Física: Fuentes de Energía

1- ¿ Cuáles son las fuentes de energía
?

• Energía nuclear

Energía liberada durante la fisión o fusión de núcleos
atómicos. Las cantidades de energía que pueden
obtenerse mediante procesos nucleares superan con
mucho a las que pueden lograrse mediante procesos químicos, que
sólo implican las regiones externas del átomo.

La energía de cualquier sistema, ya sea físico,
químico o nuclear, se manifiesta por su capacidad de
realizar trabajo o liberar calor o radiación. La
energía total de un sistema siempre se conserva, pero
puede transferirse a otro sistema o convertirse de una
forma a otra.

• Energía cinética

Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía
cinética depende de la masa y la velocidad del objeto
según la ecuación

E = 1mv2

donde m es la masa del objeto y v2 la
velocidad del mismo elevada al
cuadrado. El valor de E también
puede derivarse de la ecuación

E = (ma)d

donde a es la aceleración de la masa
m y d es la distancia a lo largo de la cual se
acelera. Las relaciones entre la energía cinética y la
energía potencial, y entre los conceptos de fuerza, distancia,
aceleración y energía, pueden ilustrarse elevando un
objeto y dejándolo caer.

Cuando el objeto se levanta desde una superficie se le
aplica una fuerza vertical. Al actuar esa
fuerza a lo largo de una
distancia, se transfiere energía al objeto. La energía
asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una
superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el
objeto, la energía potencial se convierte en energía
cinética. Véase Mecánica.

• Energía potencial

Energía almacenada que posee un sistema como resultado de las
posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo, si se
mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema formado por la pelota y
la Tierra tiene una
determinada energía potencial; si se eleva más la
pelota, la energía potencial del sistema aumenta. Otros
ejemplos de sistemas con energía
potencial son una cinta elástica estirada o dos imanes que
se mantienen apretados de forma que se toquen los polos
iguales.

Para proporcionar energía potencial a un sistema es
necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo para levantar
una pelota del suelo, estirar una cinta
elástica o juntar dos imanes por sus polos iguales. De
hecho, la cantidad de energía potencial que posee un sistema
es igual al trabajo realizado sobre el sistema para situarlo en
cierta configuración. La energía potencial también
puede transformarse en otras formas de energía. Por ejemplo,
cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la
energía potencial se transforma en energía
cinética.

Fuentes
Renovables

• Energía
  Hidráulica

Ya desde la antigüedad, se reconoció que
el agua que fluye desde un
nivel superior a otro inferior posee una determinada energía
cinética susceptible de ser convertida en trabajo, como
demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia fueron construyéndose a
orillas de los ríos.

Más recientemente, hace más de un siglo, se
aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad, y de hecho fue una
de las primeras formas que se emplearon para producirla.
El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir energía eléctrica
utilizable, constituye en esencia la energía
hidroeléctrica. Es por tanto, un recurso renovable y
autóctono. El conjunto de instalaciones e infraestructura
para aprovechar este potencial se denomina central
hidroeléctrica.

Hoy en día, con los problemas medioambientales, se
ven las cosas desde otra perspectiva. Esto ha hecho que se vayan
recuperando infraestructuras abandonadas dotándolas de
nuevos equipos automatizados y turbinas de alto rendimiento. En
consecuencia, el impacto ambiental no es más
del que ya existía o por lo menos inferior al de una gran
central. A estas instalaciones, con potencia inferior a 5.000KW se
les denomina minihidráulicas.

Las minicentrales hidroeléctricas están
condicionadas por las características del lugar de
emplazamiento. La topografía del terreno
influye en la obra civil y en la selección del tipo de
máquina.

• Centrales de aguas fluyentes

Aquellas instalaciones que mediante una obra de toma,
captan una parte del caudal del río y lo conducen hacia la
central para su aprovechamiento, para después devolverlo
al cauce del río.

• Centrales de pie de presa

Son los aprovechamientos hidroeléctricos que tienen
la opción de almacenar las aportaciones de un río
mediante un embalse. En estas centrales se regulan los caudales
de salida para utilizarlos cuando se precisen

• Centrales de canal de riego o
  abastecimiento

Se pueden distinguir dos tipos:

• Con desnivel existente en el propio
  canal

Se aprovecha mediante la instalación de una
tubería forzada, que conduce el agua a la central,
devolviéndola posteriormente al curso normal del
canal.

• Con desnivel existente entre el canal y el curso de
  un río cercano

En este caso la central se instala cercana al río y
se aprovechan las aguas excedentes en el canal.

A la hora de realizar un proyecto de una minicentral
hidroeléctrica y dependiendo del tipo por su emplazamiento,
la determinación del caudal y la altura de salto
determinará la potencia a instalar, así
como, el tipo de miniturbina.

Existen varios tipos de miniturbinas:

De reacción, que aprovecha la energía
de presión del agua en energía
cinética en el estator, tanto en la entrada como en la
salida, estas aprovechan la altura disponible hasta el nivel de
desagüe.

Kaplan: se componen básicamente de una cámara
de entrada que puede ser abierta o cerrada, un distribuidor fijo,
un rodete con cuatro o cinco palas fijas en forma de hélice
de barco y un tubo de aspiración.

Francis: caracterizada por que recibe el flujo de
agua en dirección radial,
orientándolo hacia la salida en dirección
axial.

Se compone de:

Un distribuidor que contiene una serie de álabes
fijos o móviles que orientan el agua hacia el rodete. Un
rodete formado por una corona de paletas fijas, torsionadas de
forma que reciben el agua en dirección radial y lo
orientan axialmente. Una cámara de entrada, que puede ser
abierta o cerrada de forma espiral, para dar una componente
radial al flujo de agua. Un tubo de
aspiración o de salida de agua, que puede ser recto o
acodado y se encarga de mantener la diferencia de presiones
necesaria para el buen funcionamiento de la turbina.

De flujo cruzado: también conocida como de doble
impulsión, constituida principalmente por un inyector de
sección rectangular provisto de un álabe longitudinal
que regula y orienta el caudal que entra en la turbina, y un
rodete de forma cilíndrica, con múltiples palas
dispuestas como generatrices y soldadas por los extremos a discos
terminales.

El caudal que entra en la turbina es orientado por el
álabe del inyector, hacia las palas del rodete, produciendo
un primer impulso. Posteriormente, atraviesa el interior del
rodete y proporciona un segundo impulso, al salir del mismo y
caer por el tubo de aspiración.

De acción, que aprovecha la energía de
presión del agua para convertirla en energía
cinética en el estator, estas aprovechan la altura
disponible hasta el eje de la turbina.

Pelton: Consta de un disco circular que tiene montados
en su periferia unas paletas en forma de doble cuchara y de un
inyector que dirige y regula el chorro de agua que inciden sobre
las cucharas, provocando el movimiento de giro de la
turbina.

• Energía Solar

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.
La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de
la atmósfera, si se
considera que la Tierra está a su
distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su
valor medio es 1,37 × 106
erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es
constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo
de 30 años. La intensidad de energía real disponible en
la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a
la absorción y a la dispersión de la radiación que
origina la interacción de los fotones con la atmósfera.

La intensidad de energía solar disponible
en un punto determinado de la Tierra depende, de forma
complicada pero predecible, del día del año, de la hora
y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede
recogerse depende de la orientación del dispositivo
receptor.

• Energía Solar
  Térmica

Un sistema de aprovechamiento de la energía solar muy
extendido es el térmico. El medio para conseguir este aporte
de temperatura se hace por medio
de colectores.

El colector es una superficie, que expuesta a la
radiación solar, permite absorber su calor y transmitirlo a un
fluido. Existen tres técnicas diferentes entre sí en
función de la temperatura que puede alcanzar
la superficie captadora. De esta manera, los podemos clasificar
como:

Baja temperatura, captación directa, la
temperatura del fluido es por
debajo del punto de ebullición .

Media temperatura, captación de bajo
índice de concentración, la temperatura del fluido es
más elevada de 100ºC .

Alta temperatura, captación de alto
índice de concentración, la temperatura del fluido es
más elevada de 300ºC .

• Energía Solar
  Fotovoltática

El sistema de aprovechamiento de la energía del Sol
para producir energía eléctrica se
denomina conversión fotovoltaica.

Las células solares están
fabricadas de unos materiales con unas
propiedades específicas, denominados semiconductores.

Para entender el funcionamiento de una célula solar, debemos de
entender las propiedades de estos semiconductores.

Propiedades de los semiconductores.

Los electrones que se encuentran orbitando al rededor
del núcleo atómico no pueden tener cualquier
energía, solamente unos valores determinados, que son
denominados, niveles energéticos, a los que se pone nombre:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p.

Las propiedades químicas de los elementos
están determinadas por el número de electrones en su
última capa y por electrones que faltan para completarla. En
el silicio, material que se usa para la construcción de una
célula solar, en su
última capa, posee cuatro electrones y faltan otros cuatro
para completarla.

Cuando los átomos de silicio se unen a otros,
comparten los electrones de las últimas capas con la de los
átomos vecinos, formando lo que se denomina enlace
covalente. Estas agrupaciones dan lugar a un sólido de
estructura
cristalina.

De la forma, que los electrones de un átomo no pueden tener
cualquier energía, los electrones de un cristal tampoco
pueden tomar cualquier energía.

Teniendo en cuenta que en el átomo sus propiedades se
determinan en la última capa, ahora son agrupaciones de
capas, llamadas bandas de energía, y que definen las
propiedades electrónicas de un cristal.

Las dos últimas capas ocupadas por electrones
reciben el nombre de banda de conducción y banda de
valencia. Estas están separadas por una energía
denominada gap.

Para poder entender esto
describiremos los tipos de materiales existentes,
eléctricamente hablando:

• Conductores, disponen de unos electrones de valencia
  poco ligados al núcleo y que pueden moverse con facilidad
  dentro de la red cristalina respondiendo a un
  estímulo externo.
• Semiconductores, sus electrones de valencia
  están más ligados a sus núcleos que los
  conductores, pero basta suministrar una pequeña cantidad
  de energía para que se comporten igual que
  estos.
• Aislantes, los electrones de valencia están
  fuertemente ligados al núcleo y la energía a
  suministrar para poder desprenderse del
  átomo sería
  excesivamente grande.

Llegando a este punto, podemos decir que a cierta
temperatura, algunos electrones tendrán energía
suficiente para desligarse de los átomos, a estos electrones
libres se les denomina "electrones" y se les asocia con los
niveles energéticos de la banda de
conducción.

A los enlaces que han dejado vacíos se les denomina
"huecos"; para entender mejor este racionamiento diremos que los
"huecos" se comportan de la misma forma que partículas con
carga positiva.

Si pusiéramos un cristal de estas características, lo
único que conseguiríamos sería calentar el
cristal, ya que los electrones se moverían dentro del propio
cristal, se generarían pares electron-hueco, que constan de
un electrón que se mueve y deja un hueco, a ese hueco
irá otro electrón próximo, generando otro hueco y
así sucesivamente.

Para generar una corriente eléctrica hace falta un
campo magnético, que se consigue con la unión de dos
cristales semiconductores, uno de tipo "p"
y otro de tipo "n".

Estos semiconductores se obtienen con
un cristal semiconductor muy puro, introduciéndoles
impurezas (dopado).

Una de las regiones se dopa con fósforo, que tiene
cinco electrones de valencia, uno más que el silicio, de
forma que esta región dopada muestra una afinidad por los
electrones mayor que el silicio puro. A esta región se le
denomina de tipo n.

La otra región de dopa con boro, que tiene tres
electrones de valencia, uno menos que el silicio, de forma que
esta región muestra una afinidad por los
electrones inferior que el silicio puro. A esta región se le
denomina de tipo p.

De esta forma, teniendo un cristal semiconductor de
silicio formado por una región de tipo p y otra región
de tipo n, se consigue una diferencia de potencial que hace que
los electrones tengan menos energía en la zona n que en la
zona p. Por esta razón los electrones son enviados a la zona
n y los huecos a la zona p.

Cuando inciden fotones sobre este tipo de semiconductor,
unión p-n, es cuando entonces se rompen algunos enlaces,
generándose de esta forma pares
electrón-hueco.

Las células solares, para
poder suministrar energía
al exterior, van provistas de unos dedos o mallas de
metalización frontal, que consisten en partes metálicas
por la que circula al exterior la corriente eléctrica
generada.

Si esta generación se produce a una distancia de la
unión menor que lo que se denomina longitud de
difusión, estos pares serán separados por el fuerte
campo eléctrico que existe en la unión, moviéndose
el electrón hacia la zona n y el hueco hacia la zona p. De
esta forma se da una corriente de la zona n a la zona
p.

Si estos electrones consiguen ser recolectados por la
malla de metalización, obtendremos energía
eléctrica

Si la longitud de difusión es muy corta, el par
electrón-hueco, se recombinará, lo cuál dará
origen a calor.

Por supuesto esto siempre que la célula esté
iluminada.

De todas formas no todos los fotones incidentes generan
electricidad, hay factores que
hacen que existan pérdidas en esta
generación.

• Energía de fotones incidentes, hay veces que los
  fotones incidentes no disponen de la energía necesaria
  para romper un enlace covalente y crear un par
  electrón-hueco, y otras, el fotón tiene demasiada
  energía, lo cual se disipa en forma de calor.
• Recombinación, es el hecho de que los electrones
  liberados ocupen un hueco próximo a ellos.
• Reflexión, parte de la radiación incidente
  en la célula es
  reflejada.
• Malla de metalización, estos contactos
  eléctricos en el exterior de la célula, disminuye la
  superficie de captación.
• Resistencia serie, es el efecto Joule producido por
  el paso de electrones a través del silicio, la malla de
  metalización y resistencia de los contactos de
  conexión eléctricas al circuito exterior.
• Resistencia paralelo, tiene origen en las
  imperfecciones de la unión p-n, creando fugas de
  corriente.

Estas células conexionadas entre
sí, y montadas en un módulo o panel es lo que llamamos
panel solar. Cuyas características electricas
vienen determinadas por el numero y forma de conexión de las
células.

Conexión serie, conexionadas de forma que el lado p
sea conectado con el lado n de otra célula, así
sucesivamente, quedando cada extremo con un lado n y otro
p.

Las tensiones generadas de cada célula se suman, la
corriente es el valor de una célula.

Conexión paralelo, conexionados todos los lados de
tipo p, por un lado, y los de tipo n por otro.

La tensión generada es la de una célula y la
corriente es la suma de todas.

Conexión mixta, es la conexión en serie y en
paralelo de las células.

Donde la tensión generada es la suma de las
tensiones de células en serie y la corriente es la suma de
todas las células en paralelo.

Itotal = I x número de celulas en
paralelo

Vtotal = V x número de células en
serie

Existen varios tipos de paneles fotovoltaicos, que se
diferencian bien por su tecnología de fabricación de
células o por su aplicación.

• Silicio monocristalino
• Silicio policristalino
• Silicio amorfo
• Policristalinos de lámina delgada
• Paneles para el espacio
• Sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre
• Teluro de cadmio
• Seleniuro de cobre e indio
• Arseniuro de galio o de
  concentración
• Bifaciales

• Energía
  Geotérmica

Nuestro planeta guarda una enorme cantidad de
energía en su interior. Un volcán o un geíser es
una buena muestra de ello.

Son varias las teorías que tratan de
explicar las elevadas temperaturas del interior de la Tierra. Unas sostienen que
se debe a las enormes presiones existentes bajo la corteza
terrestre; otras suponen que tienen origen en determinados
procesos radiativos internos;
por último, hay una teoría que lo atribuye a
la materia incandescente que
formó nuestro planeta.

Diversos estudios científicos realizados en
distintos puntos de la superficie terrestre han demostrado que,
por término medio, la temperatura interior de la Tierra aumenta 3ºC cada
100m. de profundidad.

Este aumento de temperatura por unidad de profundidad es
denominado gradiente geotérmico.

Se supone que variará cuando alcancen grandes
profundidades, ya que en el centro de la Tierra se superarían los
20.000ºC, cuando en realidad se ha calculado que es,
aproximadamente, de 6.000ºC.

La forma más generalizada de explotarla, a
excepción de fuentes y baños termales,
consiste en perforar dos pozos, uno de extracción y otro de
inyección.

En el caso de que la zona esté atravesada por un
acuífero se extrae el agua caliente o el vapor,
este se utiliza en redes de calefacción y se vuelve a
inyectar, en el otro caso se utiliza en turbinas de
generación de electricidad.

En el caso de no disponer de un acuífero, se suele
proceder a la fragmentación de las rocas calientes y a la
inyección de algún fluido.

Es difícil el aprovechamiento de esta energía
térmica, ocasionado por el bajo flujo de calor, debido a la baja
conductividad de los materiales que la constituyen;
pero existen puntos en el planeta que se producen anomalías
geotérmicas, dando lugar a gradientes de temperatura de
entre 100 y 200ºC por kilómetro, siendo estos puntos
aptos para el aprovechamiento de esta energía.

Tipos:

• Hidrotérmicos, tienen en su interior de
  forma natural el fluido caloportador, generalmente agua en
  estado líquido o en
  vapor, dependiendo de la presión y temperatura. Suelen
  encontrarse en profundidades comprendidas entre 1 y 10
  km.
• Geopresurizados, son similares a los
  hidrotérmicos pero a una mayor profundidad,
  encontrándose el fluido caloportador a una mayor
  presión, unos 1000 bares y entre 100 y 200ºC, con un
  alto grado de salinidad, generalmente acompañados de
  bolsas de gas y minerales
  disueltos.
• 
• De roca caliente, son formaciones rocosas
  impermeables y una temperatura entre 100 y 300ºC,
  próximas a bolsas magmáticas.
• Energía Eólica

La fuente de energía eólica es el viento, o
mejor dicho, la energía mecánica que, en forma de
energía cinética transporta el aire en movimiento. El viento es
originado por el desigual calentamiento de la superficie de
nuestro planeta, originando movimientos convectivos de la masa
atmosférica.

La Tierra recibe una gran
cantidad de energía procedente del Sol. Esta energía,
en lugares favorables, puede ser del orden de 2.000 Kwh/m2
anuales. El 2 por ciento de ella se transforma en energía
eólica con un valor capaz de dar una
potencia de 10E+11
Gigavatios.
En la antigüedad no se conocían estos datos, pero lo que sí es
cierto, es que intuitivamente conocían el gran potencial de
esta energía.

Las formas de mayor utilización son las de producir
energía eléctrica y
mecánica, bien sea para
autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua.
Siendo un aerogenerador los que accionan un generador
eléctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos, para
realizar un trabajo mecánico.

Partes de un aerogenerador:

• Cimientos, generalmente constituidos por
  hormigón en tierra, sobre el cual se
  atornilla la torre del aerogenerador.
• Torre, fijada al suelo por los cimientos,
  proporciona la altura suficiente para evitar turbulencias y
  superar obstáculos cercanos; la torre y los cimientos son
  los encargados de transmitir las cargas al suelo.
• Chasis, es el soporte donde se encuentra el
  generador, sistema de frenado, sistema de orientación,
  equipos auxiliares (hidráulico), caja de cambio, etc. Protege a estos
  equipos del ambiente y sirve, a su vez,
  de aislante acústico.
• El buje, pieza metálica de fundición que
  conecta las palas al eje de transmisión.
• Las palas, cuya misión es la de absorber
  energía del viento; el rendimiento del aerogenerador
  depende de la geometría de las palas,
  interviniendo varios factores:
• • Longitud
  • Perfil
  • Calaje
  • Anchura

Sistemas de un aerogenerador:

• Orientación, mantiene el rotor cara al viento,
  minimizando los cambios de dirección del rotor con
  los cambios de dirección de viento;
  Estos cambios de dirección provocan pérdidas de
  rendimiento y genera grandes esfuerzos con los cambios de
  velocidad.
• Regulación, controla la velocidad del rotor y el par
  motor en el eje del rotor,
  evitando fluctuaciones producidas por la velocidad del
  viento.
• Transmisión, utilizados para aumentar la
  velocidad de giro del rotor, para poder accionar un generador
  de corriente eléctrica, es un multiplicador, colocado
  entre el rotor y el generador.
• Generador, para la producción de corriente
  continua (DC) dinamo y para la producción de corriente alterna (AC)
  alternador, este puede ser síncrono o
  asíncrono.

• Energía del Mar

Los mares y los océanos son inmensos colectores
solares, de los cuales se puede extraer energía de
orígenes diversos.

• La radiación solar incidente sobre los
  océanos, en determinadas condiciones atmosféricas, da
  lugar a los gradientes térmicos oceánicos (diferencia
  de temperaturas) a bajas latitudes y profundidades menores de
  1000 metros.
• La iteración de los vientos y las aguas son
  responsables del oleaje y de las corrientes
  marinas.
• La influencia gravitacional de los cuerpos celestes
  sobre las masas oceánicas provoca mareas.

Energía de las mareas:

La energía estimada que se disipa por las mareas es
del orden de 22000 TWh. De esta energía se considera
recuperable una cantidad que ronda los 200 TWh.

El obstáculo principal para la explotación de
esta fuente es el económico. Los costes de inversión tienden a ser
altos con respecto al rendimiento, debido a las bajas y variadas
cargas hidráulicas disponibles. Estas bajas cargas exigen la
utilización de grandes equipos para manejar las enormes
cantidades de agua puestas en movimiento. Por ello, esta
fuente de energía es sólo aprovechable en caso de
mareas altas y en lugares en los que el cierre no suponga
construcciones demasiado costosas.

La limitación para la construcción de estas
centrales, no solamente se centra en el mayor coste de la
energía producida, si no, en el impacto ambiental que
generan.

La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario
del Rance (Francia). En nuestro país
hay una central mareomotriz en Península de Valdés (
Chubut ) .

Energía térmica
oceánica

La explotación de las diferencias de temperatura de
los océanos ha sido propuesta multitud de veces, desde que
d’Arsonval lo insinuara en el año 1881, pero el
más conocido pionero de esta técnica fue el
científico francés George 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 a 100 m de
profundidad. En las zonas tropicales esta diferencia varía
entre 20 y 24 ºC. Para el aprovechamiento es suficiente una
diferencia de 20ºC.

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.

Existen dos sistemas para el aprovechamiento
de esta fuente de energía:

El primero consiste en utilizar directamente el agua de
mar en un circuito abierto, evaporando el agua a baja
presión y así mover una turbina. El departamento de
energía americano (DOE) está construyendo un prototipo
de 165 kW en las islas Hawaii, con él se pretende alcanzar
la experiencia necesaria para construir plantas de 2 a 15 MW.

El segundo consiste en emplear un circuito cerrado y un
fluido de baja temperatura de ebullición (amoniaco,
freón, propano)que se evaporan en contacto con el agua
caliente de la superficie. Este vapor mueve un turbogenerador, se
condensa con agua fría de las profundidades y el fluido
queda dispuesto de nuevo para su evaporación.

El rendimiento de este sistema es su bajo rendimiento,
sobre un 7%, esto es debido a la baja temperatura del foco
caliente y la poca diferencia de temperatura entre el foco
frío y caliente. Además es preciso realizar un coste
extra de energía, empleado para el bombeo de agua fría
de las profundidades para el condensado de los
fluidos.

Energía de las olas

Las olas del mar son un derivado terciario de la
energía solar. El
calentamiento de la superficie terrestre genera viento, y el
viento genera las olas. Únicamente el 0.01% del flujo de la
energía solar se
transforma en energía de las olas. Una de las propiedades
características de las
olas es su capacidad de desplazarse a grandes distancias sin
apenas pérdida de energía. Por ello, la energía
generada en cualquier parte del océano acaba en el borde
continental. De este modo la energía de las olas se
concentra en las costas, que totalizan 336000 km de longitud. La
densidad media de energía
es del orden de 8 kW/m de costa. En comparación, las
densidades de la energía solar son del orden de 300 W/m2.
Por tanto, la densidad de energía de las
olas es, en un orden de magnitud, mayor que la que los procesos que la generan. Las
distribuciones geográficas y temporales de los recursos energéticos de las
olas están controladas por los sistemas de viento que las
generan (tormentas, alisios, monzones).

La densidad de energía
disponible varía desde las más altas del mundo, entre
50-60 kW/m en Nueva Zelanda, hasta el valor medio de 8
kW/m.

Los
diseños actuales de mayor potencia se hallan a 1 Mwe de
media, aunque en estado de desarrollo.

La tecnología de conversión de
movimiento oscilatorio de las
olas en energía eléctrica se
fundamenta en que la ola incidente crea un movimiento relativo
entre un absorbedor y un punto de reacción que impulsa un
fluido a través del generador.

La potencia instalada en
operación en el mundo apenas llega al Mwe. La mayor parte de
las instalaciones lo son de tierra. Los costes fuera de la
costa son considerablemente mayores. En el momento actual, la
potencia instalada de los diseños más modernos
varía entre 1 y 2 MW. Pero todos los diseños deben
considerarse experimentales.

De los sistemas propuestos, para
aprovechar la energía de las olas, se puede hacer una
clasificación, los que se fijan a 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. Consistente 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 cincuenta
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.

Balsa de Cockerell, que consta de un conjunto de
plataformas articuladas que reciben el impacto de las crestas de
las olas. Las balsas ascienden y descienden impulsando un fluido
hasta un motor que mueve un generador por
medio de un sistema hidráulico instalado en cada
articulación.

Rectificador de Russell, 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.

Boya de Nasuda, consistente en un dispositivo
flotante donde el movimiento de las olas se aprovecha para
aspirar e impulsar aire a través de una turbina
de baja presión que mueve un generador de
electricidad.

• Biomasa y R.S.U.

La más amplia definición de BIOMASA sería
considerar como tal a toda la materia orgánica de
origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su
transformación natural o artificial. Clasificándolo de
la siguiente forma:

Biomasa natural, es la que se produce en la naturaleza sin la
intervención humana.

Biomasa residual, que es la que genera cualquier
actividad humana, principalmente en los procesos agrícolas,
ganaderos y los del propio hombre, tal como, basuras y
aguas residuales.

Biomasa producida, que es la cultivada con el
propósito de obtener biomasa transformable en combustible,
en vez de producir alimentos, como la caña de
azúcar en Brasil, orientada a la producción de etanol para
carburante.

Desde el punto de vista energético, la biomasa se
puede aprovechar de dos maneras; quemándola para producir
calor o transformándola en combustible para su mejor
transporte y almacenamiento la naturaleza de la biomasa es muy
variada, ya que depende de la propia fuente, pudiendo ser animal
o vegetal, pero generalmente se puede decir que se compone de
hidratos de carbono, lípidos y prótidos.
Siendo la biomasa vegetal la que se compone mayoritariamente de
hidratos de carbono y la animal de
lípidos y
prótidos.

La utilización con fines energéticos de la
biomasa requiere de su adecuación para utilizarla en los
sistemas
convencionales.

Estos procesos pueden ser:

• Físicos, son procesos que actúan
  físicamente sobre la biomasa y están asociados a las
  fases primarias de transformación, dentro de lo que puede
  denominarse fase de acondicionamiento, como, triturado,
  astillado, compactado e incluso secado.
• Químicos, son los procesos relacionados con la
  digestión química, generalmente mediante
  hidrólisis pirólisis y gasificación.
• Biológicos, son los llevados a cabo por la
  acción directa de microorganismos o de sus enzimas, generalmente llamado
  fermentación. Son
  procesos relacionados con la producción de
  ácidos orgánicos, alcoholes, cetonas y
  polímeros.
• Termoquímicos, están basados en la
  transformación química de la biomasa, al someterla a
  altas temperaturas (300ºC – 1500ºC). Cuando se
  calienta la biomasa se produce un proceso de secado y
  evaporación de sus componentes volátiles, seguido de
  reacciones de crakeo o descomposición de sus
  moléculas, seguidas por reacciones en la que los productos resultantes de la
  primera fase reaccionan entre sí y con los componentes de
  la atmósfera en la que
  tenga lugar la reacción, de esta forma se consiguen los
  productos
  finales.

Según el control de las condiciones del
proceso se consiguen productos finales diferentes,
lo que da lugar a los tres procesos principales de la
conversión termoquímica de la biomasa:

• Combustión: Se produce en una atmósfera oxidante, de
  aire u oxígeno,
  obteniendo cuando es completa, dióxido de carbono, agua y sales
  minerales (cenizas),
  obteniendo calor en forma de gases calientes.
• Gasificación: Es una combustión incompleta
  de la biomasa a una temperatura de entre 600ºC a
  1500ºC en una atmósfera pobre de oxígeno, en la
  que la cantidad disponible de este compuesto está por
  debajo del punto estequiométrico, es decir, el mínimo
  necesario para que se produzca la reacción de combustión. En este
  caso se obtiene principalmente un gas combustible formado por
  monóxido y dióxido de carbono, hidrógeno y
  metano.
• Pirólisis: Es el proceso en la
  descomposición térmica de la biomasa en ausencia
  total de oxígeno.

En procesos lentos y temperaturas de 300ºC a
500ºC el producto obtenido es
carbón vegetal, mientras que en procesos rápidos
(segundos) y temperaturas entre 800ºC a 1200ºC se
obtienen mezclas de compuestos
orgánicos de aspectos aceitosos y de bajo pH, denominados aceites de
pirólisis.

Pudiéndose obtener combustibles:

• Sólidos, Leña, astillas, carbón
  vegetal
• Líquidos, biocarburantes, aceites, aldehidos,
  alcoholes, cetonas,
  ácidos orgánicos…

Gaseosos, biogas, hidrógeno .

2 – ¿ Qué es la bioenergía
?

Energía obtenida por transformación química de la biomasa .

3 – ¿ Cuál es el consumo de energía
convencionales en la Argentina en los últimos 10
años ?

4 – ¿ Qué energías alternativas
tendrán más importancia en Argentina en el futuro
?

Energía Solar y Eólica
.

5 – ¿ Qué es el biodigestor
?

Sistema de tratamiento primario anaerobio que
consiste en retener por un determinado período de tiempo los desechos
orgánicos en un tanque cerrado para que se efectué la
fermentación del
material, produciendo de esta manera gas natural y un efluente de
fácil disposición en el entorno. Se puede construir de
metal o cemento y debe estar
herméticamente cerrado.

Autor:

María Florencia
Martinetti

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