas de un molino.

! La energía cinética, Ec, se mide en julios (J), la masa m, se mide en kilogramos (kg) y la velocidad, v, en metros/segundo (m/s).

La Energía potencial es la energía que tiene un cuerpo situado a una determinada altura sobre el suelo. Ej.: El agua embalsada, que se manifiesta al caer y mover la hélice de una turbina.

!

La energía potencial, Ep, se mide en julios (J), la masa, m se mide en kilogramos (kg), la aceleración de la gravedad, g, en metros/segundo-cuadrado (m/s2) y la altura, h, en metros (m).

Cuando montamos en la montaña rusa, la energía potencial gravitatoria del tren situado en lo alto se transforma en energía cinética a medida que baja por los rieles. Cuando el tren vuelve a subir, la energía cinética se vuelve a transformar en energía potencial y por ello disminuye su velocidad a medida que gana altura.

El tren en la montaña rusa acumula energía potencial para poder realizar el recorrido.

Profundiza: La energía cinética y la potencial. Animación.

Energía mecánica Tipo de energía que se debe al movimiento, o energía cinética, y la posición de los cuerpos, o energía potencial. Por lo tanto, la energía mecánica está formada por la suma de la energía cinética y la energía potencial. Si se consiguiera un sistema en el que no existieran pérdidas de energía, una de ellas proporcionaría energía a la otra, es decir, se retroalimentaría de forma autónoma.

Energía cinética Energía que produce un cuerpo cuando está en movimiento. Cuanto mayor es la masa y la velocidad del cuerpo, mayor es su energía cinética. En un sistema en el que no se produjera ni rozamiento ni fricción, la energía cinética de un cuerpo se mantendría constante y sin pérdidas, siempre y cuando se moviese de forma continuada por una superficie plana. Energía potencial Energía que tiene un cuerpo por su posición en el espacio. La energía potencial gravitatoria aumenta a medida que el cuerpo va ganando altura. A más altura, más energía potencial. La energía potencial puede transformarse

en energía cinética y viceversa. Al caer un cuerpo, la energía potencial se convierte en cinética porque, a medida que cae, el cuerpo va ganando velocidad.

Proyecto Newton: la energía mecánica. http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/energia/mecanica.htm?1&3

3.2. La energía eléctrica. La energía eléctrica es una de las más importantes en la vida diaria. La usamos para hacer funcionar el teléfono móvil, los ordenadores, la lavadora, el secador de pelo, el televisor, etc. Además, se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas a través de un cable conductor. Se puede transmitir de un punto a otro y es muy versátil, ya que puede transformarse en muchas otras formas, por ejemplo, en energía térmica (secador de pelo), luminosa (bombilla), mecánica (lavadora), etc.

3.3. La energía térmica. La energía térmica se libera en forma de calor, por ejemplo, cuando la usamos para cocinar o para calentar una habitación con una estufa. También la aprovechamos a través del calor que nos llega del Sol. La energía térmica está asociada a los movimientos de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo tiene más energía térmica cuanto mayor es su temperatura.

El calor y la temperatura El calor es la transferencia de energía térmica de un cuerpo con mayor temperatura a otro más frío. Es, por tanto, energía y se mide en julios (J). Por su parte, la temperatura es una propiedad de la materia que indica el contenido de energía térmica de un cuerpo. Se mide en grados Celsius (ºC) o kelvin (K).

3.4. La Energía radianteLa luz del Sol es energía radiante, y también las ondas de radio y televisión, las de los hornos microondas y los rayos X con que nos hacen las radiografías. La característica principal de este tipo de energía es que se puede transmitir en el vacío mediante ondas electromagnéticas.

3.5. La energía química. La energía química se manifiesta en las reacciones químicas. Por ejemplo, mediante la digestión aprovechamos la energía química contenida en los alimentos. Un automóvil funciona gracias a la energía química del combustible, la cual se manifiesta al quemarse el combustible en el motor. Una pila o una batería también poseen este tipo de energía.

3.6. La energía nuclear. La energía nuclear es la almacenada en el núcleo de algunos átomos como el uranio o el plutonio, y se manifiesta en las reacciones nucleares denominadas fisión y fusión: -La fisión es el proceso mediante el cual un átomo grande, como el de

uranio, se desintegra dividiéndose en dos más pequeños y liberando una gran cantidad de energía. Este proceso se lleva a cabo de forma controlada en las centrales nucleares productoras de electricidad.

-La fusión nuclear es el proceso mediante el cual los núcleos de dos

átomos pequeños se unen para formar uno más pesado. La energía del Sol proviene de la fusión de átomos de hidrógeno en su interior.

La Fisión nuclear consiste en la fragmentación de un núcleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en otros dos núcleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutrones. Los neutrones que se desprenden en la fisión pueden romper otros núcleos y desencadenar nuevas fisiones en las que se liberan otros neutrones que

vuelven a repetir el proceso y así sucesivamente, este proceso se llama reacción en cadena.

La Fusión nuclear consiste en la unión de varios núcleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) para formar otro más "pesado" y estable, con gran desprendimiento de energía. Para que los núcleos ligeros se unan, hay que vencer las fuerzas de repulsión que hay entre ellos. Por eso, para iniciar este proceso hay que suministrar energía (estos procesos se suelen producir a temperaturas muy elevadas, de millones de ºC, como en las estrellas).

Profundiza. La energía nuclear. Imágenes.

Energía nuclear Energía que se encuentra almacenada en el núcleo de los átomos y que se extrae a través de la fusión y de la fisión nuclear. Núcleo atómico Parte central de los átomos. Está formado por los protones y neutrones, y es la parte donde se concentra casi toda la masa del átomo. A su alrededor se encuentra la nube de electrones. Átomo Se denomina así a la partícula más pequeña que conforma una sustancia cualquiera y que conserva todas sus características físicas y químicas. Fusión nuclear En la fusión nuclear, dos núcleos de carga similar se unen formando un núcleo más pesado. Esta unión libera una gran cantidad de energía. La fusión nuclear se da de forma natural en las estrellas.

Fisión nuclear En la fisión nuclear, un núcleo pesado se separa dando lugar a dos núcleos más pequeños. En este proceso libera neutrones y grandes cantidades de energía. La fisión nuclear se usa para obtener energía en las centrales nucleares y fabricar bombas nucleares. Uranio Metal que constituye la materia prima de las centrales nucleares. Es altamente radiactivo y sus residuos tardan muchos años en neutralizarse. Representa un serio peligro para la salud de los seres vivos y para el medio ambiente. Radiactividad Propiedad que presentan determinadas sustancias de emitir radiaciones capaces de penetrar en cuerpos opacos e ionizar el aire. Residuos radiactivos Son los materiales sobrantes que se generan en el ciclo nuclear, desde el momento de su extracción hasta su desecho una vez utilizados en las centrales nucleares. Contienen elementos químicos radiactivos y la mayor proporción la compone el subproducto del proceso nuclear realizado en los reactores nucleares por medio de la fisión nuclear. Se almacenan apartados del entorno humano aislados por un sistema de barreras que impiden el contacto de los mismos no solo con personas, sino con agua subterránea o agua de lluvia, que podrían devolver la radiactividad al medio ambiente. Central nuclear Las centrales nucleares son plantas de producción de energía eléctrica que utilizan los combustibles nucleares, plutonio o uranio, como fuente de energía. Sus reacciones nucleares proporcionan calor a un sistema que, a través del vapor de agua, generadores y turbinas, transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Las centrales nucleares necesitan unos sistemas de control muy estrictos para contener toda la radiación que se desprende de sus reacciones. Funcionamiento de la central nuclear La energía nuclear de los átomos produce energía térmica que calienta el agua hasta transformarla en vapor de agua. La energía cinética del vapor de agua mueve unas turbinas conectadas a un generador, que produce la energía eléctrica. El vapor de agua se vuelve a enfriar gracias a un sistema de refrigeración basado en un circuito de agua que libera calor en las grandes torres de refrigeración.

Busca más información sobre la energía nuclear [ver] y el funcionamiento de las centrales nucleares [ver] en la página web de la Gran Enciclopedia Planeta. También debes consultar la página web del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio [ver]. Además, también te proporcionan mapas y listas de las centrales nucleares instaladas en el territorio español y en el resto del

mundo [ver]. En cuanto al ámbito europeo, consulta la página web de la Comunidad Europea en la que se recogen las leyes y normativas europeas sobre la energía nuclear [ver].

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4. Las fuentes de energía.

Las fuentes de energía son los recursos naturales de los cuales obtenemos energía para producir electricidad, hacer funcionar las máquinas o calentar nuestras casas. Se clasifican en renovables, llamadas así porque no se agotan o se regeneran de forma natural, y no renovables, las cuales existen en cantidades limitadas y no se pueden reponer a corto plazo, por lo que el consumo puede llegar a agotar las existencias.

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4.1. Las fuentes de energía renovable. Las fuentes de energía renovables se consideran limpias o no contaminantes porque causan un impacto ambiental mínimo. El ser humano las ha utilizado desde la antigüedad, por ejemplo en los molinos de agua o viento, y en la navegación a vela. Sin embargo, a finales del siglo XX se comenzó a pensar en ellas como una alternativa a las tradicionales, como el petróleo o el carbón.

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4.1.1. La energía solar. El Sol es la mayor fuente de energía de la Tierra y da origen a la mayoría de las otras fuentes de energía. La aprovechamos como fuente de calor para calentar el agua, mediante paneles solares térmicos, o para producir electricidad, mediante placas fotovoltaicas y heliostatos: -Los paneles solares o térmicos tienen en su interior unas tuberías por

donde circula un fluido que se calienta al ser expuesto a la luz solar. Luego este calor se transfiere al agua que circula por el sistema de calefacción de la casa.

-Las placas fotovoltaicas son capaces de transformar directamente la

energía solar en eléctrica y se emplean en las centrales

fotovoltaicas. Otro tipo de centrales productoras de electricidad son las termosolares, las cuales utilizan heliostatos, que son grandes espejos que concentran la radiación solar. Esta es utilizada para calentar agua y transformarla en vapor, que mueve una turbina conectada a un generador y produce electricidad. Fíjate cómo funcionan las centrales termosolares en esta animación de la Fundación Eroski [ver].

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2007/02/18/159944.php

Una de las ventajas de la energía solar es que se genera en el mismo lugar donde se consume y una de sus desventajas es la intermitencia, por lo que hay que almacenarla para disponer de energía por la noche o en los días nublados.

Placas fotovoltaicas usadas para la generación de energía eléctrica en una central fotovoltaica.

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4.1.2. La energía eólica.

El calentamiento desigual de las masas de aire en la atmósfera hace que estas se desplacen de un punto a otro y originen los vientos. La energía eólica aprovecha la energía cinética del viento, que es aire en movimiento. La energía eólica se transforma en energía eléctrica mediante unos dispositivos llamados aerogeneradores, que se agrupan en parques o centrales eólicas situados en zonas con rachas de vientos constantes. Las palas de los aerogeneradores están conectadas a un eje que hace funcionar un generador de electricidad. La energía eólica no contamina y es inagotable, pero tiene como inconveniente su intermitencia, ya que está sujeta a las ráfagas de viento. Además, los aerogeneradores provocan un gran impacto visual y pueden interferir en las rutas migratorias de las aves.

Los aerogeneradores transforman la energía eólica o del viento en energía eléctrica. Se agrupan en parques o centrales eólicas.

Profundiza. La energía eólica. Video.Energía eólica

Energía que se obtiene a partir de la energía cinética del viento, que es generada por el calor de los rayos del Sol. Esta energía ha sido usada a lo largo de la historia como medio de transporte en los barcos y para mover mecanismos en los molinos. En la actualidad, se usa para transformarla en energía eléctrica en los aerogeneradores de las centrales eólicos. Molino Mecanismo movido por la fuerza del viento que, originalmente, se usaba para moler el grano. Hoy día, se usa la palabra molino para designar cualquier mecanismo que utiliza la fuerza del viento para funcionar. Aerogenerador Generador eléctrico movido por la energía eólica. Los aerogeneradores se componen de tres elementos: - Aspas, que captan la energía eólica. - Góndola, que alberga el generador que convierte la energía cinética en energía eléctrica. - Torre, en cuyo punto más alto se instalan las aspas y la góndola. Los aerogeneradores se encuentran en las centrales eólicas, que son extensiones de terreno en las que la incidencia del viento es destacada durante la mayor parte del año. Central eólica Conjunto de aerogeneradores que se sitúan en zonas con vientos constantes para aprovechar la energía del viento y transformarla en energía eléctrica. Las centrales eólicas se pueden situar en tierra firme o en el mar. Consulta la Gran Enciclopedia Planeta, que te ofrece información sobre las centrales eólicas en su página web [ver]. Además, puedes consultar el Atlas eólico de España que muestra el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) en su página web [ver]. Y conseguir más información y datos sobre la energía eólica en España en la página oficial de la Asociación Empresarial Eólica [ver] y en la página web de Infoeólica [ver]. http://www.infoeolica.com

Central eólica

Una central eólica es una instalación que utiliza la energía cinética de los movimientos de las masas de aire para producir energía eléctrica, mediante generadores accionados por la fuerza del viento. COMPONENTES En una central eólica se distinguen tres grupos de componentes: en primer lugar, los elementos para la captación de la energía mecánica del viento, constituidos por distintos tipos de rotores, hélices o turbinas, a los que se añaden los correspondientes sistemas de transmisión mecánica, orientación y regulación; en segundo lugar se incluyen los conversores, que transforman en electricidad el movimiento transmitido por el eje del rotor, junto con los dispositivos para la acumulación, transformación y distribución de la

energía obtenida; y, en tercer lugar, los elementos estructurales para el soporte, fijación y protección de los componentes restantes. TIPOS Los sistemas de captación eólica se clasifican, según el tipo de mecanismo de captación, en sistemas de eje vertical y en aerogeneradores de eje horizontal. • Eje vertical Esta tecnología presenta las ventajas de no necesitar mecanismo de orientación y de permitir la instalación del conversor eléctrico en tierra. Los más comunes son los generadores Darrieus, formados por dos o tres palas en arco vertical, y Savonius, que consisten en un cilindro dividido en dos mitades helicoidales o con forma de S.E. ambos casos, las características aerodinámicas permiten aprovechar el viento dentro de una banda amplia de velocidad, por lo que son especialmente adecuados para las pequeñas instalaciones autónomas, con potencias inferiores a 50 kW.S. rendimiento es menor que el de los sistemas de eje horizontal y es necesario motorizar el aerogenerador para su arranque. • Eje horizontal Utilizan hélices con dos, tres o más palas, que pueden llegar hasta los 100 m de longitud, montadas sobre torres. Obtienen su mejor rendimiento con vientos medios o fuertes y deben orientarse frontalmente hacia la dirección desde donde sopla el viento. Pueden suministrar, en función de sus dimensiones, una gama de potencias que comprende desde 0,5 kW hasta valores por encima de 1 MW. Sus principales inconvenientes son la complejidad de su construcción, la necesidad de corregir su orientación en función de los cambios del viento y la fatiga de la estructura, por las tensiones y vibraciones constantes a las que se encuentra sometida. RENDIMIENTO La energía obtenida depende de la potencia del viento que pasa a través de los rotores, que es proporcional a la superficie barrida por las palas y a la densidad y velocidad del aire. Además de ello, cada modelo queda caracterizado por una curva de potencia, gráfica que relaciona la energía eléctrica que puede generar de forma efectiva con el rango de las velocidades dentro del cual es operativo. • Instalaciones Las centrales eólicas para el suministro a una red comercial están constituidas por grandes parques, en los que se erige un número variable de aerogeneradores. La elección de los emplazamientos tiene en cuenta, sobre todo, la constancia y regularidad de los vientos, cuya velocidad media ha de ser superior a los 30 km/h, aunque la mejora en el diseño aerodinámico de los rotores tiende a reducir la importancia de este requisito. Las regiones más adecuadas suelen encontrarse en las costas, en las grandes llanuras y en las cimas de sierras y montañas, donde pueden tener diferentes impactos sobre el paisaje y el medio natural. © Editorial Planeta S. A. , 2014. Todos los derechos reservados. 4.1.3. La energía del agua Antiguamente, la energía del agua de los ríos se utilizaba para mover los molinos. Esta misma idea es la que se aplica en la actualidad para aprovechar la energía mecánica del agua de los ríos y mares, y transformarla en energía eléctrica en tres tipos de centrales: hidroeléctricas, mareomotrices y undimotrices. Se caracterizan por:

-Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía mecánica del agua acumulada en embalses. Para ello, se construyen presas que retienen el agua del río a gran altura. Al abrir las compuertas de la presa, el agua cae y su energía cinética se utiliza para mover los dispositivos que generan electricidad.

-Las centrales mareomotrices aprovechan los movimientos de ascenso

y descenso del agua del mar durante las mareas. -Las centrales undimotrices utilizan la energía cinética de las olas para

producir electricidad. Observa cómo funcionan tanto una central mareomotriz como una undimotriz en esta animación de la Fundación Eroski [ver].

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/02/23/140205.php

La energía hidráulica depende mucho de la disponibilidad hídrica y los embalses de las centrales hidroeléctricas alteran el caudal de los ríos, lo que afecta a la fauna y la flora de los alrededores.

Profundiza. La energía del agua. Central eléctrica. Animación. Energía hidráulica Energía que se aprovecha de las energías cinética y potencial de las corrientes de agua o de los mares. Esta energía se usa para conseguir energía eléctrica de una forma limpia y renovable en las centrales hidroeléctricas y mareomotrices. Central hidroeléctrica Central eléctrica que usa la energía hidráulica de los ríos y los embalses para obtener energía eléctrica. El agua pasa a través de unas turbinas que transmiten la energía a un generador, que la transforma en energía eléctrica. Para aprovechar mejor la energía hidráulica, estas centrales hidroeléctricas se construyen en presas. Central mareomotriz Central eléctrica que utiliza la energía hidráulica del movimiento del agua del mar durante las mareas para obtener energía eléctrica. El cambio de altura del agua que se produce como consecuencia de las mareas se usa para mover las turbinas que generan electricidad. Además, también pueden utilizarse la fuerza de las olas y las corrientes marinas.

Amplía la información sobre centrales hidroeléctricas en la página web de la Gran Enciclopedia Planeta [ver]. Además, busca información sobre la energía hidroeléctrica en el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) [ver]. Para finalizar, consulta un mapa de las centrales hidroeléctricas

españolas en la página web de Unesa [ver]. En cuanto a las energías del mar, también en la página web del IDAE [ver] puedes obtener información sobre la energía mareomotriz.

LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA La energía hidroeléctrica es un tipo de recurso renovable que consiste en el aprovechamiento energético de la caída de masas de agua de los ríos, producida por los desniveles que hay de forma natural en éstos o por los que se pueden fabricar artificialmente. Este tipo de energía tiene un peso relativamente importante en la estructura energética de muchos países y, mediante la construcción de la infraestructura necesaria para su utilización, permite generar, de manera limpia y con un elevado grado de autonomía, energía eléctrica sin consumo de combustibles de origen fósil. • Las centrales hidroeléctricas Son instalaciones en las que se transforma la energía potencial del agua embalsada en energía cinética al poner el agua en movimiento. Cuando esta agua llega a las turbinas, la energía cinética se transforma en energía eléctrica. Las partes principales de una central hidroeléctrica son: — La presa: Es la encargada de almacenar el agua y de provocar una elevación del

nivel que permita canalizarla para su utilización hidroeléctrica. — E l canal de derivación: Es el conducto que canaliza el agua desde el embalse. Éste puede ser abierto, como los que se construyen siguiendo la ladera de una montaña, o cerrado, a través de túneles excavados.

— La cámara de presión: Es el punto de unión del canal de derivación con el conducto de presión. En esta cámara se instala la chimenea de equilibrio, que consiste en un depósito de compensación cuya misión es evitar las variaciones bruscas de presión causadas por las fluctuaciones del caudal de agua, las cuales se conocen con el nombre de golpe de ariete.

— El conducto de presión: Se encarga de conducir el agua hasta la cámara de turbinas. Los conductos de este tipo se construyen de diversos materiales en función de las presiones que han de soportar.

— La cámara de turbinas: Es la zona donde se instalan las turbinas y los alternadores. Las turbinas son máquinas compuestas esencialmente por un rodillo con palas unidas a un eje central giratorio. Su misión es transformar la energía cinética del agua en energía cinética de rotación del eje. El alternador, cuyo eje es la prolongación del eje de una turbina, transforma la energía cinética de rotación del eje en energía eléctrica.

— El canal de desagüe: Se encarga de devolver al río el agua utilizada en las turbinas. Como esta agua sale a gran velocidad, se protegen las salidas y las paredes laterales con refuerzos de hormigón para evitar la erosión, que pondría en peligro la presa.

— El parque de transformadores: Los alternadores actuales generan energía eléctrica a una tensión inferior a 20.000 V. En estas condiciones se producirían pérdidas considerables de energía en el transporte de la electricidad a largas distancias. Para evitarlo se necesita elevar la tensión a valores superiores; de esta forma, la intensidad de la corriente disminuye y, junto con ella, también la pérdida de potencia.

El aprovechamiento energético de los saltos de agua se consigue gracias a la presión generada por la diferencia de altura y el caudal disponible. Por lo tanto, la potencia de una central hidroeléctrica viene determinada, en primera instancia, por la relación: P = C h,

donde P es la potencia medida en kilográmetros por segundo (1 kgm/s = 9,8 W), C es el caudal medido en litros por segundo y h es la altura en metros. • Las minicentrales hidroeléctricas Dentro de las instalaciones hidroeléctricas tienen una enorme importancia las llamadas centrales de pequeña potencia o minicentrales hidroeléctricas. Este tipo de centrales ofrece la ventaja de no precisar de grandes embalses reguladores y, por consiguiente, su construcción presenta un bajo impacto ambiental. En España, desde 1994, la legislación considera minicentral hidroeléctrica aquella con una potencia instalada inferior a 10 MW. En la Unión Europea, el peso de las minicentrales hidroeléctricas se ha incrementado debido, principalmente, a la construcción de nuevas minicentrales que aprovechan cursos de agua no explotados y a la modernización o recuperación de minicentrales que tenían estructuras obsoletas o habían quedado fuera del circuito de explotación.

TIPOS DE MINICENTRALES HIDROELÉCTRICAS Aunque existen muchos tipos de minicentrales hidroeléctricas, éstas pueden clasificarse en tres grandes grupos: — Centrales a pie de presa: En éstas, las aportaciones de agua de uno o varios

ríos quedan almacenadas en un embalse. En algunos casos estos embalses se utilizan para el riego o para el abastecimiento de agua a las poblaciones próximas mediante el uso de sistemas de regulación temporal. Este tipo de minicentrales a pie de presa necesita, además, la construcción de una tubería de tiro forzado entre la presa y la minicentral, con el adecuado equipamiento electromecánico.

— Centrales de agua fluyente: En ellas, una parte del agua del río es captada mediante una obra hidráulica que permite enviar el agua almacenada a las turbinas de la minicentral. Posteriormente, el caudal de agua utilizado se devuelve al cauce del río. En este tipo de minicentrales es necesario construir un muro especial, llamado azud, que permite la retención del caudal de agua.

— Centrales en canal de abastecimiento o de riego: Se distinguen dos variantes: en la primera, el desnivel se halla en el mismo canal de utilización y se aprovecha mediante una tubería de conducción rápida que envía el agua a la central devolviéndola, posteriormente, al curso normal del canal. En la segunda variante, el desnivel se halla entre el curso del río y el propio canal y la central se instala en una zona cercana al río y se turbinan las aguas del canal.

• Tipos de azudes y de presas La función de un azud es provocar un remanso en el río para poder captar una parte del agua que va a ser utilizada en la minicentral. En general, se trata de muros dispuestos transversalmente al curso del agua y que no originan elevaciones importantes de su nivel. El agua que no es utilizada sigue su curso normal, después de salir por un aliviadero. Se pueden construir azudes de hormigón, de ladrillo y de escollera revestida de hormigón. La estructura del azud debe ser cuidadosamente estudiada para poder resistir el empuje del agua del río. Existe una diferencia importante entre un azud y una presa convencional: ésta provoca una elevación muy grande del nivel del río que obliga a la construcción de un embalse, cosa que no ocurre con un azud. Las presas pueden ser, según las características técnicas utilizadas para aguantar el empuje hidrostático, de varios tipos: — Presa de gravedad: El empuje del agua es contrarrestado por el propio peso de

la presa y, por consiguiente, las presas de gravedad se caracterizan por su gran grosor.

— Presa en arco: El empuje del agua se transmite a los terrenos laterales, por lo cual, estas presas se suelen construir en cauces estrechos rodeados de paredes rocosas que puedan resistir el empuje hidrostático.

• Tipos de turbinas La turbina es un elemento mecánico que, aprovechando la energía cinética del agua que llega a la minicentral, produce un movimiento de rotación. Este movimiento, transferido mediante un eje al alternador, originará una corriente de inducción que se enviará a las distintas zonas de consumo.

Atendiendo a su funcionamiento y a la forma de sus palas o álabes se pueden distinguir tres grandes tipos de turbinas: — La turbina Kaplan: En ella, los álabes, de forma y estructura parecidas a los de

una hélice marina, giran bajo la presión del agua. Este tipo de turbinas es muy utilizado en los saltos de agua de poca altura.

— La turbina Pelton: Es característica de un tipo de turbinas llamadas turbinas de acción y funciona de manera parecida a las antiguas ruedas utilizadas en la propulsión de los barcos de vapor. Sus palas, en forma de cuchara, se encuentran alojadas sobre la circunferencia exterior de una rueda. De manera análoga a la turbina Kaplan, aprovecha la presión que ejerce el agua sobre las palas pero, a diferencia de ésta, el movimiento del agua no es paralelo al eje de rotación, ya que, mediante una o más bocas, es dirigido contra las cucharas en dirección perpendicular al eje de rotación de la turbina. Se emplea en instalaciones hidroeléctricas de salto elevado y de poco caudal.

— La turbina Francis: Se adapta muy bien para distintos saltos de agua y

caudales y pertenece al tipo de las llamadas turbinas de reacción, en las cuales el agua fluye a través del rotor. Consta de dos discos, uno alojado dentro del otro, en cuyos bordes se colocan los álabes. Uno de los discos, el estator, es fijo y el otro, el rotor, puede girar libremente. El agua fluye de forma radial del centro al exterior, o viceversa. El funcionamiento de este tipo de turbina recuerda el de los aspersores de riego, en los cuales, el movimiento de rotación se provoca mediante una corriente de agua que, a través de dos brazos curvos, fluye radialmente hacia el exterior.

Un alternador de una minicentral hidroeléctrica es un tipo de generador que transforma la energía cinética de rotación en energía eléctrica. Su funcionamiento se basa en la inducción electromagnética, es decir, en la generación de corriente eléctrica en un circuito que se mueve en el interior de un campo magnético.

IMPACTO SOBRE EL MEDIO AMBIENTE La construcción de una minicentral hidroeléctrica puede originar un impacto medioambiental que debe ser analizado para establecer, en el proceso de construcción y posterior funcionamiento de la minicentral, los planes de actuación con las medidas de corrección adecuadas. Presenta un mínimo impacto ambiental si se compara, especialmente, con la generación de electricidad mediante combustibles de origen fósil. Además no emite CO2 a la atmósfera y, por consiguiente, no contribuye al aumento del efecto invernadero. Tampoco hay emisión de óxidos de nitrógeno y de azufre y, por lo tanto, no origina lluvia ácida. En los casos de minicentrales construidas a pie de presa o que aprovechan sistemas de abastecimiento de agua de antiguas instalaciones en desuso, los posibles impactos son prácticamente nulos. © Editorial Planeta S. A. , 2014. Todos los derechos reservados.

4.1.4. La energía geotérmica. Las rocas fundidas en las profundidades de la Tierra se encuentran a elevadísima temperatura y acumulan enormes cantidades de energía térmica. En determinadas zonas del planeta, este calor del interior de la Tierra se transmite hacia la corteza terrestre y se conoce como energía geotérmica. Las aguas subterráneas situadas en estos lugares se calientan, incluso hasta llegar a la ebullición, y afloran a la superficie como aguas termales, que se utilizan en sistemas de calefacción. También se realizan perforaciones a gran profundidad, para extraer el vapor y hacer que mueva una turbina para generar electricidad en las centrales geotérmicas. Una de las ventajas de este tipo de energía es el bajo coste de las instalaciones y su mínimo impacto ambiental, pero, en cambio, tiene la desventaja de que no se puede transportar.

Profundiza. La energía geotérmica. Imágenes. Energía geotérmica

Es la energía térmica que proviene del magma que se encuentra en el interior de la Tierra y que calienta acuíferos subterráneos a grandes temperaturas. Central geotérmica Planta energética donde se utiliza la energía geotérmica como fuente de energía para generar electricidad. Existen dos tipos de yacimientos de energía geotérmica en función de la temperatura del acuífero: Acuífero de baja energía Estos yacimientos se utilizan para uso doméstico. Son acuíferos de agua caliente (entre 60 y 90 ºC), que no llega a convertirse en vapor de agua. Para acceder a ellos, se practican dos perforaciones en la corteza terrestre. Por estas se introducen: - La tubería de alimentación de agua caliente que va del acuífero a la instalación. - La tubería por la que se devuelve el agua al acuífero, a menor temperatura. Ambas tuberías pasan el agua por unos intercambiadores de calor que transmiten la energía del sistema más caliente al menos caliente. Acuífero de alta energía Estos yacimientos alimentan centrales térmicas. En ellos, la temperatura es tan elevada que el agua sale en forma de vapor. Este acciona una turbina que va conectada a un alternador y así se produce energía eléctrica. Aguas termales Aguas que salen al exterior con una temperatura más elevada que la de la superficie. Provienen de acuíferos subterráneos que se encuentran a elevadas temperaturas producidas por la desintegración de productos radiactivos del interior de la Tierra. Durante la historia, estas aguas se han aprovechado en forma de termas y baños termales.

Consulta el interactivo del Proyecto Biosfera del Ministerio de Educación sobre el aprovechamiento de la energía geotérmica [ver]. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/corteza/Energia%20geotermal.swf Además, infórmate en el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) sobre la energía geotérmica [ver]. Finalmente, consulta en la página web de la Gran Enciclopedia Planeta el mapa donde se indican los principales países productores de energía geotérmica y las zonas geotérmicas de explotación [ver].

4.1.5. La energía de la biomasa.

Mediante la fotosíntesis las plantas convierten la energía solar en materia orgánica, que, a través de la cadena alimentaria, pasa a formar parte del resto de seres vivos. La energía de la biomasa se fundamenta en aprovechar la materia orgánica procedente de los residuos de explotaciones ganaderas, agrícolas y forestales, de los desechos de jardines, parques y bosques, y también de los cultivos destinados especialmente a la obtención de biomasa, que reciben el nombre de cultivos energéticos. Toda esta materia se quema para producir energía térmica, se transforma en otros combustibles, como alcohol y biogás, o se usa

para generar electricidad en las centrales de biomasa.

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4.2. Las fuentes no renovables. A partir de la revolución industrial, la demanda de energía creció de manera notable y se empezaron a consumir grandes cantidades de combustibles fósiles. En la actualidad representan casi el 80 % del consumo de energía mundial. Estos recursos se encuentran de forma limitada en la naturaleza y su uso indiscriminado acabará por agotarlos.

4.2.1. Los combustibles fósiles. Los combustibles fósiles, como el carbón, el petróleo y el gas natural, se formaron hace millones de años a partir de los restos de plantas y animales depositados en el fondo de antiguos mares y pantanos. Estos

se mezclaron con otros sedimentos y sufrieron complejos procesos geológicos en el interior de la corteza terrestre. -El carbón es un mineral de color negro procedente de la transformación

y fosilización de grandes masas vegetales durante millones de años. En la actualidad su uso se restringe a algunas centrales térmicas productoras de electricidad.

Las centrales térmicas obtienen energía a partir de la combustión del carbón.

En la imagen, central térmica de Andorra, Teruel.

-El petróleo es un líquido oscuro y viscoso formado por compuestos de carbono e hidrógeno llamados hidrocarburos. Es el más usado en la actualidad y de él se extraen combustibles como la gasolina, el gasoil y el fuel. Se obtiene de los pozos de petróleo y de las plataformas petrolíferas en el mar. Se usa, sobre todo, como combustible en los medios de transporte y en diversas maquinarias.

-El gas natural se obtiene junto a las explotaciones de petróleo. Está

compuesto principalmente por un hidrocarburo llamado metano. Es el combustible que habitualmente usamos en nuestros hogares como calefacción y en la cocina. También se usa para producir electricidad en las centrales térmicas de ciclo combinado, mucho más eficientes que las tradicionales porque los gases de la combustión se usan para mover las turbinas y, a la vez, para convertir agua en vapor, que también las mueve. Fíjate cómo funciona esta central [ver].

https://www.youtube.com/watch?v=XTzN9ivcYtg&feature=player_embedded

No obstante, el gran inconveniente de los combustibles fósiles es que durante su combustión se generan grandes cantidades de gases contaminantes que provocan contaminación atmosférica.

Profundiza. El petróleo. Imágenes.

Petróleo Combustible fósil formado por una mezcla heterogénea de compuestos orgánicos. Se forma a partir de zooplancton y algas que se han ido depositando en los fondos marinos. Con el paso del tiempo, se van sedimentando capas encima de esta materia, que se acaba transformando en petróleo como consecuencia de la presión y la temperatura a la que se ve sometida. Este proceso lleva miles de años. Yacimiento petrolífero Es una zona donde abundan los pozos de petróleo. En estas zonas se construyen las instalaciones extractoras de crudo. Estos yacimientos pueden estar tanto en tierra firme como en alta mar. Plataforma petrolífera Nombre que reciben las plantas de extracción petrolífera que se construyen en el mar o en los océanos.

Amplía la información sobre el petróleo en la página web de la Gran Enciclopedia Planeta [ver]. Además, consulta la página web del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio para saber más sobre el petróleo [ver] y sobre la posición de sondeos, permisos y concesiones de hidrocarburos españoles [ver].

Petróleo

UN COMBUSTIBLE NATURAL La palabra petróleo proviene del latín petra oleum, que significa aceite de piedra. Es una mezcla mineral en la que coexisten en fase sólida, líquida y gaseosa, hidrocarburos y pequeñas proporciones de otros compuestos que contienen azufre, oxígeno y nitrógeno, y algunos metales. Según el científico alemán Carl Oswald Engler (1842-1925) el petróleo procedería de la descomposición de minúsculos organismos animales y vegetales, que, mezclados con sedimentos (como cienos y arenas), algas, diatomeas, plancton, etc., se habrían acumulado en el fondo de los mares hace 500 o 600 millones de años (en el período cámbrico de la era primaria) formando depósitos. Dichos depósitos se habrían transformado lentamente, en ausencia del oxígeno del aire, en hidrocarburos líquidos o gaseosos, bajo la acción de ciertas bacterias, en una primera etapa, y mediante la acción combinada de una alta presión, debido a los plegamientos tectónicos, y temperatura, en una etapa posterior.

El petróleo se utiliza principalmente como combustible, aunque su uso en la industria química se está incrementado notablemente. El petróleo es una fuente de energía no renovable básica para el desarrollo de la humanidad. En 1965 el 40 % del total del consumo energético tenía su origen en el petróleo y desde entonces la demanda no ha cesado de aumentar. No obstante, la primera regresión en la demanda mundial se produjo en 1981 con una disminución del 1,5 %. Los mayores productores de petróleo se han asociado en la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP), que controlan más del 50 % de la producción mundial y que, junto con las grandes compañías multinacionales, planifican la explotación de yacimientos, su futuro agotamiento, así como los precios en función de la demanda.

PROSPECCIÓN PETROLÍFERA Debido a su menor densidad, el petróleo tiene tendencia a migrar a través de las rocas hacia arriba, aprovechando los pequeños intersticios existentes en las rocas (porosidad). Para que se formen yacimientos se necesita una trampa, es decir, una estructura geológica, como un anticlinal, una falla o un estrato impermeable, que impida que el petróleo continúe ascendiendo. Sin la existencia de trampas, el petróleo puede llegar a la superficie, como ocurre en algunos lugares del mundo. Una de las primeras cosas a hacer en una prospección petrolífera es determinar si existen rocas porosas que pudieran actuar como almacén de petróleo (rocas almacén), que suelen ser areniscas o calizas muy fracturadas. Las técnicas de prospección son muy variadas y abarcan desde simples observaciones superficiales sobre, por ejemplo, gases expelidos, olor característico o irisación del agua, hasta sofisticados estudios geológicos, pasando por las perforaciones directas. • Métodos geológicos Los métodos geológicos intentan prever la presencia de petróleo a partir de un estudio pormenorizado de la naturaleza geológica del subsuelo, de la detección de anticlinales, de los afloramientos de capas subterráneas, de la superficie del suelo, etc., así como detectar estructuras geológicas concretas, como pliegues, fallas o domos. • Métodos geofísicos Los métodos geofísicos permiten determinar la estructura de la corteza terrestre a cierta profundidad, para así descubrir el emplazamiento del yacimiento petrolífero. Tal exploración puede realizarse mediante las técnicas de la gravimetría o de la magnetometría. En la gravimetría, mediante un instrumento conocido con el nombre de gravímetro, se pueden detectar las pequeñas variaciones de la intensidad de campo gravitatorio terrestre

en función de la densidad de las rocas que se encuentran cerca de la superficie del suelo. Con ello es posible determinar las zonas donde pueden existir trampas de petróleo. La magnetometría permite estudiar las variaciones del campo magnético terrestre producido por distintos tipos de rocas. Dicha técnica ofrece la ventaja de permitir realizar prospecciones muy amplias, incluso desde el aire con ayuda de aparatos instalados en aviones. • Otros métodos

Asimismo, existen los métodos sísmicos, que consisten en provocar un pequeño terremoto usando pequeñas cargas explosivas colocadas a cierta profundidad y estudiar las propiedades de las ondas de choque producidas al efectuar reflexión y refracción entre los materiales que se encuentran en su camino. En los métodos eléctricos, se mide la resistencia del terreno al paso de corrientes eléctricas. Otros métodos utilizan radares o radiaciones para la prospección.

EXTRACCIÓN DE PETRÓLEO Una vez localizado un yacimiento, se procede a la extracción del petróleo, perforando el terreno. Para ello se construye una torre de perforación y se excava un pozo de prueba. Generalmente, las torres consisten en estructuras metálicas muy resistentes, de varias decenas de metros de altura, adecuadas para soportar una gran sonda formada por una serie de tubos empalmados y que terminan en un trépano de acero muy duro, que gira a unas 300 revoluciones por minuto. Tras haber atravesado las masas rocosas, y en el caso de encontrar petróleo, se abren más pozos para determinar si la cantidad y la calidad del petróleo que se puede encontrar resulta rentable para la explotación del yacimiento. A veces, para encontrar petróleo, es necesario llegar a perforar pozos de más de 10.000 metros de profundidad. El petróleo puede encontrarse presionado por los gases que acompañan al yacimiento y salir al exterior espontáneamente, o bien debe hacerse subir artificialmente inyectando agua a través de los tubos de la sonda o mediante bombas aspirantes. También se inyecta vapor de agua como medio de recuperar petróleo bloqueado en la roca depósito. La separación del crudo del agua que pueda llevar se realiza in situ y se almacena hasta su transporte a la refinería. En muchas ocasiones los yacimientos petrolíferos (y también de gas natural) se encuentran en el mar. Entonces las plataformas de perforación pueden ser fijas (instaladas en el extremo de un espigón, o sobre pilones asentados en el fondo del mar) o flotantes.

CONSTITUCIÓN DEL PETRÓLEO El petróleo en bruto es un líquido oleoso de color variable, desde incoloro ambarino hasta negro, pasando por colores rojizos y castaños que a veces bajo luz reflejada presentan una fluorescencia verdosa. Los petróleos casi incoloros están compuestos principalmente de gasolina; en cambio, los negros y densos tienen un alto contenido en asfaltos. Su densidad relativa está comprendida entre 0,82 y 0,95. Los petróleos están constituidos entre un 50 % y un 98 % por hidrocarburos, en forma de alcanos, hidrocarburos cíclicos (naftenos o cicloalcanos) e hidrocarburos aromáticos, con un número de átomos de carbono variable (hasta 30). El resto lo integran principalmente

compuestos orgánicos que contienen oxígeno, nitrógeno o azufre, y trazas de compuestos organometálicos. El petróleo crudo es la materia prima para la obtención de los combustibles usados en el transporte (como la gasolina, el combustible de aviones de propulsión, el diésel y el utilizado en barcos) y en la producción de energía, que en conjunto constituyen más de la mitad del volumen de la producción. También es materia prima para obtener diversos productos químicos, como disolventes, lubricantes, asfaltos, etc., y es la fuente principal de la síntesis de productos orgánicos. La industria petroquímica se ocupa de la obtención de productos derivados del petróleo, así como de la fabricación de derivados de estos productos. Si las refinerías están situadas lejos de los pozos de extracción, el petróleo crudo se transporta a ellas mediante grandes tuberías llamadas oleoductos (pipelines), que pueden llegar a cubrir enormes distancias, o bien mediante transporte marítimo en buques cisterna (petroleros).

REFINADO DEL PETRÓLEO En la refinería se procede al refinado del crudo, que consiste en someter el petróleo a diferentes tratamientos fisicoquímicos a fin de extraerle los productos de consumo, tales como gases licuados, gasolina, gasóleo o fuel. El refinado consta de tres operaciones principales: la separación, generalmente mediante destilación fraccionada, la conversión química y la purificación de los productos. • Destilación fraccionada En el propio pozo y mediante una torre de separación se separan aquellos gases que no van a utilizarse en el consumo y se queman en una antorcha. El petróleo crudo resultante se almacena, a la espera de ser transportado a las refinerías. En la refinería se procede a separar las distintas fracciones, aprovechando las diferencias entre los puntos de ebullición de los hidrocarburos que lo componen, mediante destilación fraccionada. Las distintas fracciones que se obtienen se agrupan en: gases y gases licuados; éter de petróleo, ligroína,

gasolinas, queroseno, fuel, aceites lubricantes y parafinas, de acuerdo con el número de átomos de carbono que contiene la molécula. El proceso se inicia calentando el petróleo en un horno a 360 °C y haciéndolo pasar a una primera torre de destilación, o columna de fraccionamiento, que trabaja a presión atmosférica. Las fracciones que son gaseosas a 80 °C, como el butano, el propano y parte de las gasolinas, llegan al punto más alto de la torre, donde se extraen. Estos gases, que se almacenan a presión para mantenerlos en estado líquido, son los llamados gases licuados de petróleo (LPG). Las otras fracciones, como el resto de gasolinas, ligroína, queroseno y gasoil, se extraen a diferentes niveles, según su punto de ebullición. La fracción que aún queda líquida a 350  °C, llamada residuo atmosférico, se calienta a 400 °C y se pasa por otra torre de destilación que trabaja al vacío. En la parte superior de la torre se obtiene el gasóleo, y a distintas alturas, las naftas, los querosenos, los aceites y el fuel. En el fondo de la torre queda un residuo, cuyo tratamiento químico conduce a la obtención de aceites lubricantes y asfalto. Los aceites lubricantes se vuelven a destilar y se obtienen los aceites lubricantes ligeros, medios y pesados. Hasta 1885 el derivado del petróleo más utilizado era el queroseno, usado como combustible en turbinas de gas y motores a reacción, pero, con el desarrollo de la industria del automóvil, la gasolina y el gasóleo adquirieron una mayor importancia. Entre los productos que no se obtienen directamente de la destilación fraccionada, pero que se consiguen con pequeñas operaciones que suelen realizarse en las mismas plantas, se pueden citar la parafina y la vaselina. La primera se obtiene enfriando intensamente los aceites lubricantes muy densos. Tiene aspecto de cera y se usa para fabricar bujías. La vaselina es una mezcla de hidrocarburos de menor número de átomos de carbono que la parafina. Se obtiene de ciertos petróleos después de separar las partes más volátiles y someterlos a un proceso de purificación con aire caliente y decoloración con carbón animal. Se utiliza en la industria farmacéutica. • Conversión Entre las operaciones de conversión química de las fracciones obtenidas del petróleo, destacan el craqueo, el reformado, la polimerización y la alquilación. • Craqueo El craqueo (cracking) es el proceso mediante el cual las fracciones pesadas del petróleo, es decir, las de punto de ebullición más elevado, se convierten en productos más ligeros por rotura y reordenación de sus moléculas: por ejemplo, convertir el gasóleo en gasolina de alto índice de octano. Existen dos métodos fundamentales de craqueo: el térmico y el catalítico. En el craqueo térmico, llamado también pirólisis a presión, las partes más pesadas del petróleo se calientan a altas temperaturas bajo presión. El procedimiento está limitado, debido a que en los reactores donde se efectúa el proceso se deposita gran cantidad de un combustible sólido llamado coque, que exige cada vez mayores temperaturas y presiones. Para evitar este inconveniente, se circulan los fluidos en un proceso continuo que acumula menos coque. El craqueo catalítico se efectúa en presencia de un catalizador formado por óxidos de aluminio y silicio. El resultado es la obtención de un elevado número de hidrocarburos diferentes que se pueden recombinar, mediante procesos como la alquilación, la isomerización o el reformado, para obtener compuestos químicos y en especial gasolinas de elevado octanaje.

• Reformado El reformado (reforming) consiste en un conjunto de operaciones que involucran distintas temperaturas y eventualmente catalizadores, como el platino, que provocan la disociación

de moléculas de hidrocarburos, con el objetivo de obtener fracciones ligeras de elevado índice de octano. • Polimerización La polimerización es un proceso que consiste en obtener fracciones más pesadas, como la gasolina o el gasóleo, a partir de fracciones más ligeras, como el butano y el propano. • Isomerización Cuanto más ramificados son los alcanos de las gasolinas, mayor presión resisten sin inflamarse espontáneamente, es decir, sin detonar. El poder antidetonante de una gasolina se mide con el llamado índice de octano, que consiste en comparar el comportamiento de la gasolina con el n-heptano al que se le asigna índice de octano 0, y con el 2,2,4-trimetilpentano al que se le asigna índice de octano 100.

" Mediante este proceso se incrementa la cantidad de alcanos ramificados de las gasolinas y se mejora su poder antidetonante en los motores de explosión. La isomerización se realiza en presencia de un catalizador, normalmente cloruro o bromuro de aluminio con una pequeña cantidad de halogenuro de alquilo. Con este procedimiento se puede convertir, por ejemplo, un n-butano en isobutano.

" • Alquilación Por el proceso de alquilación se combinan alcanos pequeños con alquenos para formar hidrocarburos muy ramificados que pueden emplearse como gasolinas de altos índices de octano. La alquilación permite preparar alcanos de pesos moleculares medios muy ramificados, llamados alquilatos, que son compuestos excelentes para mejorar el índice de octano de las gasolinas, además de poseer una gran estabilidad, un gran calor de combustión y una baja presión de vapor. • Purificación Los productos obtenidos en la destilación del petróleo contienen impurezas que deben eliminarse para preservar la calidad del producto. Esto ocurre tanto en los compuestos obtenidos directamente de la destilación fraccionada como de los obtenidos por craqueo, reformado o alquilación. Uno de los elementos contaminadores suele ser el azufre. Existen procedimientos físicos y químicos para eliminar impurezas, como, por ejemplo, lavar las gasolinas con sosa cáustica o con ácido sulfúrico. Las refinerías de petróleo plantean problemas de contaminación generados por las aguas residuales y los humos que producen. La cuestión de las aguas residuales se ha podido disminuir con las nuevas técnicas de refinado, menos contaminadoras, y con el progresivo avance en la depuración de aguas. La contaminación por humos se resuelve con filtros y chimeneas altas para conseguir una mayor dispersión. Asimismo, el consumo de productos derivados del petróleo, como gasolinas en los automóviles o materias plásticas, también son fuentes de contaminación que la tecnología intenta solucionar. Otras fuentes de contaminación son los accidentes, a veces provocados

por acciones de guerra, como los incendios o vertidos incontrolados causados por la gran presión con que sale el crudo del pozo, las colisiones o naufragios de los buques petroleros que transportan el crudo a grandes distancias, o las roturas de los oleoductos.

COMPUESTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO De todas las fracciones del petróleo obtenidas a partir del crudo se sintetizan directamente una gran cantidad de sustancias no combustibles de gran interés comercial, entre ellas etileno, propileno, butileno y otros gases para la industria petroquímica; los mismos gases licuados para calefacción, cocina y secado; disolventes para industrias de pinturas y de tintorería; gases propulsantes para productos en aerosoles; lubricantes de todo tipo; aceites especiales para fluidos hidráulicos, transformadores, emulsiones, fluidos para cortar, productos farmacéuticos, tintas, conservadores, etc.Mediante procesos no tan directos, pero que también tienen el petróleo como materia prima, se pueden obtener: polímeros, que han desplazado en gran medida a materiales como el vidrio o la madera; fibras sintéticas, como el nailon o el poliéster, que en parte han sustuido a fibras naturales como la lana o el algodón; detergentes, que han mejorado las propiedades de los jabones ordinarios; caucho sintético para la fabricación de neumáticos; insecticidas; explosivos; refrigerantes, etc. El reformado catalítico permite obtener muchos productos, por ejemplo, calentando heptano sobre un catalizador adecuado, se obtiene tolueno, proceso en el cual intervienen operaciones químicas, como la isomerización, la ciclación y la deshidrogenación. De forma parecida se pueden obtener hidrocarburos aromáticos a partir de mezclas de alcanos y cicloalcanos. Actualmente casi toda la producción de benceno, tolueno y xilenos se obtiene a partir del petróleo por reformado catalítico. © Editorial Planeta S. A. , 2014. Todos los derechos reservados

4.2.2. Los combustibles nucleares. Los más usados en las centrales nucleares son el uranio y el plutonio. El primero procede de minerales muy poco abundantes en la naturaleza y el segundo se sintetiza en el laboratorio. Estos combustibles se someten a procesos de fisión nuclear de los que se obtiene gran cantidad de energía térmica que se transforma en energía eléctrica. La generación de energía mediante combustibles nucleares no provoca contaminación directa, pero genera residuos radiactivos de alta peligrosidad que deben ser almacenados en lugares especialmente acondicionados y bajo estrictas normas de seguridad.

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Profundiza. Conceptos esenciales sobre energía. Interactivo.

Tipos de energía La energía puede presentarse de diferentes maneras y con nombres distintos, como luz, energía eléctrica o calor. Cualquier fuente de energía puede transformarse en otra. Las más importantes son las siguientes: Energía mecánica

Aquella que está formada por la energía cinética, que se debe al movimiento de los cuerpos, y la energía potencial, que se debe a la energía que acumulan los cuerpos al estar a cierta altura. Energía térmica Aquella que se debe al movimiento de las partículas en la materia. Fruto de este movimiento de las partículas se desprende calor. Energía eléctrica Aquella que se debe al movimiento de las cargas eléctricas en forma de corriente eléctrica. Energía química Aquella que se debe a las reacciones químicas, incluyendo aquellas que se producen en el interior de los organismos. Energía radiante Aquella que producen las ondas electromagnéticas como la que llega a través de los rayos solares. Energía nuclear Aquella que se encuentra almacenada en el núcleo de los átomos y que se extrae a través de la fusión y de la fisión nucleares. Fuentes de energía renovables La energía renovable es aquella que se extrae de fuentes naturales inagotables. Existen de diferentes tipos: Energía solar Proviene de la energía radiante de los rayos solares y se captura en las placas fotovoltaicas. Energía eólica Se obtiene de la energía cinética del viento. Se transforma en energía eléctrica en las turbinas de los aerogeneradores de los parques eólicos. Energía del agua Se utiliza tanto en las centrales hidroeléctricas como en las mareomotrices para transformar la energía del agua en energía eléctrica. Energía geotérmica Energía térmica que se extrae del interior de la Tierra en las centrales geotérmicas, donde se transforma tras varios procesos en energía eléctrica. Energía de la biomasa Energía que se consigue a partir de la energía química que libera la materia orgánica en descomposición. Se usa como fuente para obtener energía eléctrica o combustible. Fuentes de energía no renovables La energía no renovable es aquella que se obtiene a partir de recursos fósiles y nucleares que se encuentran en yacimientos de la corteza terrestre y que son finitos.

Recursos o combustibles fósiles El carbón, el petróleo y el gas natural son combustibles fósiles y finitos. Se utilizan para alimentar centrales en las que se genera energía térmica. Si se desea, con la ayuda de un generador, la energía térmica se convierte en energía eléctrica. Recursos nucleares El uranio y el plutonio son dos minerales radiactivos que se utilizan como combustible base para generar energía nuclear. Al igual que los combustibles fósiles, pueden llegar a agotarse las reservas. En las centrales nucleares se someten los núcleos de sus átomos a la fisión nuclear. Este proceso libera la energía nuclear que se transforma en energía eléctrica tras varios procesos.

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5. Los problemas asociados a la utilización de energía. Vivimos en una sociedad totalmente dependiente de la energía tanto a nivel doméstico como industrial. La mayor parte de la energía que consumimos proviene de fuentes no renovables, las cuales, además de ser limitadas, causan graves problemas de contaminación.

La producción de energía de un país es fundamental para el desarrollo de todo tipo de actividades, tanto industriales como comerciales o domésticas, las cuales implican el consumo de energía en forma de electricidad y combustibles.

En España se utiliza mucha energía para producir electricidad, fundamentalmente a partir de fuentes como la nuclear, la hidráulica y el gas natural. Nuestro país se autoabastece en cuanto a las dos primeras, pero los recursos propios de gas natural son insuficientes. Asimismo, el petróleo y sus derivados siguen siendo la principal fuente de energía de la industria y el transporte.

Desde el año 2007 se incrementó el uso de energías renovables y actualmente España es uno de los primeros productores mundiales de electricidad mediante energía eólica. Sin embargo, solo satisface una pequeña porción de la demanda de energía eléctrica del país.

Se gasta más energía de la que se produce, por lo que casi las tres cuartas partes se debe importar de otros países, lo que genera un grave déficit energético.

El déficit energético El déficit energético es la incapacidad de un país de autoabastecerse con recursos energéticos propios. Cuando esta necesidad no está cubierta, se requiere importar energía.

Además, en el caso del petróleo, se han de añadir los costes del transporte y los riesgos ambientales que comporta, como los vertidos marítimos ocasionados por los barcos petroleros.

En definitiva, hacer un uso racional y eficiente de la energía implica revisar nuestros hábitos de consumo y esforzarnos por usar la energía estrictamente necesaria. Con ello conseguimos un importante ahorro de recursos energéticos y contribuimos a minimizar la contaminación del medio ambiente.

Webquest. Problemas asociados a la utilización de energía.

1. Introducción.

2. Tarea.

3. Proceso.

http://www.unesa.net/unesa/html/sabereinvestigar/mapas/produccionCCAA.htm

http://www.unesa.net/unesa/html/sabereinvestigar/mapas/centraleselectricas.htm

http://www.unesa.net/unesa/html/sabereinvestigar/mapas/consumo.htm

http://www.larutadelaenergia.org/distribucion/v7_b1.asp?v=6&b=0

http://www.ree.es/es/

http://www.larutadelaenergia.org/transporte/v3_b1.asp?v=2&b=0

http://www.larutadelaenergia.org/usos/v8_home.asp?v=7&b=100

http://www.larutadelaenergia.org/impacto/v9_b1.asp?v=8&b=0

http://www.futurenergia.org/ww/es/pub/futurenergia/activity/save_energy.htm

http://www.idae.es/index.php/mod.pags/mem.detalle/relcategoria.1055/id.102/relmenu.78

http://www.minetur.gob.es/energia/balances/Balances/LibrosEnergia/Energia_Espana_2010_2ed.pdf

La producción energética en España En la sociedad en la que vivimos, la dependencia de la energía se hace patente día a día. Necesitamos energía tanto a nivel doméstico como industrial para fabricar todo tipo de productos. Esta dependencia hace que sea necesaria una fuente constante de energía. Sin embargo, uno de los principales problemas de nuestro país es el déficit energético, dada la pobreza de recursos energéticos que existe en nuestro territorio. La carencia de hidrocarburos (petróleo y gas) y la mala calidad del carbón hacen que España sea un país pobre en cuanto a energía. Según los

últimos datos, España solo es capaz de crear un 26 % de la energía que gasta, lo que significa que el 74 % de la energía proviene del exterior. Este déficit energético supone un gasto constante al Estado, ya que tiene que comprar la energía a otros países. La producción energética del país se distribuye del siguiente modo: - Energía nuclear: 46,9 %. - Carbón: 10 %. - Energía hidráulica: 9,8 %. - Otras energías renovables: 32,8 %. - Energía de hidrocarburos: 0,6 %. La mayor parte de la energía se consigue mediante la explotación de energías no renovables (nuclear y carbón), lo que acarrea problemas de contaminación como los residuos nucleares y la emisión de gases contaminantes. La producción a través de energías renovables también ocasiona un impacto sobre el paisaje y los ecosistemas de las zonas donde se explotan. El transporte de energía La mayor parte de la energía que se produce se transporta en forma de electricidad desde el lugar donde se genera hasta el sitio donde se consume, a excepción de aquella que se obtiene de los hidrocarburos, que llega a hogares y gasolineras a través del transporte marítimo, carreteras o por medio de redes de distribución, como es el caso del gas natural. El transporte de petróleo en nuestro país ha acarreado multitud de problemas, muchos de ellos relacionados con los vertidos marítimos. Asimismo, el transporte en forma de electricidad supone la creación de una red de distribución que haga llegar la energía eléctrica a todo el territorio. Esta red eléctrica genera un gran impacto ambiental debido a las líneas de alta tensión, que afectan gravemente a las aves. Una mala conservación de estas líneas puede causar incendios forestales, dadas las condiciones climatológicas de nuestro país. La transformación de un tipo de energía en energía eléctrica no es 100 % eficiente, ya que durante el proceso se pierde energía. Además, mientras la electricidad circula por la red de distribución se pierde energía en forma de calor. Debido a estas dos causas, anualmente se pierde casi un 30 % de la energía en la producción y en el transporte. El uso de energía El uso irracional y sin mesura que se realiza de la energía provoca que nuestra sociedad contamine a un ritmo muy elevado. Así, se genera: - Contaminación atmosférica, a través del uso de carbón e hidrocarburos. - Contaminación acústica, mediante el uso de todo tipo de maquinaria que genera ruidos. - Contaminación lumínica, debido al uso excesivo de luces en nuestros centros urbanos.

Puedes consultar el Libro de la Energía en España 2010 del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio donde encontrarás todos los datos e información sobre la energía en nuestro país [ver]. Actividad 42

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Actividad 44

Actividad 45

Mapa conceptual