Noelia Morales Vilches 1ºBTC

Índice

1. Introducción pág.22. Energía solar pág.3 2.1 Funcionamiento y características pág.4 2.2 Aplicaciones de la energía solar pág.4 2.2.1 Calefacción solar como medio de bienestar pág.4 2.2.2. Enfriamiento y refrigeración pág.5 2.3 La energía solar en la naturaleza pág.5 2.4 Nuestro aprovechamiento de la energía solar pág.6 2.4.1 Colectores de placa plana pág.6 2.4.2 Colectores de concentración pág.6 2.4.3 Hornos solares pág.7 2.4.4 Receptores centrales pág.7 2.4.5 Energía solar en el espacio pág.7 2.4.6 Dispositivos de almacenamiento de energía solar pág.83. Energía eólica pág.8 3.1. Molinos pág.8 3.1.1 Los primeros molinos pág.9 3.1.2 Aplicaciones y desarrollo pág.9 3.1.3 Turbinas de viento modernas pág.94. Energía mareomotriz pág.11 4.1 Aprovechamiento de la energía de las ondas y las olas pág.11 4.2 Aprovechamiento de la energía de las mareas pág.13 4.3 Energía térmica oceánica pág.145. Energía biomasa pág.15 5.1. Tipos de biomasa pág.16 5.2. Características energéticas de la biomasa pág.16 5.3. Sistemas de aprovechamiento energético de la biomasa pág.17 5.3.1 Basados en la combustión del recurso pág.17 5.3.2. Basados en la gasificación del recurso pág.17 5.3.3Digestión anaerobia pág.17 5.4 Aplicaciones energéticas de la biomasa pág.18 5.4.1 Generación de energía térmica pág.18 5.4.2. Generación de energía eléctrica pág.18 5.4.3. Generación de energía mecánica pág.19 5.5 Ventajas del uso energético de la biomasa pág.19 5.5.1. Ventajas ambientales pág.19 5.5.2 Ventajas socioeconómicas pág.19 5.6 Problemas que puede presentar su uso pág.206. Energía hidráulica pág.20 6.1 Centrales hidroeléctricas pág.20 6.2 Tipos de centrales hidroeléctricas pág.21 6.3Ventajas e inconvenientes pág.237. Energía geotérmica pág.24 7.1 Campos geotérmicos pág.25 7.1.1 Tipos de campos geotérmicos pág.25 7.2Explotación de los recursos geotérmicos pág.25 7.3Centrales geotérmicas pág.26 7.4Impacto ambiental pág.27

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1 Introducción

La energía es la mayor o menor capacidad de realizar un trabajo o producir un efecto en forma de movimiento, luz, calor, etc. Es la capacidad para producir transformaciones. Nosotros aprovechamos esta capacidad para transformar la energía que obtenemos de la naturaleza según nuestras necesidades e intereses.

Las energías más utilizadas en la actualidad no son renovables como, por ejemplo, el carbón, el petróleo y el gas natural, que están formados por descomposición de plantas y animales que vivieron millones de años atrás y se fueron depositando en el interior de la tierra. Representan la energía solar acumulada bajo tierra

Cuando esos combustibles se queman, liberan la energía que acumularon durante millones de años, produciendo calor y CO2. Se los considera la energía que mueve al mundo. Estas energías también tienen utilidad en la industria química, en la fabricación de diversos productos.

Pero a pesar de mover el mundo, estos combustibles son los principales responsables de la degradación y contaminación ambiental, ya que al quemar carbón, gas, nafta y otros derivados del petróleo, se quita oxígeno al aire, produciendo calor y liberando CO2 y otros gases

El constante incremento de la utilización de estos recursos energéticos producirá una aceleración del calentamiento global del planeta y una elevación del nivel de los océanos. Los combustibles fósiles se agotan y amenazan con provocar una catástrofe ecológica. Gases como el Dióxido de Carbono, que absorben parte de la energía calórica de la superficie de la tierra produciendo el llamado "Efecto Invernadero”. Con el aumento de emanación de este gas se producirá un aumento de la temperatura del planeta. Sus principales consecuencias serán el derretimiento de los casquetes polares, con lo que aumentará el nivel del mar, y esto podría conducir a la consecuente desaparición de ciudades costeras

Una posible solución a estos problemas sería la utilización de energías alternativas que son fuentes de obtención de energía sin destrucción del medio ambiente, renovables, que han sido investigadas y desarrolladas con intensidad en las últimas décadas. Algunas de ellas son: eólica, solar, geotérmica, biomasa, mareomotriz.

Para comprobar esta posible solución se alegan los siguientes datos:

Nivel de contaminación de las energías convencionalesNuclear:

Contaminación del agua. Basura nuclear. Produce mutaciones en los seres vivos.

Hidroeléctrica: Disconformidad en la población Cambio de clima Alteración de la fauna y la flora. Erosión en las orillas de los lagos produciendo gas del pantano (gas

metano) con la descomposición de la biomasa.

Petróleo y gas: polución atmosférica. Contaminación del medio ambiente. Alteración de la flora y fauna.

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ReservasFuentes de energías convencionales Petróleo...............40 años. Gas natural..........60 años. Carbón................Varios años. Nuclear................Sin restricción. Hidráulica.............La explotan en ¼ del potencial (mundial).

Energía no convencional.

Geotermia.............. En continuo crecimiento. Biomasa....................... En aumento. Eólica............................En desarrollo. Fotovoltaica......................improbable rentabilidad

Ventajas que proporcionan las energías alternativas No consumen combustibles. Son fuentes de generación inagotables. No contaminan el medio ambiente. No producen mutaciones en los seres vivos. No producen alteran del clima. No altera el equilibrio de la flora y la fauna.

Observando estos datos llegamos a la conclusión de que una manera de evitar el exceso de emanaciones de CO2 es el uso de energías limpias, que no sólo ayudan a evitar la contaminación de la Tierra, sino que de alguna manera constituyen una fuente de ahorro, ya que se aprovecharían las posibilidades que nos brinda la naturaleza para proveernos de energía.

Por todo ello debemos fomentar el uso de todas las energías limpias o alternativas y terminar de una vez por todas con el uso descontrolado y abusivo de combustibles fósiles que es uno de los causantes del calentamiento global.

Como ya hemos dicho, las principales energías renovables son la solar, la mareomotriz, la biomasa, la hidráulica y la geotérmica.

2 Energía solar

La energía solar es la energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres.

El Sol es una masa de materia gaseosa caliente que irradia a una temperatura efectiva de unos 6000ºC. La tierra recibe anualmente del 1,6 millones de KW./ Hs., de l os cuales un 40% llega hasta nosotros.

La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra se reduce por varios factores variables, entre ellos, la absorción de la radiación, en intervalos de longitud de onda específicos, por los gases de la atmósfera, dióxido de carbono, ozono, etc., por el vapor de agua, por la difusión atmosférica a causa de las partículas de polvo, moléculas y gotitas de agua, por reflexión de las nubes y por la inclinación del plano que recibe la radiación respecto de la posición normal de la radiación.

La intensidad de la radiación medida en la superficie de la Tierra sufre variaciones pero, aún así, es enorme.

La energía que proviene del sol es transformada en energía eléctrica o calórica a través de un proceso de almacenamiento.

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La conversión directa de la energía solar puede ocurrir de dos maneras: La luz solar incidente puede ser transformada directamente en calor por

conversión fototérmica utilizando para ello un dispositivo que absorbe los rayos solares en forma selectiva

Puede ser transformada directamente en electricidad por convección fotovoltaica, utilizando una célula solar.

A partir de estas conversiones la energía solar puede ser utilizada para: generación de energía eléctrica. Calefacción de vivienda y edificios público. Calentamiento de agua para uso sanitario. Actividades agrícolas, centrales de secado de productos mediante el

calentamiento del aire. Calefacción de ambientes destinados a la cría de animales. Aplicaciones mineras, mediante el empleo de pozos solares

2.1 Funcionamiento y características

La conversión fotovoltaica es el único medio en transformar la energía suministrada por el sol en forma de rayos, en electricidad. Esta transformación se realiza por medio de células fotovoltaicas, recurriendo a las propiedades de los materiales semiconductores ampliamente utilizados en la industria electrónica, transistores, diodos etc.

Las células fotovoltaicas más corrientes utilizan en el silicio ( SI ), elemento muy extendido en la naturaleza. Los átomos del silicio fundidos, al enfriarse ocupan los estados mínimos de energías, que corresponden con sus posiciones cristalinas. Se obtiene así un gran monocristal de fondo cilíndrico y varios kilos de peso, que hay que cortar cuidadosamente, para transformarlo en finas obleas semiconductoras.

Las células fotovoltaicas de silicio tienen la propiedad de convertir directamente la luz solar que incide en ellas en energía eléctrica. Cuando mayor es la luz que reciben, mayor es la energía que producen. Para su aplicación práctica las células se interconectan entre si y se encapsulan en un material plástico aislante, formando un modulo fotovoltaico.

El módulo tiene un frente de vidrio templado y un marco de aluminio que lo protegen de los agentes atmosféricos y le dan rigidez estructural. Los módulos son generadores de corriente eléctrica continua.

La energía producida durante las horas en que el módulo esta iluminado por la luz solar se acumula en baterías para su empleo durante la noche o en días nublados. La batería es la que otorga la autonomía de funcionamiento al sistema de generación. Un generador eléctrico solar está constituido por uno o más módulos fotovoltaicos según sea la potencia requerida.

2.2Aplicaciones de la energía solar

2.2.1Calefacción solar como medio de bienestar

Las módicas temperaturas empleadas para calefaccionar recintos permiten uso de colectores de plancha plana que funcionan a temperaturas relativamente bajas y con rendimiento razonablemente bueno. Los estudios de calefacción domestica indican que el colector de plancha plana orientado en la posición indicada e incluido en la estructura del edificio como parte integrante de ella, es el tipo de colector para esta aplicación.

El tamaño del colector y el número de unidades de almacenamiento se determinan por la carga de calefacción del edificio, el análisis del tiempo solar y los costos de combustible. Un simple análisis indica el almacenamiento de calor suficiente que se

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requiere para satisfacer las demandas caloríficas del edificio durante el periodo nublado más largo previsto, basado en el registro de datos meteorológicos, si la carga de calefacción ha de provenir totalmente de la energía solar.

No es económicamente práctico confiar en la energía solar para toda la carga de calefacción; los análisis indican que deben utilizarse fuentes de calor auxiliares. Estudios detallados del tiempo solar y de los factores económicos indican que el sistema de calefacción solar más económico es el que proporciona dos tercios de la carga de calefacción.

2.2.2Enfriamiento y refrigeración.

El uso de energía solar para enfriamiento de recintos o acondicionamiento de aire tiene atractivo porque hay una buena relación entre el suministro de energía y la demanda de enfriamiento y por la posibilidad de usar una parte de todo el sistema de calentamiento solar para el acondicionamiento del aire. Se han propuesto varios sistemas básicos para el acondicionamiento de aire por energía solar, entre ellos los sistemas de deshumectación y de enfriamiento por absorción de calentados por el sol.

Un esquema de deshumectador activado por el sol, en el cual como desecante se usa trietilenglicol. El aire que ha de circular en el espacio acondicionado se deshumedece en una cámara de rociado donde se pone en contacto con el trietilenglicol concentrado y frío.

La solución de glicol absorbe humedad del aire y vuelve a circular por cambiadores temidos adecuados hasta una cámara de rociado y despojo donde se pone en contacto con el aire calentado por el sol y se seca para volver a circular hacia el absorbedor de la corriente de aire que circula hacia la casa y se devuelve a la atmósfera en el aire calentado por el sol que atraviesa la cámara de despojo. Puede usarse un refrigerante de evaporación para enfriar el aire seco. Este tipo de unidad seria útil e regiones de humedad relativamente alta.

Se ha propuesto el uso de un sistema de refrigeración mecánico en el que trabajo de compresión se hace por un motor que funciona por la energía del sol, y en el cual el acondicionamiento del aire o del refrigerante seria de diseño convencional. Tiene el inconveniente de que se necesita conversión de energía calórica a mecánica. Otro método es el uso de calor en los refrigerantes de tipo de absorción

2.3La energía solar en la naturaleza

La recogida natural de energía solar se produce en la atmósfera, los océanos y las plantas de la Tierra. Las interacciones de la energía del Sol, los océanos y la atmósfera, por ejemplo, producen vientos, utilizados durante siglos para hacer girar los molinos. Los sistemas modernos de energía eólica producen electricidad

Casi el 30% de la energía solar que alcanza el borde exterior de la atmósfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la energía potencial de las corrientes de montaña y de los ríos. La energía que generan estas aguas en movimiento al pasar por las turbinas modernas se llama energía hidroeléctrica.

Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal (biomasa) que, junto con la madera y los combustibles fósiles que desde el punto de vista geológico derivan de plantas antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combustibles como el alcohol y el metano también pueden extraerse de la biomasa

Asimismo, los océanos representan un tipo natural de recogida de energía solar. Como resultado de su absorción por los océanos y por las corrientes oceánicas, se producen gradientes de temperatura que también son aprovechadas por nosotros.

En conclusión: todas las formas de energía provienen, aunque remotamente, del sol.

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2.4 Nuestro aprovechamiento de la energía solar

Para poder aprovechar la energía solar es necesario que realicemos una recogida directa de ésta para después poder transformarla según nuestras necesidades. Esta recogida requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces después de concentrar los rayos del Sol. La energía, una vez recogida, se emplea en procesos térmicos o fotoeléctricos, o fotovoltaicos. En los procesos térmicos, la energía solar se utiliza para calentar un gas o un líquido que luego se almacena o se distribuye. En los procesos fotovoltaicos, la energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún dispositivo mecánico intermedio.

2.4.1 Colectores de placa plana

En los procesos térmicos los colectores de placa plana interceptan la radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido portador. Éste, en estado líquido o gaseoso, se calienta al atravesar los canales por transferencia de calor desde la placa de absorción

Los colectores de placa plana tienen, en general, una o más placas cobertoras transparentes para intentar minimizar las pérdidas de calor de la placa de absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de calentar fluidos portadores hasta 82 C y obtener entre el 40 y el 80% de eficiencia.

Los colectores de placa plana se han usado de forma eficaz para calentar agua y para calefacción. Los sistemas típicos para casa-habitación emplean colectores fijos, montados sobre el tejado. En el hemisferio norte se orientan hacia el Sur y en el hemisferio sur hacia el Norte. El ángulo de inclinación óptimo para montar los colectores depende de la latitud.

Además de los colectores de placa plana, los sistemas típicos de agua caliente y calefacción están constituidos por bombas de circulación, sensores de temperatura, controladores automáticos para activar el bombeo y un dispositivo de almacenamiento. El fluido puede ser tanto el aire como un líquido (agua o agua mezclada con anticongelante), mientras que un lecho de roca o un tanque aislado sirven como medio de almacenamiento de energía.

Paneles solares

2.4.2 Colectores de concentración

Para aplicaciones como el aire acondicionado y la generación central de energía y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los colectores de placa plana no suministran, en términos generales, fluidos con temperaturas bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en una primera fase, y después el fluido se trata con medios convencionales de calentamiento. Como alternativa, se pueden utilizar colectores de concentración más complejos y costosos. Son dispositivos que reflejan y concentran la energía solar incidente sobre una zona receptora pequeña. Como resultado de esta concentración, la intensidad de la energía solar se incrementa y las temperaturas del receptor (llamado ‘blanco’) pueden acercarse a varios cientos, o incluso miles, de grados Celsius. Los concentradores

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deben moverse para seguir al Sol si se quiere que actúen con eficacia; los dispositivos utilizados para ello se llaman helióstatos.

2.4.3 Hornos solares

Los hornos solares son una aplicación importante de los concentradores de alta temperatura. Consisten en un parque de espejos planos que concentran la radiación solar recibida sobre una gran pantalla en forma de parábola cubierta de espejos. Esta parábola concentra toda la radiación recibida en un punto, lográndose temperaturas muy elevadas

Estos hornos son ideales para investigaciones, por ejemplo, en la investigación de materiales, que requieren temperaturas altas en entornos libres de contaminantes

Este sistema presenta tanto ventajas como inconvenientes:Ventajas:

• El horno solar es una alternativa para disminuir el consumo de artículos contaminantes como los hidrocarburos que producen gases como el dióxido de carbono y el metano.

• Es de bajo costo, se puede usar casi en cualquier parte del mundo y utiliza materiales sencillos.

• Produce una gran cantidad de calor • Es muy usado en países pobres como Nepal donde no hay estufas u otros

sistemas de calefacción.• No contamina pues funciona a base de rayos solares y no emite desechos de

hidrocarburos, dióxido de carbono o metanoInconvenientes:

• Tarda de 2 a 3 horas en alcanzar una temperatura considerable.• No tiene la misma capacidad y tecnología que las estufas actuales.• La temperatura del horno solar depende de la intensidad de los rayos solares

por lo que no se podría usar muy bien en los días de invierno.

2.4.4 Receptores centrales

La generación centralizada de electricidad a partir de energía solar está en desarrollo. En el concepto de receptor central, o de torre de potencia, una matriz de reflectores montados sobre helióstatos controlados por computadora reflejan y concentran los rayos del Sol sobre una caldera de agua situada sobre la torre. El vapor generado puede usarse en los ciclos convencionales de las plantas de energía y generar electricidad

2.4.5 Energía solar en el espacio

Un proyecto futurista propuesto para producir energía a gran escala propone situar módulos solares en órbita alrededor de la Tierra. En ellos la energía concentrada de la luz solar se convertiría en microondas que se emitirían hacia antenas terrestres para su conversión en energía eléctrica. Para producir tanta potencia como cinco plantas grandes de energía nuclear (de mil millones de vatios cada una), tendrían que ser ensamblados en órbita varios kilómetros cuadrados de colectores, con un peso de más de 4000 t; se necesitaría una antena en tierra de 8 m de diámetro. Se podrían construir sistemas más pequeños para islas remotas, pero la economía de escala supone ventajas para un único sistema de gran capacidad.

2.4.6 Dispositivos de almacenamiento de energía solar

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Debido a la naturaleza intermitente de la radiación solar como fuente energética durante los periodos de baja demanda debe almacenarse el sobrante de energía solar para cubrir las necesidades cuando la disponibilidad sea insuficiente

Los acumuladores pueden servir para almacenar el excedente de energía eléctrica producida por dispositivos eólicos o fotovoltaicos. Un concepto más global es la entrega del excedente de energía eléctrica a las redes existentes y el uso de éstas como fuentes suplementarias si la disponibilidad solar es insuficiente.

3 Energía eólica

La energía producida por el viento ha sido siempre utilizada por el hombre de forma secundaria, para la navegación y en la utilización local como los molinos de viento. Es una fuente inagotable y no contaminante. Actualmente la conexión de energía eólica, puede llegar a cubrir el 20 % de demanda eléctrica con parques eólicos La energía eólica, que no contamina el medio ambiente con gases ni agrava el efecto invernadero, es una valiosa alternativa frente a los combustibles no renovables. uno de sus pocos inconvenientes sería que el viento cambia de intensidad y de dirección de manera impredecible pero, para salvar este obstáculo, en los parques eólicos, se utilizan los acumuladores para producir electricidad durante un tiempo, cuando el viento no sopla.

Nadie se atreve a dudar que la cinética de los vientos es una fuente de energía plenamente competitiva frente a las energía convencionales, como se a demostrado con parques eólicos como los de California y Dinamarca, con potencias de 1,500 MW y 30 MW respectivamente, que han sido posibles gracias a la iniciativa privada y el aporte gubernamental.

Los generadores de turbinas de viento para producción de energía a gran escala y de rendimiento satisfactorio tienen un tamaño mediano (de 15 a 30 metros de diámetro, con una potencia entre 100 y 400 kW). Algunas veces se instalan en filas y se conocen entonces como granjas de viento. En California se encuentran algunas de las mayores del mundo y sus turbinas pueden generar unos 1.120 MW de potencia (una central nuclear puede generar unos 1.100 MW).

El precio de la energía eléctrica producida por ese medio resulta competitivo con otras muchas formas de generación de energía. En la actualidad Dinamarca obtiene más de los 2% de su electricidad de las turbinas de viento, también empleadas para aumentar el suministro de electricidad a comunidades insulares y en lugares remotos. En Gran Bretaña, uno de los países más ventosos del mundo, los proyectos de turbinas de viento, especialmente en Gales y en el noroeste de Inglaterra, generan una pequeña parte de la electricidad procedente de fuentes de energía renovable. En España se inauguró en el año 1986 un parque eólico de gran potencia en Tenerife, Canarias. Más tarde se hicieron otras instalaciones en La Muela (Zaragoza), el Ampurdán (Gerona), Estaca de Bares (La Coruña) y Tarifa (Cádiz), ésta dedicada fundamentalmente a la investigación. La energía eólica supone un 6% de la producción de energía primaria en los países de la Unión Europea.

3.1 Molinos

Es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable. Esta energía proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga,

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como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento.

3.1.1 Los primeros molinos

Los molinos movidos por el viento tienen un origen remoto. En el siglo VII d.C. ya se utilizaban molinos elementales en Persia para el riego y moler el grano. En estos primeros molinos la rueda que sujetaba las aspas era horizontal y estaba soportada sobre un eje vertical. Estas máquinas no resultaban demasiado eficaces

En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterra. Eran unas estructuras de madera, conocidas como torres de molino, que se hacían girar a mano alrededor de un poste central para levantar sus aspas al viento.

El molino de torre se desarrolló en Francia a lo largo del siglo XIV. Consistía en una torre de piedra coronada por una estructura rotativa de madera que soportaba el eje del molino y la maquinaria superior del mismo.

De la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal. De este eje partían de cuatro a ocho aspas,

La energía generada por el giro del eje se transmitía, a través de un sistema de engranajes, a la maquinaria del molino emplazada en la base de la estructura.

3.1.2 Aplicaciones y desarrollo

Además de emplearse para el riego y moler el grano, los molinos construidos entre los siglos XV y XIX tenían otras aplicaciones, como el bombeo de agua en tierras bajo el nivel del mar, aserradores de madera, fábricas de papel, prensado de semillas para producir aceite, así como para triturar todo tipo de materiales.

El avance más importante fue la introducción del abanico de aspas que giraba impulsado por el viento. Otros avances importantes han sido los frenos hidráulicos para detener el movimiento de las aspas y la utilización de aspas aerodinámicas en forma de hélice, que incrementan el rendimiento de los molinos con vientos débiles.

El uso de las turbinas de viento para generar electricidad comenzó en Dinamarca a finales del siglo pasado y se ha extendido por todo el mundo. Pequeñas turbinas de viento generadoras de electricidad abastecían a numerosas comunidades rurales hasta la década de los años treinta

3.1.3 Turbinas de viento modernas

Las modernas turbinas de viento se mueven por dos procedimientos: el arrastre, en el que el viento empuja las aspas, y la elevación, en el que las aspas se mueven de un modo parecido a las alas de un avión a través de una corriente de aire. Las turbinas que funcionan por elevación giran a más velocidad y son, por su diseño, más eficaces. Las turbinas de viento pueden clasificarse en turbinas de eje horizontal, en las que los ejes principales están paralelos al suelo y turbinas de eje vertical, con los ejes perpendiculares al suelo

Bombeadotas de aguaUna bombeadora de agua es un molino con un elevado momento de torsión y de

baja velocidad, frecuente en las regiones rurales de Estados Unidos. Las bombeadoras de agua se emplean sobre todo para drenar agua del subsuelo. Estas máquinas se valen de una pieza rotatoria con varias aspas oblicuas que parten de un eje horizontal. La pieza rotatoria se instala sobre una torre lo bastante alta como para alcanzar el viento. Una larga veleta en forma de timón dirige la rueda hacia el viento. La rueda hace girar los engranajes que activan una bomba de pistón. Cuando los vientos arrecian en exceso, unos mecanismos de seguridad detienen de forma automática la pieza rotatoria para evitar daños en el mecanismo

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Generadores eléctricos  también llamados aerogeneradores. Los generadores de turbina de viento tienen varios componentes. El rotor convierte la fuerza del viento en energía rotatoria del eje, una caja de engranajes aumenta la velocidad y un generador transforma la energía del eje en energía eléctrica. En algunas máquinas de eje horizontal la velocidad de las aspas puede ajustarse y regularse durante su funcionamiento normal, así como cerrarse en caso de viento excesivo. Otras emplean un freno aerodinámico que con vientos fuertes reduce automáticamente la energía producida. Las máquinas modernas comienzan a funcionar cuando el viento alcanza una velocidad de unos 19 km/h, logran su máximo rendimiento con vientos entre 40 y 48 km/h y dejan de funcionar cuando los vientos alcanzan los 100 km/h. Los lugares ideales para la instalación de los generadores de turbinas son aquellos en los que el promedio anual de la velocidad del viento es de cuando menos 21 km/h.

Los aerogeneradores más prometedores son los de eje horizontal, los ejes verticales y la torre con vértice confinado

Los ejes horizontales tienen una larga tradición, y sus posibilidades para captar energía, eficientemente ya han sido desarrolladas con instalaciones tales como la turbina de HUNTER de 34 metros de diámetro con una potencia de 100 KW que funcionó entre I959 y 1968. Entre las mas recientes figuran las construidas por la Nasa, la MOD -0 de 38 mts de diámetros y I00 KW de potencia; la MOD -1 de 6I mts y 2MW construida por Boeing e instalada en Goodnoe Hills, Washington que componen el primer parque de grandes turbinas, en la cual esta inyectado en la línea una potencia de 75 MW. La tecnología de estos aerogeneradores de eje horizontal se encuentra en continuo desarrollo y podríamos decir que muchos de ellos ya están en la etapa de comercialización.

Las turbinas de eje vertical, comenzaron a difundirse en los últimos; Varios países se encuentran desarrollando estos prototipos, en especial en Canadá y Estados Unidos; estas últimas se encuentran actualmente en una avanzada etapa de desarrollo.

Por último, la torre aletada con vértice confinado, que teóricamente apárese con magnificas posibilidades, debe aun confirmarse experimentalmente en dimensiones con cierta magnitud, ya que los pequeños modelos de túnel de viento han demostrado una gran dependencia de las dimensiones geométricas del aparato.

Aerogenerador

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4 Energía mareomotriz

Las mareas, es decir, el movimiento de las aguas del mar, producen una energía que se transforma en electricidad en las centrales mareomotrices. Se aprovecha la energía liberada por el agua de mar en sus movimientos de ascenso y descenso de las mareas

El sistema consiste en aprisionar el agua en el momento de la alta marea y liberarla, obligándola a pasar por las turbinas durante la bajamar. Cuando la marea sube, el nivel del mar es superior al del agua del interior de la ría. Abriendo las compuertas, el agua pasa de un lado a otro del dique, y sus movimientos hacen que también se muevan las turbinas de unos generadores de corrientes situados junto a los conductos por los que circula el agua. Cuando por el contrario, la marea baja, el nivel de la mar es inferior al de la ría, porque el movimiento del agua es en sentido contrario que el anterior, pero tamben se aprovecha para producir electricidad

La energía gravitatoria terrestre y lunar, la energía solar y la eólica dan lugar, respectivamente, a tres manifestaciones de la energía del mar: mareas, gradientes térmicos y olas. De ella se podrá extraer energía mediante los dispositivos adecuados.

La energía de las mareas o mareomotriz se aprovecha embalsando agua del mar en ensenadas naturales y haciéndola pasar a través de turbinas hidráulicas.

La leve diferencia de temperaturas llega entre la superficie y las profundidades del mar (gradiente término), constituye una fuente de energía llamada mareomotérmica.

La energía de las olas es producida por los vientos y resulta muy irregular. Ello ha llevado a la construcción de múltiples tipos de máquinas para hacer posible su aprovechamiento.

4.1. Aprovechamiento de la energía de las ondas y las olas

Los vientos imprimen a las capas superficiales del mar movimientos ondulatorios de dos clases: las ondas y las olas.

Las primeras se pueden observar en el mar, incluso en ausencia del viento; son masas de agua que avanzan y se propagan en la superficie en forma de ondulaciones cilíndricas, generalmente se suceden varias y aparecen en la superficie ondulaciones paralelas y separadas por intervalos regulares.

Los elementos de una onda son: su longitud, esto es, la distancia entre dos crestas consecutivas; la amplitud o distancia vertical entre una cresta y un valle; el período, estro es el tiempo que se separa el paso de dos crestas consecutivas por delante en un punto fijo; y la velocidad

La energía que desarrollan las ondas es enorme y proporcional a las masas de aguas que oscilan y a la amplitud de oscilación. Esta energía se descompone en dos partes, las cuales, prácticamente, son iguales: una energía potencial, la cual provoca la deformación de la superficie del mar, y una energía cinética o de movimiento, debida al desplazamiento de las partículas; en suma, de la masa de agua.

Si la profundidad es pequeña, la energía cinética es transportada con una velocidad que depende de determinadas características de la onda. Se ha calculado que una onda de 7,50 metros de altura sobre el nivel de las aguas tranquilas y de 150 metros de longitud de onda, propagándose con una velocidad de 15 metros por segundo, desarrolla una potencia de 700 caballos de vapor por metro lineal de cresta; según esto, una onda de las mismas características que tuviese 1Km. De ancho desarrollaría la considerable potencia de 700.000 caballos de vapor. Esto explica los desastrosos efectos que producen las tempestades marinas.

Las ondas marinas se forman únicamente en puntos determinados de nuestro planeta y desde ellos se propagan radialmente.

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Sencilla es la técnica utilizada para captar la energía desarrollada por las ondas marinas en sus oscilaciones verticales. Basta para ello disponer de varios flotadores provistos de un vástago que se desliza a lo largo de unas guías y cuyos movimientos verticales se transmiten mediante el vástago a generadores eléctricos. La realización práctica de este tipo de máquina es, sin embargo, muy difícil, pues, a la corta o a la larga, estas máquinas acaban por ser destruidas por el exceso de la potencia que deben captar.

El ingeniero Cattaneo de Veltri ideó un dispositivo que consiste en un pozo de cierto diámetro que comunica por su parte inferior con el mar. A lo largo de este pozo se mueve un pesado flotador guiado por unas barras de hierro empotradas en la pared de aquél flotador que desciende por el empuje vertical del agua del mar y conforme con las oscilaciones de la superficie de éste. Mediante palancas articuladas, el flotador transmitía su empuje a los vástagos de los émbolos de dos bombas hidráulicas aspirantes impelentes que elevaban el agua hasta el lugar deseado.

Esta máquina, que funcionó una docena de años, acabó por ser destruida por las olas a pesar de su robustez y construcción sencilla. Su rendimiento era reducido y constituyó más bien una curiosidad que un dispositivo realmente útil.

Las olas se forman en cualquier punto del mar por la acción del viento. A medida que aumenta la velocidad del viento, las olas crecen en altura y en masa más rápidamente que la longitud, en profundidad, de la ola. Finalmente, cuando el viento sopla con violencia, las olas alcanzan tamaño gigantesco y por el impulso de aquél corren sobre la superficie marina a gran velocidad y descargan toda su potencia sobre los obstáculos que encuentran en su camino. Los efectos de estos choques son enormes y la cantidad de energía disipada en ellos es considerable.

Se han proyectado numerosos aparatos y dispositivos para aprovechar la energía del oleaje, pero ninguno hasta hoy ha dado resultados prácticos. La energía de las olas es salvaje, difícil de domesticar

Otras técnicas se han aplicado a la utilización de la energía horizontal o de traslación de las ondas. La inconstancia de éstas limita, por una parte, su empleo

El fracaso de los intentos llevados a cabo, parece querer demostrar que es vana la esperanza de aprovechar la energía de las ondas y las olas. Pero el hombre no se ha resignado a contemplar como se pierde tanta energía cinética, continua, eterna, que le ofrece la Naturaleza gratuitamente; en vista del fracaso de la utilización de la energía de las ondas y las olas, los técnicos orientaron sus esfuerzos a utilizar la que se deriva de la variación del nivel del mar, esto es, la de las mareas y la del calor de las aguas marinas.

De los sistemas propuestos, para fijar la energía de las olas, se puede hacer una clasificación, los que se fijan en la plataforma continental y los flotantes, que se instalan en el mar.

Uno de los primeros fue el convertidor noruego Kvaerner, cuyo primer prototipo se construyó en Bergen en 1985. Consiste en un tubo hueco de hormigón, de diez metros de largo, dispuesto verticalmente en el hueco de un acantilado. Las olas penetran por la parte inferior del cilindro y desplazan hacia arriba la columna de aire, lo que impulsa una turbina instalada en el extremo superior del tubo. Esta central tiene una potencia de 500 KW y abastece a una aldea de 50 casas.

El pato de Salter, que consiste en un flotador alargado cuya sección tiene forma de pato. La parte más estrecha del flotador se enfrenta a la ola con el fin de absorber su movimiento lo mejor posible. Los flotadores giran bajo la acción de las olas alrededor

de un eje cuyo movimiento de rotación acciona una bomba de aceite que se encarga de mover una turbina.

La dificultad que presenta este sistema es la generación de electricidad con los lentos movimientos que se producen.

La balsa de Cockerell consta de un conjunto de plataformas articuladas que reciben el impacto de las crestas de las olas. Las balsas ascienden y descienden

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impulsando un fluido hasta un motor que mueve un generador por medio de un sistema hidráulico instalado en cada articulación.

El rectificador de Russell, está formado por módulos que se instalan en el fondo del mar, paralelos al avance de las olas. Cada módulo consta de dos cajas rectangulares, una encima de la otra. El agua pasa de la superior a la inferior a través de una turbina.

La boya de Nasuda, consiste en un dispositivo flotante donde el movimiento de las olas se aprovecha. Es un sistema de baja presión que mueve un generador de electricidad.

4.2. Aprovechamiento de la energía de las mareas:

Las mareas son oscilaciones periódicas del nivel del mar. Este movimiento de ascenso y descenso de las aguas del mar se produce por las acciones atractivas del Sol y de la Luna. La subida de las aguas se denomina flujo, y el descenso reflujo, éste más breve en tiempo que el primero. Los momentos de máxima elevación del flujo se denomina pleamar y el de máximo reflujo bajamar.

La amplitud de mareas no es la misma en todos los lugares: es nula en algunos mares interiores, como en el Mar Negro; de escaso valor en el Mediterráneo e igual de débil en el océano Pacífico. Por el contrario, alcanza valor notable en determinadas zonas del océano Atlántico, en el cual se registran las mareas mayores.

Belidor, profesor en la escuela de Artillería de La Fère (Francia), fue el primero que estudió el problema del aprovechamiento de la energía cinética de las mareas, y previó un sistema que permitía un funcionamiento continuo de dicha energía, empleando para ello dos cuencas o receptáculos conjugados

La utilización de las mareas como fuente de energía se remonta varios siglos. Los ribereños de los ríos costeros ya habían observado corrientes que hacían girar las ruedas de sus molinos, que eran construidos a lo largo de las orillas de algunos ríos

Los progresos de la técnica provocaron el abandono de máquinas tan sencillas de rendimiento, hoy escaso.

Las ideas de Belidor fueron recogidas por otros ingenieros franceses que proyectaron una mareomotriz en el estuario de Avranches.

De Brest basándose en construir un fuerte dique que cerrase el estuario y utilizar la energía de caída de la marea media, calculando las turbinas para aprovechar una caída comprendida entre 0,5 y 5,6 metros. Los estudios para este proyecto estaban listos pero fue abandonado.

Las teorías expuestas por Belidor en su Tratado de Arquitectura hidráulica (1927) quedaron en el aire; pero la idea de aprovechar la enorme energía de las mareas no fue jamás abandonada del todo; solo cuando la técnica avanzo lo suficiente, surgió un grupo de ingenieros que acometió el proyecto de resolver definitivamente el problema

Todos los elementos de la estación mareomotriz – generadores eléctricos, máquinas auxiliares, las turbinas, los talleres de reparación, salas y habitaciones para el personal director y obreros-, todo está contenido, encerrado entre los muros del poderoso dique que cierra la entrada del estuario. Una ancha pista de cemento que corre a lo largo de todo él.

Las posibilidades de futuro de la energía mareomotriz no son de consideración como fuentes eléctricas, por su baja rentabilidad y por la grave agresión que supondría para el medio ambiente. Su construcción supondría la destrucción de gran parte de la vida acuática.

En algunas regiones costeras se dan unas mareas especialmente altas y bajas. En estos lugares se ha propuesto construir grandes represas costeras que permitirían generar energía eléctrica con grandes volúmenes de agua aunque con pequeñas

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diferencias de altura. Es como la energía hidráulica, pero con su origen en la atracción gravitacional del Sol y principalmente de la Luna, en vez del ciclo hidrológico.

La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario de Rance (Francia)El embalse creado por las obras que represan el Rance tiene un volumen de

184000000 m3 entre los niveles de pleamar y bajamar. Se extiende por una veintena de kilómetros, que se alarga hasta la orilla del Rance, situada junto a la parte mas profunda del río. La central mareomotriz tiene una importancia de 220 MW. Además del aporte de energía eléctrica, representa un importante centro de desarrollo e investigación, y gracias a ella se deben avances tecnológicos en la construcción de estructuras de hormigón dentro del mar, estudios de resistencia de los metales a la corrosión marina

La energía mareomotriz presenta tanto ventajas como desventajas:

Ventajas:

Auto renovable. No contaminante. Silenciosa. Bajo costo de materia prima. No concentra población. Disponible en cualquier clima y época del año.

Desventajas:

Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero. Localización puntual. Dependiente de la amplitud de mareas. Traslado de energía muy costoso. Efecto negativo sobre la flora y la fauna. Limitada.

Central mareomotriz

4.3. Energía térmica oceánica:

La explotación de las diferencias de temperatura de los océanos ha sido propuesta multitud de veces.

El mas conocido pionero de esta técnica fue el científico francés Georgi Claudi, que invirtió toda su fortuna, obtenida por la invención del tubo de neón, en una central de conversión térmica.

La conversión de energía térmica oceánica es un método de convertir en energía útil la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se encuentra

100 m de profundidad. Para el aprovechamiento es suficiente una diferencia de 20ºC.

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Las ventajas de esta fuente de energía se asocian a que es un salto térmico permanente y benigno desde el punto de vista medioambiental. Puede tener ventajas secundarias, tales como alimentos y agua potable, debido a que el agua fría profunda es rica en sustancias nutritivas y sin agentes patógenos.

Las posibilidades de esta técnica se han potenciado debido a la transferencia de tecnología asociada a las explotaciones petrolíferas fuera de costa. El desarrollo tecnológico de instalación de plataformas profundas, la utilización de materiales compuestos y nuevas técnicas de unión harán posible el diseño de una plataforma, pero el máximo inconveniente es el económico

5 Energía biomasa

Biomasa es la abreviatura de masa biológica, cantidad de materia viva producida en un área determinada de la superficie terrestre, o por organismos de un tipo específico. El término es utilizado con mayor frecuencia para referirse al combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos. La energía de biomasa que procede de la madera, residuos agrícolas y estiércol, continúa siendo la fuente principal de energía de las zonas en desarrollo. En algunos casos también es el recurso económico más importante, como en Brasil, donde la caña de azúcar se transforma en etanol, y en China, donde se obtiene gas a partir de estiércol.

Los combustibles derivados de la biomasa abarcan varias formas diferentes, entre ellas los combustibles de alcohol (mencionados antes en este artículo), el estiércol y la leña.

Los datos estadísticos indican que cada habitante de la tierra produce aproximadamente un kilo de desperdicio por día. Paralelamente, el consumo de energía no renovable acorta sus plazos de agotamiento en proporción a la mayor tecnificación de la sociedad.

La necesidad de energías limpias renovables aunado a la necesidad de deshacernos de los desechos, hace posible el aprovechamiento de la energía de biomasa.

Con el uso masivo de combustibles fósiles el aprovechamiento energético de la biomasa fue disminuyendo progresivamente y en la actualidad presenta en el mundo un reparto muy desigual como fuente de energía primaria. Mientras que en los países desarrollados, es la energía renovable más extendida y que más se está potenciando, en multitud de países en vías de desarrollo es la principal fuente de energía primaria lo que provoca, en muchos casos, problemas medioambientales como la deforestación, desertización, reducción de la biodiversidad, etc.

Existen una serie de factores que condicionan el consumo de biomasa en los países europeos y que hacen que éste varíe de unos a otros. Esos factores son los siguientes:

Factores geográficos: Inciden directamente sobre las características climáticas del país condicionando, por tanto, las necesidades térmicas que se pueden cubrir con combustibles biomásicos.

Factores energéticos: Dependiendo de los precios y características del mercado de la energía en cada momento, se ha de decidir si es o no rentable el aprovechamiento de la biomasa como alternativa energética en sus diversas aplicaciones.

Disponibilidad del recurso: Hace referencia a la posibilidad de acceso al recurso y la garantía de su existencia. Estos factores son los más

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importantes ya que inciden directamente tanto en el consumo energético de biomasa como en sus otras posibles aplicaciones.

5.1. Tipos de biomasa

Existen diferentes tipos o fuentes de biomasa que pueden ser utilizados para suministrar la demanda de energía de una instalación. Son los siguientes:

Biomasa natural: es la que se produce espontáneamente en la naturaleza sin ningún tipo de intervención humana. Los recursos generados en las podas naturales de un bosque constituyen un ejemplo de este tipo de biomasa. La utilización de estos recursos requiere de la gestión de su adquisición y transporte hasta la empresa lo que puede provocar que su uso sea inviable económicamente.

Biomasa residual seca: se incluyen en este grupo los subproductos sólidos no utilizados en las actividades agrícolas, en las forestales y en los procesos de las industrias agroalimentarias y de transformación de la madera y que, por tanto, son considerados residuos. Este es el grupo que en la actualidad presenta un mayor interés desde el punto de vista del aprovechamiento industrial. Algunos ejemplos de este tipo de biomasa son la cáscara de almendra, el orujillo, las podas de frutales, el serrín, etc.

Biomasa residual húmeda: son los vertidos denominados biodegradables: las aguas residuales urbanas e industriales y los residuos ganaderos (principalmente purines).

Cultivos energéticos: son cultivos realizados con la única finalidad de producir biomasa transformable en combustible. Algunos ejemplos son el cardo (cynara cardunculus), el girasol cuando se destina a la producción de biocarburantes, el miscanto, etc.

Biocarburantes: aunque su origen se encuentra en la transformación tanto de la biomasa residual húmeda (por ejemplo reciclado de aceites) como de la biomasa residual seca rica en azúcares (trigo, maíz, etc.) o en los cultivos energéticos (colza, girasol, pataca, etc.), por sus especiales características y usos finales este tipo de biomasa exige una clasificación distinta de las anteriores.

La elaboración de biocarburantes a partir de productos agrícolas es también una alternativa a tener en cuenta no sólo por la reducción de la contaminación atmosférica ocasionada por los vehículos a motor sino también por contribuir a la diversificación de las actividades en el mundo rural

5.2. Características energéticas de la biomasa

Un kilogramo de biomasa permite obtener 3.500 kcal. Ya que un litro de gasolina tiene aproximadamente 10.000 kcal, por cada tres kilogramos que desperdiciamos de biomasa, se desaprovecha el equivalente a un litro de gasolina.

El contenido energético de la biomasa se mide en función del poder calorífico del recurso, aunque para algunos de ellos, como es el caso de la biomasa residual húmeda o de los biocarburantes, se determina en función del poder calorífico del producto energético obtenido en su tratamiento.

Por otra parte, como no se puede llevar a cabo la combustión directa de la biomasa residual húmeda, su contenido energético puede determinarse en función del que posee el biogás obtenido de su digestión anaerobia.

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5.3. Sistemas de aprovechamiento energético de la biomasa

Cuando se desea generar energía con biomasa se puede optar por diferentes sistemas tecnológicos. La elección entre uno y otro depende de las características de los recursos, de la cuantía disponible y del tipo de demanda energética requerida

5.3.1 Basados en la combustión del recurso

Con los equipos que en la actualidad existen en el mercado se pueden conseguir rendimientos de combustión muy elevados, que pueden alcanzar hasta el 95% si se acoplan equipos de recuperación de calor. Los avances tecnológicos conseguidos, tanto en los sistemas de alimentación de la biomasa como en los equipos de combustión, hacen que, en estos momentos, si se dispone de biomasa y es necesario cubrir una demanda térmica en la empresa, los equipos de combustión de biomasa sean tan eficientes, cómodos y competitivos como los basados en combustibles fósiles.

Existen diferentes tecnologías para llevar a cabo la combustión de la biomasa: caldera de parrilla, cámara torsional, combustor en lecho fluido, etc. En función de las características del recurso y de la demanda

Los avances tecnológicos antes mencionados, proporcionan tanta seguridad y confort como los sistemas basados en combustibles fósiles

5.3.2 Basados en la gasificación del recurso

Cuando se desea generar energía térmica y/o eléctrica con biomasa, ésta se puede introducir en equipos en los que por la acción del calor y la carencia de oxígeno producen, al descomponer térmicamente el recurso, un gas combustible que puede emplearse de forma similar a como se utilizan el gas natural u otros combustibles gaseosos tradicionales. Estos equipos presentan la ventaja de que poseen, cuando se trabaja con potencias reducidas o con potencias muy elevadas, mayor rendimiento que los sistemas de combustión, por lo que en esos casos pueden ser mucho más adecuados.

Existen diferentes tecnologías de gasificación de un recurso, gasificador de corrientes paralelas, gasificador en contracorriente, gasificador de lecho fluido, etc. En función de las características del combustible y del destino del gas generado es más conveniente un tipo de aplicación u otro

5.3.3 Digestión anaerobia

La biomasa residual húmeda, o lo que es lo mismo, las aguas residuales de origen orgánico, es aquella que aparece como resultado de la actividad humana en instalaciones agropecuarias, urbanas e industriales y que, por su contenido en agua y materia orgánica, puede ser tratada mediante un proceso biológico

Estos procesos biológicos permiten el aprovechamiento del potencial energético de este tipo de biomasa, disminuyen su carga contaminante y generan subproductos estabilizados con valor fertilizante. De todos los procesos, el compostaje y la digestión anaerobia son los más empleados y ya se encuentran a escala comercial.

La materia orgánica del residuo, en ausencia de oxígeno, se degrada o descompone por la actividad de unos microorganismos específicos transformándose en un gas de alto contenido energético o biogás y en otros productos que contienen la mayor parte de los componentes minerales y compuestos de difícil degradación que en ocasiones se denominan fangos.

El biogás, cuyos componentes principales son el metano y el anhídrido carbónico, puede emplearse para producir energía térmica, eléctrica o en sistemas de cogeneración. El metano es el componente que confiere el valor energético a este gas

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Para que el proceso tenga lugar con la máxima eficiencia se deben controlar una serie de factores como el pH, la alcalinidad, la acidez volátil, la temperatura, los nutrientes, los inhibidores y los tiempos de residencia.

Existen en la actualidad diferentes sistemas para llevar a cabo este proceso. Estas tecnologías se clasifican en función el sistema de carga utilizado y el estado de la biomasa bacteriana existente dentro del digestor.

Los digestores están compuestos por los siguientes elementos: Cámara de carga: en ella se introduce el material a fermentar, se

mezcla con agua y se homogeniza, luego penetran al digestor. Conducto de largo: conecta la cámara de carga, con la cámara de

digestión. Cámara de digestión: en ella se produce la digestión anaerobia de las

materias orgánicas gracias a una serie de bacterias. Gasómetro: su función es de actuar de pulmón de almacenamiento en

los momentos en que no existe el consumo de gas, pues la producción es interrumpida a lo largo de todo el día.

Cámara de descarga: en ella se acumula todo el material una vez digerido.

Dentro de las energías convencionales, los sistemas de biogás son de inmediata y segura aplicación a un costo despreciable, además presenta una serie de ventajas

como: Reducen la peligrosidad y la contaminación de los residuos, eliminan el olor desagradable de los desechos. No producen desequilibrio en la naturaleza Como subproducto se obtiene un afluente con aptas propiedades de

fermentación.

5.4 Aplicaciones energéticas de la biomasa

Con biomasa se puede generar energía térmica (agua o aire caliente, vapor, etc.), energía eléctrica e incluso mecánica mediante el uso de biocarburantes en motores de combustión interna

5.4.1 Generación de energía térmica:

El sistema más extendido para este tipo de aprovechamiento está basado en la combustión de biomasa sólida, aunque también es posible quemar el biogás procedente de la digestión anaerobia de un residuo líquido o el gas de síntesis generado en la gasificación de uno sólido

5.4.2 Generación de energía eléctrica:

En función del tipo y cantidad de biomasa disponible varía la tecnología más adecuada a emplear para este fin:

Ciclo de vapor: está basado en la combustión de biomasa, a partir de la cual se genera vapor que es posteriormente expandido en una turbina de vapor.

Turbina de gas: utiliza gas de síntesis procedente de la gasificación de un recurso sólido. Si los gases de escape de la turbina se aprovechan en un ciclo de vapor se habla de un ciclo combinado

Motor alternativo: utiliza gas de síntesis procedente de la gasificación de un recurso sólido o biogás procedente de una digestión anaerobia.

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Cogeneración: Cuando una entidad presenta consumos térmicos y eléctricos importantes se puede plantear la instalación de un sistema de cogeneración, consistente en la producción conjunta de energía térmica y eléctrica. Esta tecnología presenta como gran ventaja la consecución de rendimientos superiores a los sistemas de producción de energía térmica o eléctrica por separado.

El principio de funcionamiento de la cogeneración se basa en el aprovechamiento de los calores residuales de los sistemas de producción de electricidad la cogeneración es adecuada para empresas con consumos de energía eléctrica importantes y donde sea posible aprovechar energía térmica a temperatura media

5.4.3 Generación de energía mecánica:

Los biocarburantes pueden ser empleados en los motores alternativos de automóviles, camiones, autobuses, etc., sustituyendo total o parcialmente a los combustibles fósiles

Es especialmente interesante en industrias agrarias que dispongan de una adecuada materia prima para su producción y que puedan autoconsumirlos

Supone importantes ahorros en la factura de los combustibles.

5.5 Ventajas del uso energético de la biomasa

5.5.1 Ventajas ambientales

Se considera que todo el CO2 emitido en la utilización energética de la biomasa había sido previamente fijado en el crecimiento de la materia vegetal que la había generado, por lo que no contribuye al incremento de su proporción en la atmósfera y, por tanto, no es responsable del aumento del efecto invernadero.

La biomasa tiene contenidos de azufre prácticamente nulos, generalmente inferiores al 0,1%. Por este motivo, las emisiones de dióxido de azufre, que junto con las de óxidos de nitrógeno son las causantes de la lluvia ácida, son mínimas.

Por otra parte, el uso de biocarburantes en motores de combustión interna supone una reducción de las emisiones generadas

Por último, el empleo de la tecnología de digestión anaerobia para tratar la biomasa residual húmeda además de anular su carga contaminante, reduce fuentes de olores molestos y elimina, casi en su totalidad, los gérmenes y los microorganismos patógenos del vertido. Los fangos resultantes del proceso de digestión anaerobia pueden ser utilizados como fertilizantes en la agricultura

5.5.2 Ventajas socioeconómicas

El aprovechamiento energético de la biomasa contribuye a la diversificación energética, uno de los objetivos marcados por los planes energéticos, tanto a escala nacional como europea.

La implantación de cultivos energéticos en tierras abandonadas evita la erosión degradación del suelo. La Política Agraria Comunitaria (PAC) permite la utilización de tierras en retirada para la producción de cultivos no alimentarios, como son los cultivos energéticos.

El aprovechamiento de algunos tipos de biomasa (principalmente la forestal y los cultivos energéticos) contribuyen a la creación de puestos de trabajo en el medio rural.

5.6. Problemas que puede presentar su uso

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Los rendimientos de las calderas de biomasa son algo inferiores a los de las que usan un combustible fósil líquido o gaseoso.

La biomasa posee menor densidad energética, o lo que es lo mismo, para conseguir la misma cantidad de energía es necesario utilizar más cantidad de recurso. Esto hace que los sistemas de almacenamiento sean, en general, mayores.

Los sistemas de alimentación de combustible y eliminación de cenizas son más complejos y requieren unos mayores costes de operación y mantenimiento (respecto a las que usan un combustible fósil líquido o gaseoso). No obstante, cada vez existen en el mercado sistemas más automatizados que van minimizando este inconveniente.

Los canales de distribución de la biomasa no está tan desarrollados como los de los combustibles fósiles (sólo aplicable en el caso de que los recursos no sean propios).

Muchos de estos recursos tienen elevados contenidos de humedad, lo que hace que en determinadas aplicaciones puede ser necesario un proceso previo de secado.

6 Energía hidráulica

La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estén en funcionamiento centran la atención en esta fuente de energía. Fue utilizada durante mucho tiempo para moler trigo pero fue con la Revolución Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenzó a tener gran importancia con la aparición de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica.

Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían necesaria la construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor con en cuanto se pudo disponer de carbón.

La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX.

6.1 Centrales hidroeléctricas

Es considerada una energía convencional porque es de gran utilización pero, en lo referente a la contaminación, se puede considerar alternativa ya que no produce un gran impacto medioambiental (aunque éste no es inexistente)

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La energía hidroeléctrica es una de las más rentables. El coste inicial de construcción es elevado, pero sus gastos de explotación y mantenimiento relativamente bajos. Aún así tienen unos condicionantes:

Las condiciones pluviométricas medias del año deben ser favorables El lugar de emplazamiento está supeditado a las características y

configuración del terreno por el que discurre la corriente de agua.

El funcionamiento básico consiste en aprovechar la energía cinética del agua almacenada, de modo que accione las turbinas hidráulicas.

En el aprovechamiento de la energía hidráulica influyen dos factores: el caudal y la altura del salto para aprovechar mejor el agua llevada por los ríos, se construyen presas para regular el caudal en función de la época del año. La presa sirve también para aumentar el salto.

Otra manera de incrementar la altura del salto es derivando el agua por un canal de pendiente pequeña (menor que la del cauce del río), consiguiendo un desnivel mayor entre el canal y el cauce del río.

El agua del canal o de la presa penetra en la tubería donde se efectúa el salto. Su energía potencial se convierte en energía cinética llegando a las salas de máquinas, que albergan a las turbinas hidráulicas y a los generadores eléctricos. El agua al llegar a la turbina la hace girar sobre su eje, que arrastra en su movimiento al generador eléctrico.

Las turbinas pueden ser de varios tipos, según los tipos de centrales: Pelton (saltos grandes y caudales pequeños), Francis (salto más reducido y mayor caudal), Kaplan (salto muy pequeño y caudal muy grande) y de hélice. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas para adecuar el flujo de agua por las turbinas con respecto a la demanda de electricidad. El agua sale por los canales de descarga.

El agua es devuelta al río en las condiciones en que se tomó, de modo que se puede volver a utilizar por otra central situada aguas abajo o para consumo.

La utilización de presas tiene varios inconvenientes. Muchas veces se inundan terrenos fértiles y en ocasiones poblaciones que es preciso evacuar. La fauna piscícola puede ser alterada si no se toman medidas que la protejan.

6.2 Tipos de centrales hidroeléctricas

Se pueden clasificar según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.

En primer lugar hay que distinguir las que utilizan el agua según discurre normalmente por el cauce de un río, y aquellas otras a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano. Se denominan:

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1. Centrales de Agua Fluente 2. Centrales de agua embalsada:

o Centrales de Regulación

o Centrales de Bombeo.

Según la altura del salto de agua o desnivel existente:

1. Centrales de Alta Presión 2. Centrales de Media Presión. 3. Centrales de Baja Presión

Centrales de Agua Fluente:

Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas.

No cuentan prácticamente con reserva de agua, oscilando el caudal suministrado según las estaciones del año. En la temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca (aguas bajas), la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío.

Su construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para mantener un desnivel constante en la corriente de agua

Centrales de Agua Embalsada:

Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Este agua es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

Centrales de Regulación:

Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.

Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo

Centrales de Bombeo:

Se denominan ‘de acumulación’. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible.

La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.

No es una solución de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las pérdidas de agua o combustible.

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Centrales de Alta Presión:

Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina.

Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud.

Utilizan turbinas Pelton y Francis.

Centrales de Media Presión:

Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200-20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200m3/s por turbina.

En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes

Centrales de Baja Presión:

Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300m3/s.

Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.

6.3 Ventajas e inconvenientes

Presenta ciertas ventajas sobre otras fuentes de energía, como son:

Disponibilidad: Es un recurso inagotable, en tanto en cuanto el ciclo del agua perdure.

“No contamina” (en la proporción que lo hacen el petróleo, carbón, etc.): Nos referimos a que no emite gases “invernadero” ni provoca lluvia ácida, es decir, no contamina la atmósfera, por lo que no hay que emplear costosos métodos que limpien las emisiones de gases.

Produce trabajo a la temperatura ambiente: No hay que emplear sistemas de refrigeración o calderas, que consumen energía y, en muchos casos, contaminan, por lo que es más rentable en este aspecto.

Almacenamiento de agua para regadíos

Permite realizar actividades de recreo (remo, bañarse, etc) Evita inundaciones por regular el caudal

Pero también algunos inconvenientes   :

Las presas : obstáculos insalvables: Salmones y otras especies que tienen que remontar los ríos para desovar se encuentran con murallas que no pueden traspasar

“Contaminación” del agua El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás propiedades del agua que fluye por el río.

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Privación de sedimentos al curso bajo Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciéndose de nutrientes el resto de río hasta la desembocadura.

Central hidroeléctrica

7 Energía geotérmica

Geotermia es la ciencia relacionada con el calor interior de la Tierra. Su aplicación práctica principal es la localización de yacimientos naturales de agua caliente, fuente de la energía geotérmica, para su uso en generación de energía eléctrica, en calefacción o en procesos de secado industrial.

El calor se produce entre la corteza y el manto superior de la Tierra, sobre todo por desintegración de elementos radiactivos. Esta energía geotérmica se transfiere a la superficie por difusión, por movimientos de convección en el magma (roca fundida) y por circulación de agua en las profundidades. Sus manifestaciones hidrotérmicas superficiales son, entre otras, los manantiales calientes, los géiseres y las fumarolas. Los primeros han sido usados desde la antigüedad con propósitos terapéuticos y recreativos.

El vapor producido por líquidos calientes naturales en sistemas geotérmicos es una alternativa al que se obtiene en plantas de energía por quemado de materia fósil, por fisión nuclear o por otros medios. Las perforaciones modernas en los sistemas geotérmicos alcanzan reservas de agua y de vapor, calentados por magma mucho más profundo, que se encuentran hasta los 3.000 m bajo el nivel del mar. El vapor se purifica en la boca del pozo antes de ser transportado en tubos grandes y aislados hasta las turbinas. La energía térmica puede obtenerse también a partir de géiseres y de grietas.

La energía geotérmica se desarrolló para su aprovechamiento como energía eléctrica en 1904 en Italia, donde la producción continúa todavía.

En la actualidad, se está probando una técnica nueva consistente en perforar rocas secas y calientes situadas bajo sistemas volcánicos en reposo para luego introducir agua superficial que regresa como vapor muy enfriado. La energía geotérmica tiene un gran potencial: se calcula, basándose en todos los sistemas hidrotérmicos conocidos con temperaturas superiores a los 150°C, que Estados Unidos podría producir 23.000 MW en 30 años.

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7.1 Campos geotérmicos

Son zonas limitadas de la corteza terrestre, en donde existen flujos anormales de calor que producen el calentamiento de las aguas contenidas en los estratos de rocas permeables.

Están cubiertos por una capa rocosa que impide el escape del flujo caliente. Pero a la vez se encuentran zonas de fluidos de calor normal cuya explotación se justifica por estar constituidos por acuíferos y porosos.

7.1.2 Tipos de campos geotérmicos

Los sistemas hidrotermales se clasifican en función del fluido producido en :- Campos que producen aguas calientes : el agua del reservorio tiene una

temperatura de 60 - 100 C. Se encuentran en áreas de flujo normal o superior a lo normal. El uso del fluido con fines agrícolas e industriales. Así como calefacción y suministro de la misma.

- Campos que producen vapor húmedo : son conocidos como líquido dominante, el reservorio contienen agua a una temperatura mayor a los 100 C. Durante la extracción se producen disminuciones de presión que origina una evaporación parcial, obteniéndose así una mezcla de agua y vapor en condiciones de saturación. La utilización es la generación de energía eléctrica.

- Campos de producción de vapor sobrecalentado : también denominados de "vapor dominante"; producen vapor seco sobrecalentado, con cantidades de otros gases como dióxido de carbono y sulfuro. La utilización principal es la producción de energía eléctrica.

7.2 Explotación de los recursos geotérmicos

Métodos de explotación, geológicos, geoquimicos y geofísicos. se utilizan para la ubicación y caracterización de un campo geotérmico.

La gran extensión de las áreas sometidas a la exploración, han sido planificadas a través de varias etapas de investigación con métodos precisos y costosos. Las fases de un proyecto geotérmico comprenden:

Estudio de reconocimiento : se lleva a cabo en una región, con el objeto de evaluar las posibilidades geotérmicas, de planificar las etapas de exploración; en esta etapa se realizan :

- - Recopilación de datos (Geología, topografías, fotografías aéreas y satelitales, datos geofísicos, meteorológico, hidrológico y datos de manifestaciones termales de la región.)

- - Reconocimiento del campo: incluyen tomas de muestras (rocas / aguas) para su análisis previo.

Estudio de prefactibilidad: abarca un área determinada. Esta fase pretende lograr una evaluación preliminar del recurso. Ubicar los sitios de perforación de pozos exploratorios, estudios geológicos, hidrogeológicos y geoquímicos para determinar la presencia y origen de una anomalía térmica.

Estudio de factibilidad : el objeto es la delimitación del campo geotérmico, la estimación de las reservas explotables. Los fluido: geotérmicos y sus usos, que incluyen estudios del reservorio, estudios económicos y diseños de la planta piloto,

-Explotaciones: las tres primeras fases son exploración y las dos últimas son de explotación.

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7.3 Centrales geotérmicas

Los principales tipos de centrales, utilizadas para producir energía eléctrica a partir de los fluidos geotérmicos son:

Centrales a contra presión : el fluido procedente de los pozos es conducido directamente a la turbina. Este ciclo es el mas simple y de menos costos de instalación, pudiendo operar con mas de 14 % de contenido de incondensables. En contra partida tiene bajo rendimiento siendo elevado su consumo de vapor 16 Kg. Por KWH. Producido.

Ciclo de condensación : El fluido endotérmico producido por los pozos sufre una separación del condensado, el vapor es enviado a las turbinas y descarga en un condensador a una presión del orden de O.I. atmósfera.

Central de ciclo binario: El fluido geotérmico pasa por un calentador provocando la evaporación de un fluido intermedio. Este ultimo pasa por la turbina donde se expande y entra al condensador. Este ciclo permite la utilización de fluidos agresivos o de baja entalpía, incluso para aguas calientes presurizadas

7.4 Impacto ambiental

Parece que las fuentes geotérmicas ofrecen ventajas ambientales respecto de otras fuentes de energía. Aún así se plantean algunas dudas con relación al equilibrio del medio ambiente que, hasta el momento, no tienen respuesta debido a la falta de experiencia. Entre los posibles factores adversos más significativos es conveniente destacar:

Utilización del terreno: ya que se requiere una instalación de una considerable infraestructura.

Influencia sobre el suelo: erosión, hundimiento del terreno e inducción de actividad sísmica.

Niveles de ruido: aumento del ruido en los procesos de perforación com durante la operación de la planta.

Contaminación del aire de dos maneras:

- Salida directa de vapor geotérmico durante todas las etapas de la explotación.

- Salida de gases inconfensables durante la operación de la planta generadora de energía.

Uso y contaminación de las aguas:

- Contaminación de las aguas

- Efectos sobre la hidrología

- Impactos sobre la disponibilidad local del agua.

Contaminación térmica y efectos climáticos: emisión a la atmósfera de calor residual, vapor de agua y CO2 .

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Alteración de ecosistemas: alteración de los ecosistemas biológicos naturales de las proximidades de la central.

Bibliografía

centros.pntic.mec.es www.monografías.com

www.nodo50.org

www.cubasolar.cu

www.xtec.es

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