TERMODINAMICA - Energias No Convencionales

7/25/2019 TERMODINAMICA - Energias No Convencionales

1/30

TermodinamicaIngenieria de Minas

0


2/30


1


3/30

INDICE

1. Introduccin pg.12. Energa solar pg.2 2.1 Funcionamiento y caractersticas pg.3 2.2 Aplicaciones de la energa solar pg.3 2.2.1 Calefaccin solar como medio de bienestar pg.3 2.2.2. Enfriamiento y refrigeracin pg. 2.3 !a energa solar en la naturale"a pg. 2. #uestro apro$ec%amiento de la energa solar pg.& 2..1 Colectores de placa plana pg.& 2..2 Colectores de concentracin pg.& 2..3 'ornos solares pg.( 2.. )eceptores centrales pg.( 2..& Energa solar en el espacio pg.( 2..( *ispositi$os de almacenamiento de energa solar pg.+3. Energa elica pg.+ 3.1. ,olinos pg+ 3.1.1 !os primeros molinos pg.- 3.1.2 Aplicaciones y desarrollo pg.- 3.1.3 urbinas de $iento modernas pg.-. Energa mareomotri" pg.1/ .1 Apro$ec%amiento de la energa de las ondas y las olas pg.1/ .2 Apro$ec%amiento de la energa de las mareas pg.12 .3 Energa t0rmica ocenica pg.13

&. Energa biomasa pg.1 &.1. ipos de biomasa pg.1& &.2. Caractersticas energ0ticas de la biomasa pg.1& &.3. istemas de apro$ec%amiento energ0tico de la biomasa pg.1( &.3.1 asados en la combustin del recurso pg.1( &.3.2. asados en la gasificacin del recurso pg.1( &.3.3*igestin anaerobia pg.1( &. Aplicaciones energ0ticas de la biomasa pg.1+ &..1 eneracin de energa t0rmica pg.1+ &..2. eneracin de energa el0ctrica pg.1+ &..3. eneracin de energa mecnica pg.1- &.& 4enta5as del uso energ0tico de la biomasa pg.1-

&.&.1. 4enta5as ambientales pg.1- &.&.2 4enta5as socioeconmicas pg.1- &.( 6roblemas 7ue puede presentar su uso pg.18(. Energa %idrulica pg.18 (.1 Centrales %idroel0ctricas pg.18 (.2 ipos de centrales %idroel0ctricas pg.2/ (.34enta5as e incon$enientes pg.22+. Energa geot0rmica pg.23 +.1 Campos geot0rmicos pg.2 +.1.1 ipos de campos geot0rmicos pg.2 +.2E9plotacin de los recursos geot0rmicos pg.2 +.3Centrales geot0rmicas pg.2&

+.Impacto ambiental pg.2&


4/30


1 Introduccin

!a energa es la mayor o menor capacidad de reali"ar un traba5o o producir unefecto en forma de mo$imiento: lu": calor: etc. Es la capacidad para producir

transformaciones. #osotros apro$ec%amos esta capacidad para transformar la energa7ue obtenemos de la naturale"a seg;n nuestras necesidades e intereses.

!as energas ms utili"adas en la actualidad no son reno$ables como: por e5emplo:el carbn: el petrleo y el gas natural: 7ue estn formados por descomposicin deplantas y animales 7ue $i$ieron millones de a


5/30


ReservasFuentes de energas con$encionales 6etrleo.............../ a


6/30


!a energa 7ue pro$iene del sol es transformada en energa el0ctrica o calrica atra$0s de un proceso de almacenamiento.

!a con$ersin directa de la energa solar puede ocurrir de dos maneras !a lu" solar incidente puede ser transformada directamente en calor por

con$ersin fotot0rmica utili"ando para ello un dispositi$o 7ue absorbe los rayos

solares en forma selecti$a 6uede ser transformada directamente en electricidad por con$eccin

foto$oltaica: utili"ando una c0lula solar.

A partir de estas con$ersiones la energa solar puede ser utili"ada para generacin de energa el0ctrica. Calefaccin de $i$ienda y edificios p;blico. Calentamiento de agua para uso sanitario. Acti$idades agrcolas: centrales de secado de productos mediante el

calentamiento del aire. Calefaccin de ambientes destinados a la cra de animales. Aplicaciones mineras: mediante el empleo de po"os solares

2.1 Funcionamiento y caractersticas

!a con$ersin foto$oltaica es el ;nico medio en transformar la energasuministrada por el sol en forma de rayos: en electricidad. Esta transformacin sereali"a por medio de c0lulas foto$oltaicas: recurriendo a las propiedades de losmateriales semiconductores ampliamente utili"ados en la industria electrnica:transistores: diodos etc.

!as c0lulas foto$oltaicas ms corrientes utili"an en el silicio B I : elemento muye9tendido en la naturale"a. !os tomos del silicio fundidos: al enfriarse ocupan los

estados mnimos de energas: 7ue corresponden con sus posiciones cristalinas. eobtiene as un gran monocristal de fondo cilndrico y $arios Jilos de peso: 7ue %ay 7uecortar cuidadosamente: para transformarlo en finas obleas semiconductoras.

!as c0lulas foto$oltaicas de silicio tienen la propiedad de con$ertir directamente lalu" solar 7ue incide en ellas en energa el0ctrica. Cuando mayor es la lu" 7ue reciben:mayor es la energa 7ue producen. 6ara su aplicacin prctica las c0lulas seinterconectan entre si y se encapsulan en un material plstico aislante: formando unmodulo foto$oltaico.

El mdulo tiene un frente de $idrio templado y un marco de aluminio 7ue loprotegen de los agentes atmosf0ricos y le dan rigide" estructural. !os mdulos songeneradores de corriente el0ctrica continua.

!a energa producida durante las %oras en 7ue el mdulo esta iluminado por la lu"solar se acumula en bateras para su empleo durante la noc%e o en das nublados. !abatera es la 7ue otorga la autonoma de funcionamiento al sistema de generacin. @ngenerador el0ctrico solar est constituido por uno o ms mdulos foto$oltaicos seg;nsea la potencia re7uerida.

2.2plicaciones de la energa solar

2.2.1!ale"accin solar como medio de #ienestar

!as mdicas temperaturas empleadas para calefaccionar recintos permiten uso decolectores de planc%a plana 7ue funcionan a temperaturas relati$amente ba5as y conrendimiento ra"onablemente bueno. !os estudios de calefaccin domestica indican7ue el colector de planc%a plana orientado en la posicin indicada e incluido en la

3


7/30

TermodinamicaIngenieria de Minasestructura del edificio como parte integrante de ella: es el tipo de colector para estaaplicacin.

El tama


8/30


Asimismo: los oc0anos representan un tipo natural de recogida de energa solar.Como resultado de su absorcin por los oc0anos y por las corrientes ocenicas: seproducen gradientes de temperatura 7ue tambi0n son apro$ec%adas por nosotros.

En conclusin todas las formas de energa pro$ienen: aun7ue remotamente: delsol.

2.' Nuestro aprovec(amiento de la energa solar

6ara poder apro$ec%ar la energa solar es necesario 7ue realicemos una recogidadirecta de 0sta para despu0s poder transformarla seg;n nuestras necesidades. Estarecogida re7uiere dispositi$os artificiales llamados colectores solares: dise


9/30

TermodinamicaIngenieria de Minasele$adas como para ser eficaces. e pueden usar en una primera fase: y despu0s elfluido se trata con medios con$encionales de calentamiento. Como alternati$a: sepueden utili"ar colectores de concentracin ms comple5os y costosos. ondispositi$os 7ue refle5an y concentran la energa solar incidente sobre una "onareceptora pe7ue


10/30

TermodinamicaIngenieria de Minasde /// tK se necesitara una antena en tierra de - m de dimetro. e podran construirsistemas ms pe7ue


11/30


$.1 -olinos

Es una m7uina 7ue transforma el $iento en energa apro$ec%able. Esta energapro$iene de la accin de la fuer"a del $iento sobre unas aspas oblicuas unidas a une5e com;n. El e5e giratorio puede conectarse a $arios tipos de ma7uinaria para moler

grano: bombear agua o generar electricidad. Cuando el e5e se conecta a una carga:como una bomba: recibe el nombre de molino de $iento. i se usa para producirelectricidad se le denomina generador de turbina de $iento.

$.1.1 %os primeros molinos

!os molinos mo$idos por el $iento tienen un origen remoto. En el siglo 4II d.C. yase utili"aban molinos elementales en 6ersia para el riego y moler el grano. En estosprimeros molinos la rueda 7ue su5etaba las aspas era %ori"ontal y estaba soportadasobre un e5e $ertical. Estas m7uinas no resultaban demasiado eficaces

En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo RII en Francia e Inglaterra.

Eran unas estructuras de madera: conocidas como torres de molino: 7ue se %acangirar a mano alrededor de un poste central para le$antar sus aspas al $iento.El molino de torre se desarroll en Francia a lo largo del siglo RI4. Consista en

una torre de piedra coronada por una estructura rotati$a de madera 7ue soportaba ele5e del molino y la ma7uinaria superior del mismo.

*e la parte superior del molino sobresala un e5e %ori"ontal. *e este e5e partan decuatro a oc%o aspas:

!a energa generada por el giro del e5e se transmita: a tra$0s de un sistema deengrana5es: a la ma7uinaria del molino empla"ada en la base de la estructura.

$.1.2 plicaciones y desarrollo

Adems de emplearse para el riego y moler el grano: los molinos construidos entrelos siglos R4 y RIR tenan otras aplicaciones: como el bombeo de agua en tierras ba5oel ni$el del mar: aserradores de madera: fbricas de papel: prensado de semillas paraproducir aceite: as como para triturar todo tipo de materiales.

El a$ance ms importante fue la introduccin del abanico de aspas 7ue girabaimpulsado por el $iento. =tros a$ances importantes %an sido los frenos %idrulicospara detener el mo$imiento de las aspas y la utili"acin de aspas aerodinmicas enforma de %0lice: 7ue incrementan el rendimiento de los molinos con $ientos d0biles.

El uso de las turbinas de $iento para generar electricidad comen" en *inamarca afinales del siglo pasado y se %a e9tendido por todo el mundo. 6e7ue


12/30

TermodinamicaIngenieria de Minasbombeadoras de agua se emplean sobre todo para drenar agua del subsuelo. Estasm7uinas se $alen de una pie"a rotatoria con $arias aspas oblicuas 7ue parten de une5e %ori"ontal. !a pie"a rotatoria se instala sobre una torre lo bastante alta como paraalcan"ar el $iento. @na larga $eleta en forma de timn dirige la rueda %acia el $iento.!a rueda %ace girar los engrana5es 7ue acti$an una bomba de pistn. Cuando los

$ientos arrecian en e9ceso: unos mecanismos de seguridad detienen de formaautomtica la pie"a rotatoria para e$itar da


13/30


Aerogenerador

' Energa mareomotri&

!as mareas: es decir: el mo$imiento de las aguas del mar: producen una energa7ue se transforma en electricidad en las centrales mareomotrices. e apro$ec%a laenerga liberada por el agua de mar en sus mo$imientos de ascenso y descenso delas mareas

El sistema consiste en aprisionar el agua en el momento de la alta marea yliberarla: obligndola a pasar por las turbinas durante la ba5amar. Cuando la mareasube: el ni$el del mar es superior al del agua del interior de la ra. Abriendo las

compuertas: el agua pasa de un lado a otro del di7ue: y sus mo$imientos %acen 7uetambi0n se mue$an las turbinas de unos generadores de corrientes situados 5unto alos conductos por los 7ue circula el agua. Cuando por el contrario: la marea ba5a: elni$el de la mar es inferior al de la ra: por7ue el mo$imiento del agua es en sentidocontrario 7ue el anterior: pero tamben se apro$ec%a para producir electricidad

!a energa gra$itatoria terrestre y lunar: la energa solar y la elica dan lugar:respecti$amente: a tres manifestaciones de la energa del mar mareas: gradientest0rmicos y olas. *e ella se podr e9traer energa mediante los dispositi$os adecuados.

!a energa de las mareas o mareomotri" se apro$ec%a embalsando agua del maren ensenadas naturales y %aci0ndola pasar a tra$0s de turbinas %idrulicas.

!a le$e diferencia de temperaturas llega entre la superficie y las profundidades delmar Bgradiente t0rmino: constituye una fuente de energa llamada mareomot0rmica.

!a energa de las olas es producida por los $ientos y resulta muy irregular. Ello %alle$ado a la construccin de m;ltiples tipos de m7uinas para %acer posible suapro$ec%amiento.

'.1. provec(amiento de la energa de las ondas y las olas

!os $ientos imprimen a las capas superficiales del mar mo$imientos ondulatoriosde dos clases las ondas y las olas.

!as primeras se pueden obser$ar en el mar: incluso en ausencia del $ientoK sonmasas de agua 7ue a$an"an y se propagan en la superficie en forma de ondulacionescilndricas: generalmente se suceden $arias y aparecen en la superficie ondulaciones

paralelas y separadas por inter$alos regulares.!os elementos de una onda son su longitud: esto es: la distancia entre dos crestasconsecuti$asK la amplitud o distancia $ertical entre una cresta y un $alleK el perodo:

10


14/30

TermodinamicaIngenieria de Minasestro es el tiempo 7ue se separa el paso de dos crestas consecuti$as por delante enun punto fi5oK y la $elocidad

!a energa 7ue desarrollan las ondas es enorme y proporcional a las masas deaguas 7ue oscilan y a la amplitud de oscilacin. Esta energa se descompone en dospartes: las cuales: prcticamente: son iguales una energa potencial: la cual pro$oca

la deformacin de la superficie del mar: y una energa cin0tica o de mo$imiento: debidaal despla"amiento de las partculasK en suma: de la masa de agua.i la profundidad es pe7ue


15/30


*e los sistemas propuestos: para fi5ar la energa de las olas: se puede %acer unaclasificacin: los 7ue se fi5an en la plataforma continental y los flotantes: 7ue seinstalan en el mar.

@no de los primeros fue el con$ertidor noruego $aerner: cuyo primer prototipo seconstruy en ergen en 18-&. Consiste en un tubo %ueco de %ormign: de die" metros

de largo: dispuesto $erticalmente en el %ueco de un acantilado. !as olas penetran porla parte inferior del cilindro y despla"an %acia arriba la columna de aire: lo 7ue impulsauna turbina instalada en el e9tremo superior del tubo. Esta central tiene una potenciade &// G y abastece a una aldea de &/ casas.

El pato de alter:7ue consiste en un flotador alargado cuya seccin tiene forma depato. !a parte ms estrec%a del flotador se enfrenta a la ola con el fin de absorber sumo$imiento lo me5or posible. !os flotadores giran ba5o la accin de las olas alrededor

de un e5e cuyo mo$imiento de rotacin acciona una bomba de aceite 7ue seencarga de mo$er una turbina.

!a dificultad 7ue presenta este sistema es la generacin de electricidad con loslentos mo$imientos 7ue se producen.

!a balsa de CocJerell consta de un con5unto de plataformas articuladas 7ue

reciben el impacto de las crestas de las olas. !as balsas ascienden y desciendenimpulsando un fluido %asta un motor 7ue mue$e un generador por medio de unsistema %idrulico instalado en cada articulacin.

El rectificador de )ussell: est formado por mdulos 7ue se instalan en el fondo delmar: paralelos al a$ance de las olas. Cada mdulo consta de dos ca5as rectangulares:una encima de la otra. El agua pasa de la superior a la inferior a tra$0s de una turbina.

!a boya de #asuda:consiste en un dispositi$o flotante donde el mo$imiento de lasolas se apro$ec%a. Es un sistema de ba5a presin 7ue mue$e un generador deelectricidad.

'.2. provec(amiento de la energa de las mareas

!as mareas son oscilaciones peridicas del ni$el del mar. Este mo$imiento deascenso y descenso de las aguas del mar se produce por las acciones atracti$as delol y de la !una. !a subida de las aguas se denomina flu5o: y el descenso reflu5o: 0stems bre$e en tiempo 7ue el primero. !os momentos de m9ima ele$acin del flu5o sedenomina pleamar y el de m9imo reflu5o ba5amar.

!a amplitud de mareas no es la misma en todos los lugares es nula en algunosmares interiores: como en el ,ar #egroK de escaso $alor en el ,editerrneo e igual ded0bil en el oc0ano 6acfico. 6or el contrario: alcan"a $alor notable en determinadas"onas del oc0ano Atlntico: en el cual se registran las mareas mayores.

elidor: profesor en la escuela de Artillera de !a FSre BFrancia: fue el primero 7ue

estudi el problema del apro$ec%amiento de la energa cin0tica de las mareas: ypre$i un sistema 7ue permita un funcionamiento continuo de dic%a energa:empleando para ello dos cuencas o receptculos con5ugados

!a utili"acin de las mareas como fuente de energa se remonta $arios siglos. !osribere


16/30


!as teoras e9puestas por elidor en su ratado de Ar7uitectura %idrulica B182+7uedaron en el aireK pero la idea de apro$ec%ar la enorme energa de las mareas nofue 5ams abandonada del todoK solo cuando la t0cnica a$an"o lo suficiente: surgi ungrupo de ingenieros 7ue acometi el proyecto de resol$er definiti$amente el problema

odos los elementos de la estacin mareomotri" T generadores el0ctricos:

m7uinas au9iliares: las turbinas: los talleres de reparacin: salas y %abitaciones parael personal director y obrerosM: todo est contenido: encerrado entre los muros delpoderoso di7ue 7ue cierra la entrada del estuario. @na anc%a pista de cemento 7uecorre a lo largo de todo 0l.

!as posibilidades de futuro de la energa mareomotri" no son de consideracincomo fuentes el0ctricas: por su ba5a rentabilidad y por la gra$e agresin 7ue supondrapara el medio ambiente. u construccin supondra la destruccin de gran parte de la$ida acutica.

En algunas regiones costeras se dan unas mareas especialmente altas y ba5as. Enestos lugares se %a propuesto construir grandes represas costeras 7ue permitirangenerar energa el0ctrica con grandes $ol;menes de agua aun7ue con pe7ue


17/30


Central mareomotriz

'.$. Energa trmica oce3nica

!a e9plotacin de las diferencias de temperatura de los oc0anos %a sido propuestamultitud de $eces.

El mas conocido pionero de esta t0cnica fue el cientfico franc0s eorgi Claudi:7ue in$irti toda su fortuna: obtenida por la in$encin del tubo de nen: en una centralde con$ersin t0rmica.

!a con$ersin de energa t0rmica ocenica es un m0todo de con$ertir en energa;til la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua 7ue seencuentra

1// m de profundidad. 6ara el apro$ec%amiento es suficiente una diferencia de2/C.

!as $enta5as de esta fuente de energa se asocian a 7ue es un salto t0rmicopermanente y benigno desde el punto de $ista medioambiental. 6uede tener $enta5assecundarias: tales como alimentos y agua potable: debido a 7ue el agua fra profundaes rica en sustancias nutriti$as y sin agentes patgenos.

!as posibilidades de esta t0cnica se %an potenciado debido a la transferencia detecnologa asociada a las e9plotaciones petrolferas fuera de costa. El desarrollo

tecnolgico de instalacin de plataformas profundas: la utili"acin de materialescompuestos y nue$as t0cnicas de unin %arn posible el dise


18/30


Con el uso masi$o de combustibles fsiles el apro$ec%amiento energ0tico de labiomasa fue disminuyendo progresi$amente y en la actualidad presenta en el mundoun reparto muy desigual como fuente de energa primaria. ,ientras 7ue en los pasesdesarrollados: es la energa reno$able ms e9tendida y 7ue ms se est potenciando:en multitud de pases en $as de desarrollo es la principal fuente de energa primaria lo

7ue pro$oca: en muc%os casos: problemas medioambientales como la deforestacin:deserti"acin: reduccin de la biodi$ersidad: etc.

E9isten una serie de factores 7ue condicionan el consumo de biomasa en lospases europeos y 7ue %acen 7ue 0ste $are de unos a otros. Esos factores son lossiguientes

Factores geogr3"icos Inciden directamente sobre las caractersticasclimticas del pas condicionando: por tanto: las necesidades t0rmicas 7ue sepueden cubrir con combustibles biomsicos.

Factores energticos*ependiendo de los precios y caractersticas delmercado de la energa en cada momento: se %a de decidir si es o no rentableel apro$ec%amiento de la biomasa como alternati$a energ0tica en sus di$ersasaplicaciones.

,isponi#ilidad del recurso'ace referencia a la posibilidad de accesoal recurso y la garanta de su e9istencia. Estos factores son los msimportantes ya 7ue inciden directamente tanto en el consumo energ0tico debiomasa como en sus otras posibles aplicaciones.

*.1. ipos de #iomasa

E9isten diferentes tipos o fuentes de biomasa 7ue pueden ser utili"ados parasuministrar la demanda de energa de una instalacin. on los siguientes

/iomasa natural es la 7ue se produce espontneamente en lanaturale"a sin ning;n tipo de inter$encin %umana. !os recursos generados enlas podas naturales de un bos7ue constituyen un e5emplo de este tipo debiomasa. !a utili"acin de estos recursos re7uiere de la gestin de su ad7uisiciny transporte %asta la empresa lo 7ue puede pro$ocar 7ue su uso sea in$iableeconmicamente.

/iomasa residual secase incluyen en este grupo los subproductosslidos no utili"ados en las acti$idades agrcolas: en las forestales y en losprocesos de las industrias agroalimentarias y de transformacin de la madera y7ue: por tanto: son considerados residuos. Este es el grupo 7ue en la actualidadpresenta un mayor inter0s desde el punto de $ista del apro$ec%amiento

industrial. Algunos e5emplos de este tipo de biomasa son la cscara de almendra:el oru5illo: las podas de frutales: el serrn: etc. /iomasa residual (4meda son los $ertidos denominados

biodegradables las aguas residuales urbanas e industriales y los residuosganaderos Bprincipalmente purines.

!ultivos energticosson culti$os reali"ados con la ;nica finalidad deproducir biomasa transformable en combustible. Algunos e5emplos son el cardoBcynara cardunculus: el girasol cuando se destina a la produccin debiocarburantes: el miscanto: etc.

/iocar#urantesaun7ue su origen se encuentra en la transformacintanto de la biomasa residual %;meda Bpor e5emplo reciclado de aceites comode la biomasa residual seca rica en a";cares Btrigo: ma": etc. o en los culti$os

energ0ticos Bcol"a: girasol: pataca: etc.: por sus especiales caractersticas y

15


19/30


usos finales este tipo de biomasa e9ige una clasificacin distinta de lasanteriores.

!a elaboracin de biocarburantes a partir de productos agrcolas estambi0n una alternati$a a tener en cuenta no slo por la reduccin de lacontaminacin atmosf0rica ocasionada por los $e%culos a motor sino tambi0n

por contribuir a la di$ersificacin de las acti$idades en el mundo rural

*.2. !aractersticas energticas de la #iomasa

@n Jilogramo de biomasa permite obtener 3.&// Jcal. Ua 7ue un litro de gasolinatiene apro9imadamente 1/./// Jcal: por cada tres Jilogramos 7ue desperdiciamos debiomasa: se desapro$ec%a el e7ui$alente a un litro de gasolina.

El contenido energ0tico de la biomasa se mide en funcin del poder calorfico delrecurso: aun7ue para algunos de ellos: como es el caso de la biomasa residual

%;meda o de los biocarburantes: se determina en funcin del poder calorfico delproducto energ0tico obtenido en su tratamiento.6or otra parte: como no se puede lle$ar a cabo la combustin directa de la

biomasa residual %;meda: su contenido energ0tico puede determinarse en funcin del7ue posee el biogs obtenido de su digestin anaerobia.

*.$. 5istemas de aprovec(amiento energtico de la #iomasa

Cuando se desea generar energa con biomasa se puede optar por diferentessistemas tecnolgicos. !a eleccin entre uno y otro depende de las caractersticas delos recursos: de la cuanta disponible y del tipo de demanda energ0tica re7uerida

*.$.1 /asados en la com#ustin del recurso

Con los e7uipos 7ue en la actualidad e9isten en el mercado se pueden conseguirrendimientos de combustin muy ele$ados: 7ue pueden alcan"ar %asta el 8& si seacoplan e7uipos de recuperacin de calor. !os a$ances tecnolgicos conseguidos:tanto en los sistemas de alimentacin de la biomasa como en los e7uipos decombustin: %acen 7ue: en estos momentos: si se dispone de biomasa y es necesariocubrir una demanda t0rmica en la empresa: los e7uipos de combustin de biomasasean tan eficientes: cmodos y competiti$os como los basados en combustiblesfsiles.

E9isten diferentes tecnologas para lle$ar a cabo la combustin de la biomasa

caldera de parrilla: cmara torsional: combustor en lec%o fluido: etc. En funcin de lascaractersticas del recurso y de la demanda

!os a$ances tecnolgicos antes mencionados: proporcionan tanta seguridad yconfort como los sistemas basados en combustibles fsiles

*.$.2 /asados en la gasi"icacin del recurso

Cuando se desea generar energa t0rmica yHo el0ctrica con biomasa: 0sta sepuede introducir en e7uipos en los 7ue por la accin del calor y la carencia de o9genoproducen: al descomponer t0rmicamente el recurso: un gas combustible 7ue puedeemplearse de forma similar a como se utili"an el gas natural u otros combustiblesgaseosos tradicionales. Estos e7uipos presentan la $enta5a de 7ue poseen: cuando se

traba5a con potencias reducidas o con potencias muy ele$adas: mayor rendimiento 7uelos sistemas de combustin: por lo 7ue en esos casos pueden ser muc%o msadecuados.

16


20/30


E9isten diferentes tecnologas de gasificacin de un recurso: gasificador decorrientes paralelas: gasificador en contracorriente: gasificador de lec%o fluido: etc. Enfuncin de las caractersticas del combustible y del destino del gas generado es mscon$eniente un tipo de aplicacin u otro

*.$.$ ,igestin anaero#ia

!a biomasa residual %;meda: o lo 7ue es lo mismo: las aguas residuales de origenorgnico: es a7uella 7ue aparece como resultado de la acti$idad %umana eninstalaciones agropecuarias: urbanas e industriales y 7ue: por su contenido en agua ymateria orgnica: puede ser tratada mediante un proceso biolgico

Estos procesos biolgicos permiten el apro$ec%amiento del potencial energ0tico deeste tipo de biomasa: disminuyen su carga contaminante y generan subproductosestabili"ados con $alor fertili"ante. *e todos los procesos: el composta5e y la digestinanaerobia son los ms empleados y ya se encuentran a escala comercial.

!a materia orgnica del residuo: en ausencia de o9geno: se degrada odescompone por la acti$idad de unos microorganismos especficos transformndoseen un gas de alto contenido energ0tico o biogs y en otros productos 7ue contienen lamayor parte de los componentes minerales y compuestos de difcil degradacin 7ueen ocasiones se denominan fangos.

El biogs: cuyos componentes principales son el metano y el an%drido carbnico:puede emplearse para producir energa t0rmica: el0ctrica o en sistemas decogeneracin. El metano es el componente 7ue confiere el $alor energ0tico a este gas

6ara 7ue el proceso tenga lugar con la m9ima eficiencia se deben controlar unaserie de factores como el p': la alcalinidad: la acide" $oltil: la temperatura: losnutrientes: los in%ibidores y los tiempos de residencia.

E9isten en la actualidad diferentes sistemas para lle$ar a cabo este proceso. Estastecnologas se clasifican en funcin el sistema de carga utili"ado y el estado de la

biomasa bacteriana e9istente dentro del digestor.!os digestores estn compuestos por los siguientes elementos !3mara de carga en ella se introduce el material a fermentar: se

me"cla con agua y se %omogeni"a: luego penetran al digestor. !onducto de largo conecta la cmara de carga: con la cmara de

digestin. !3mara de digestin en ella se produce la digestin anaerobia de las

materias orgnicas gracias a una serie de bacterias. 0asmetro su funcin es de actuar de pulmn de almacenamiento en

los momentos en 7ue no e9iste el consumo de gas: pues la produccin esinterrumpida a lo largo de todo el da.

!3mara de descarga en ella se acumula todo el material una $e"digerido.

*entro de las energas con$encionales: los sistemas de biogs son de inmediata ysegura aplicacin a un costo despreciable: adems presenta una serie de $enta5as

como )educen la peligrosidad y la contaminacin de los residuos: eliminan el olor desagradable de los desec%os. #o producen dese7uilibrio en la naturale"a Como subproducto se obtiene un afluente con aptas propiedades de

fermentacin.

*.' plicaciones energticas de la #iomasa

17


21/30


Con biomasa se puede generar energa t0rmica Bagua o aire caliente: $apor: etc.:energa el0ctrica e incluso mecnica mediante el uso de biocarburantes en motores decombustin interna

*.'.1 0eneracin de energa trmica

El sistema ms e9tendido para este tipo de apro$ec%amiento est basado en lacombustin de biomasa slida: aun7ue tambi0n es posible 7uemar el biogsprocedente de la digestin anaerobia de un residuo l7uido o el gas de sntesisgenerado en la gasificacin de uno slido

*.'.2 0eneracin de energa elctrica

En funcin del tipo y cantidad de biomasa disponible $ara la tecnologa msadecuada a emplear para este fin

!iclo de vaporest basado en la combustin de biomasa: a partir de la cual segenera $apor 7ue es posteriormente e9pandido en una turbina de $apor.ur#ina de gasutili"a gas de sntesis procedente de la gasificacin de un recurso

slido. i los gases de escape de la turbina se apro$ec%an en un ciclo de $apor se%abla de un ciclo combinado

-otor alternativo utili"a gas de sntesis procedente de la gasificacin de unrecurso slido o biogs procedente de una digestin anaerobia.

!ogeneracin Cuando una entidad presenta consumos t0rmicos y el0ctricosimportantes se puede plantear la instalacin de un sistema de cogeneracin:consistente en la produccin con5unta de energa t0rmica y el0ctrica. Esta tecnologapresenta como gran $enta5a la consecucin de rendimientos superiores a los sistemasde produccin de energa t0rmica o el0ctrica por separado.

El principio de funcionamiento de la cogeneracin se basa en el apro$ec%amientode los calores residuales de los sistemas de produccin de electricidad lacogeneracin es adecuada para empresas con consumos de energa el0ctricaimportantes y donde sea posible apro$ec%ar energa t0rmica a temperatura media

*.'.$ 0eneracin de energa mec3nica

!os biocarburantes pueden ser empleados en los motores alternati$os deautom$iles: camiones: autobuses: etc.: sustituyendo total o parcialmente a loscombustibles fsiles

Es especialmente interesante en industrias agrarias 7ue dispongan de unaadecuada materia prima para su produccin y 7ue puedan autoconsumirlos

upone importantes a%orros en la factura de los combustibles.

*.* Ventajas del uso energtico de la #iomasa

*.*.1 Ventajas am#ientales

e considera 7ue todo el C=2 emitido en la utili"acin energ0tica de labiomasa %aba sido pre$iamente fi5ado en el crecimiento de la materia $egetal7ue la %aba generado: por lo 7ue no contribuye al incremento de su proporcinen la atmsfera y: por tanto: no es responsable del aumento del efectoin$ernadero.

!a biomasa tiene contenidos de a"ufre prcticamente nulos:generalmente inferiores al /:1. 6or este moti$o: las emisiones de di9ido de

18


22/30


a"ufre: 7ue 5unto con las de 9idos de nitrgeno son las causantes de la llu$iacida: son mnimas.

6or otra parte: el uso de biocarburantes en motores de combustininterna supone una reduccin de las emisiones generadas

6or ;ltimo: el empleo de la tecnologa de digestin anaerobia para tratar

la biomasa residual %;meda adems de anular su carga contaminante: reducefuentes de olores molestos y elimina: casi en su totalidad: los g0rmenes y losmicroorganismos patgenos del $ertido. !os fangos resultantes del proceso dedigestin anaerobia pueden ser utili"ados como fertili"antes en la agricultura

*.*.2 Ventajas socioeconmicas

El apro$ec%amiento energ0tico de la biomasa contribuye a ladi$ersificacin energ0tica: uno de los ob5eti$os marcados por los planesenerg0ticos: tanto a escala nacional como europea.

!a implantacin de culti$os energ0ticos en tierras abandonadas e$ita laerosin degradacin del suelo. !a 6oltica Agraria Comunitaria B6AC permite la

utili"acin de tierras en retirada para la produccin de culti$os no alimentarios:como son los culti$os energ0ticos. El apro$ec%amiento de algunos tipos de biomasa Bprincipalmente la

forestal y los culti$os energ0ticos contribuyen a la creacin de puestos detraba5o en el medio rural.

*.+. 6ro#lemas que puede presentar su uso

!os rendimientos de las calderas de biomasa son algo inferiores a losde las 7ue usan un combustible fsil l7uido o gaseoso.

!a biomasa posee menor densidad energ0tica: o lo 7ue es lo mismo:

para conseguir la misma cantidad de energa es necesario utili"ar ms cantidadde recurso. Esto %ace 7ue los sistemas de almacenamiento sean: en general:mayores.

!os sistemas de alimentacin de combustible y eliminacin de ceni"asson ms comple5os y re7uieren unos mayores costes de operacin ymantenimiento Brespecto a las 7ue usan un combustible fsil l7uido ogaseoso. #o obstante: cada $e" e9isten en el mercado sistemas msautomati"ados 7ue $an minimi"ando este incon$eniente.

!os canales de distribucin de la biomasa no est tan desarrolladoscomo los de los combustibles fsiles Bslo aplicable en el caso de 7ue losrecursos no sean propios.

,uc%os de estos recursos tienen ele$ados contenidos de %umedad: lo

7ue %ace 7ue en determinadas aplicaciones puede ser necesario un procesopre$io de secado.

+ Energa (idr3ulica

!a energa (idr3ulicase basa en apro$ec%ar la cada del agua desde ciertaaltura. !a energa potencial: durante la cada: se con$ierte en cin0tica. El agua pasapor las turbinas a gran $elocidad: pro$ocando un mo$imiento de rotacin 7ue

finalmente: se transforma en energa el0ctrica por medio de los generadores. Es unrecurso natural disponible en las "onas 7ue presentan suficiente cantidad de agua: yuna $e" utili"ada: es de$uelta ro aba5o. u desarrollo re7uiere construir pantanos:

19


23/30

TermodinamicaIngenieria de Minaspresas: canales de deri$acin: y la instalacin de grandes turbinas y e7uipamientopara generar electricidad. odo ello implica la in$ersin de grandes sumas de dinero:por lo 7ue no resulta competiti$a en regiones donde el carbn o el petrleo sonbaratos. in embargo: el peso de las consideraciones medioambientales y el ba5omantenimiento 7ue precisan una $e" est0n en funcionamiento centran la atencin en

esta fuente de energa. Fue utili"ada durante muc%o tiempo para moler trigo pero fuecon la )e$olucin Industrial: y especialmente a partir del siglo RIR: cuando comen" atener gran importancia con la aparicin de las ruedas %idrulicas para la produccin deenerga el0ctrica.

6oco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El ba5o caudal del $eranoy oto


24/30

TermodinamicaIngenieria de Minasde un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla yse puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos otuberas for"adas: controlados con $l$ulas para adecuar el flu5o de agua por lasturbinas con respecto a la demanda de electricidad. El agua sale por los canales dedescarga.

El agua es de$uelta al ro en las condiciones en 7ue se tom: de modo 7ue sepuede $ol$er a utili"ar por otra central situada aguas aba5o o para consumo.

!a utili"acin de presas tiene $arios incon$enientes. ,uc%as $eces se inundanterrenos f0rtiles y en ocasiones poblaciones 7ue es preciso e$acuar. !a fauna pisccolapuede ser alterada si no se toman medidas 7ue la prote5an.

+.2 ipos de centrales (idroelctricas

e pueden clasificar seg;n $arios argumentos: como caractersticas t0cnicas:

peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.

En primer lugar %ay 7ue distinguir las 7ue utili"an el agua seg;n discurrenormalmente por el cauce de un ro: y a7uellas otras a las 7ue 0sta llega:con$enientemente regulada: desde un lago o pantano. e denominan

1. Centrales de Agua Fluente2. Centrales de agua embalsada

o

Centrales de )egulacino Centrales de ombeo.

eg;n la altura del saltode agua o desni$el e9istente

1. Centrales de Alta 6resin2. Centrales de ,edia 6resin.3. Centrales de a5a 6resin

!entrales de gua Fluente

!lamadas tambi0n de agua corriente: o de agua fluyente. e construyen en loslugares en 7ue la energa %idrulica debe ser utili"ada en el instante en 7ue sedispone de ella: para accionar las turbinas %idrulicas.

#o cuentan prcticamente con reser$a de agua: oscilando el caudal suministradoseg;n las estaciones del a


25/30


e alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales Bembalses:conseguidos mediante la construccin de presas. El embalse es capa" de almacenarlos caudales de los ros afluentes: llegando a ele$ados porcenta5es de captacin deagua en ocasiones. Este agua es utili"ada seg;n la demanda: a tra$0s de conductos7ue la encau"an %acia las turbinas.

!entrales de Regulacin

ienen la posibilidad de almacenar $ol;menes de agua en el embalse: 7uerepresentan periodos ms o menos prolongados de aportes de caudales mediosanuales.

6restan un gran ser$icio en situaciones de ba5os caudales: ya 7ue elalmacenamiento es continuo: regulando de modo con$eniente para la produccin. eadaptan bien para cubrir %oras punta de consumo

!entrales de /om#eo

e denominan Nde acumulacinO. Acumulan caudal mediante bombeo: con lo 7uesu actuacin consiste en acumular energa potencial. 6ueden ser de dos tipos: deturbina y bomba: o de turbina re$ersible.

!a alimentacin del generador 7ue reali"a el bombeo desde aguas aba5o: se puedereali"ar desde otra central %idrulica: t0rmica o nuclear.

#o es una solucin de alto rendimiento: pero se puede admitir comosuficientemente rentable: ya 7ue se compensan las p0rdidas de agua o combustible.

!entrales de lta 6resin

A7u se incluyen a7uellas centrales en las 7ue el salto %idrulico es superior a los

2// metros de altura. !os caudales desalo5ados son relati$amente pe7ue


26/30


7No contamina8 Ben la proporcin 7ue lo %acen el petrleo: carbn:etc. #os referimos a 7ue no emite gases Vin$ernadero? ni pro$oca llu$ia cida:es decir: no contamina la atmsfera: por lo 7ue no %ay 7ue emplear costososm0todos 7ue limpien las emisiones de gases.

6roduce tra#ajo a la temperatura am#iente #o %ay 7ue emplearsistemas de refrigeracin o calderas: 7ue consumen energa y: en muc%oscasos: contaminan: por lo 7ue es ms rentable en este aspecto.

lmacenamiento de agua para regados

6ermite reali&ar actividades de recreo 9remo: #a;arse: etc


27/30


El calor se produce entre la corte"a y el manto superior de la ierra: sobre todo pordesintegracin de elementos radiacti$os. Esta energa geot0rmica se transfiere a lasuperficie por difusin: por mo$imientos de con$eccin en el magma Broca fundida ypor circulacin de agua en las profundidades. us manifestaciones %idrot0rmicassuperficiales son: entre otras: los manantiales calientes: los g0iseres y las fumarolas.

!os primeros %an sido usados desde la antigWedad con propsitos terap0uticos yrecreati$os.El $apor producido por l7uidos calientes naturales en sistemas geot0rmicos es una

alternati$a al 7ue se obtiene en plantas de energa por 7uemado de materia fsil: porfisin nuclear o por otros medios. !as perforaciones modernas en los sistemasgeot0rmicos alcan"an reser$as de agua y de $apor: calentados por magma muc%oms profundo: 7ue se encuentran %asta los 3./// m ba5o el ni$el del mar. El $apor sepurifica en la boca del po"o antes de ser transportado en tubos grandes y aislados%asta las turbinas. !a energa t0rmica puede obtenerse tambi0n a partir de g0iseres yde grietas.

!a energa geot0rmica se desarroll para su apro$ec%amiento como energael0ctrica en 18/ en Italia: donde la produccin contin;a toda$a.

En la actualidad: se est probando una t0cnica nue$a consistente en perforar rocassecas y calientes situadas ba5o sistemas $olcnicos en reposo para luego introduciragua superficial 7ue regresa como $apor muy enfriado. !a energa geot0rmica tiene ungran potencial se calcula: basndose en todos los sistemas %idrot0rmicos conocidoscon temperaturas superiores a los 1&/XC: 7ue Estados @nidos podra producir 23.///,G en 3/ a$apor dominante>K producen $apor seco sobrecalentado: con cantidades deotros gases como di9ido de carbono y sulfuro. !a utili"acin principal es laproduccin de energa el0ctrica.

24


28/30


=.2 E>plotacin de los recursos geotrmicos

,0todos de e9plotacin: geolgicos: geo7uimicos y geofsicos. se utili"an para laubicacin y caracteri"acin de un campo geot0rmico.

!a gran e9tensin de las reas sometidas a la e9ploracin: %an sido planificadas a

tra$0s de $arias etapas de in$estigacin con m0todos precisos y costosos. !as fasesde un proyecto geot0rmico comprenden

Estudio de reconocimiento se lle$a a cabo en una regin: con el ob5eto dee$aluar las posibilidades geot0rmicas: de planificar las etapas de e9ploracinK enesta etapa se reali"an

- M )ecopilacin de datos Beologa: topografas: fotografas a0reas ysatelitales: datos geofsicos: meteorolgico: %idrolgico y datos demanifestaciones termales de la regin.

- M )econocimiento del campo incluyen tomas de muestras Brocas Haguas para su anlisis pre$io.

Estudio de prefactibilidad abarca un rea determinada. Esta fase pretende

lograr una e$aluacin preliminar del recurso. @bicar los sitios de perforacin depo"os e9ploratorios: estudios geolgicos: %idrogeolgicos y geo7umicos paradeterminar la presencia y origen de una anomala t0rmica.

Estudio de factibilidad el ob5eto es la delimitacin del campo geot0rmico: laestimacin de las reser$as e9plotables. !os fluido geot0rmicos y sus usos: 7ueincluyen estudios del reser$orio: estudios econmicos y dise


29/30


@tili"acin del terreno ya 7ue se re7uiere una instalacin de unaconsiderable infraestructura.

Influencia sobre el suelo erosin: %undimiento del terreno e induccinde acti$idad ssmica.

#i$eles de ruido aumento del ruido en los procesos de perforacin comdurante la operacin de la planta.

Contaminacin del aire de dos maneras

- alida directa de $apor geot0rmico durante todas las etapas dela e9plotacin.

- alida de gases inconfensables durante la operacin de la plantageneradora de energa.

@so y contaminacin de las aguas

- Contaminacin de las aguas

- Efectos sobre la %idrologa

- Impactos sobre la disponibilidad local del agua.

Contaminacin t0rmica y efectos climticos emisin a la atmsfera de calorresidual: $apor de agua y C=2 .

Alteracin de ecosistemas alteracin de los ecosistemas biolgicosnaturales de las pro9imidades de la central.

/i#liogra"a

centros.pntic.mec.es

YYY.monografas.com

YYY.nodo&/.org

YYY.cubasolar.cu

YYY.9tec.es

es.YiJipedia.org

26
http://www.xtec.es/http://www.xtec.es/


30/30


TERMODINAMICA - Energias No Convencionales

Documents

Transcript of TERMODINAMICA - Energias No Convencionales