Energías renovables & no renovables

Energías renovables & no renovables gy lutergirl 110R6pR 17, 2011 25 pagos Universidad del Valle de Guatemala Facultad de Ingeniería Introducción a la Ingeniería Eléctrica Sección: 10 MSc. Edwin Roberto Castro Hurtarte Energías Barrios Velásquez, Luisa Fernanda Guatemala, 29 de abril de 2010 INTRODUCCION La Energía puede ma de movimiento (cinét electricidad, de radia Las energías renovab forma continua y son OF2S nes el maneras: en forma ial), de calor, de s, etc. roducen de mana: solar, eólica, hidráulica, biomasa y geotérmica. Son fuentes de abastecimiento que respetan el medio ambiente. Lo que no significa que no ocasionen efectos negativos sobre el entorno, pero éstos son infinitamente menores si los comparamos con los impactos ambientales de las energías convencionales (combustibles fósiles: petróleo, gas y carbón; energía nuclear, etc. ) y además son casi siempre reversibles.

Como ventajas medioambientales importantes podemos destacar la no emisión de gases contaminantes como los resultantes de la combustión de combustibles fósiles, responsables del calentamiento global del planeta (C02) y de la lluvia ácida (S02 y NOx) y la no generación de residuos peligrosos de ifícil tratamiento y que suponen durante generaciones una amenaza para el medio ambiente como los residuos radiactivos la disminución de la dependencia de suministros externos, ya que las energías renovables son autóctonas, mientras que los combustibles fósiles sólo se encuentran en un numero limitado de países.

OBJETIVOS * Diferenciar los tipos de energías utilizados a nivel mundial. * Reconocer las ventajas y desventajas de cada tipo de energía. * Describir las transformaciones energéticas en los diferentes procesos. l. Energía Hidroeléctrica La energía hidroeléctrica aprovecha el movimiento del agua para onvertirlo en corriente eléctrica comercial. La primera vez que esto se hizo fue en Northumberland (Gran Bretaña) en 1880 y es una tecnología que se sigue aprovechando en la actualidad con pocas modificaciones. Blanco, 2003) Se genera energía en base a un principio básico: convertir la energía potencial del agua, a cierta altura, en energía eléctrica. Se permite la caída del fluido y la energía potencial se convierte en cinética alcanzando gran velocidad en el punto más bajo; en este punto se le hace pasar por una turbina y provoca un movimiento rotatorio en un generador que a su vez se convierte en energía léctrica de tensión y frecuencia desordenadas (no comercial).

Esta energía eléctrica se convierte en energía eléctrica comercial utilizando primero un transistor y posteriormente un alternador, el cambio de alta a baja tensión se realiza en transformadores; una vez utilizada el agua se devuelve al rio para su curso normal, pudiéndose aprovechar de nuevo para obtener energía eléctrica aguas abajo o para el cons as Este es un recurso natural e indicado para zonas humano.

Este es un recurso natural especialmente indicado para zonas lluviosas o por las que circulan ríos caudalosos; es recomendable ue estos rios tengan cauces poco variables aunque en el caso de ríos con caudales oscilantes se pueden usar los embalses para el almacenamiento de agua en tiempos de sequía. (Blanco, 2003) Figura 1 .

Diagrama de funcionamiento de una planta hidroeléctrica Existen dos tipos fundamentales de turbinas para aprovechar la energía hidráulica, turbina Pelton y Francis-Kaplan; la primera se utiliza en el caso de saltos (diferencia de altura entre el nivel superior e inferior) superiores a 200m y pequeños caudales, normalmente para presas situadas en zonas de alta montaña; la egunda es más indicada en el caso de saltos menores. Blanco, 2003) La ventaja principal respecto a otras renovables es que el caudal de agua puede ser controlado, de forma que en el momento de demanda eléctrica se deja fluir el líquido generando energía; en el caso que no exista esta demanda se mantienen cerradas las compuertas hasta que vuelva a existir demanda; este es una ventaja respecto a la energía eólica ya que de momento en ésta no se resuelve el problema del almacenamiento. Además, el impacto ambiental es mucho menor que en las energías fósiles (no produce gases de efecto invernadero ni contamina la tmósfera), su explotación apenas requiere mantenimiento.

El principal problema que presentan es que la generación de energía hidroeléctrica necesita invertir grandes sumas de dinero por lo que en reglones donde abundan petróleo o carbón no suele ser competitiva, otro inconveniente es que la construcción implica un gran im petróleo o carbón no suele ser competitiva, otro inconveniente es que la construcción implica un gran impacto ambiental al ser necesaria la inundación de valles y desplazamiento de población, también se debe señalar que se modifican las condiciones físicas químicas del río como salinidad, temperatura, nutrientes, etc. a que el agua embalsamada altera las condiciones naturales del rio. Algunas especies como salmones necesitan desovar aguas arriba de la presa; para facilitar esto se construyen canales biológicos. (Blanco, 2003) II. Energía Térmica Este tipo de energía se produce cuando dos cuerpos, que tienen diferentes temperaturas, se ponen en contacto. El cuerpo con mayor temperatura es el que transmite la energía al cuerpo frío, la diferencia entre ambas temperaturas es lo que se denomina energía térmica.

De acuerdo con la teor[a cinético-molecular, ésta es la energía resultante de sumar las energías mecánicas de los movimientos de las diferentes particulas que lo constituyen y constituye un componente importante de la energía interna de dicho sistema. La energía térmica no puede medirse en términos absolutos, pero sí se puede determinar cuánto varía y esto se hace tomando como referencia al calor. Nahle, 2009) La diferencia entre energía térmica y calor es que la energía térmica no está siendo transferida, sino que permanece como parte de la energía interna del sistema; en cambio, el calor es nergía en transferencia, esto es, energía que se traslada de un sistema caliente hacia otro sistema frío. La energía térmica continuamente se convierte en energía gravitacional. Por ejemplo, cuando se levanta un obje continuamente se convierte en energía gravitacional. Por ejemplo, cuando se levanta un objeto en reposo desde el suelo hasta cierta altura, la energía térmica del cuerpo es transferida al objeto levantado.

A medida que se levanta el objeto, la energía térmica se almacena como energía gravitacional en el campo gravitacional del objeto. Allí, la energía permanecerá hasta que el objeto dquiera movimiento y esa energía gravitacional sea convertida en energía cinética. Las unidades de la energía térmica son Watts•segundo (W•s), Joules (J) o calorías (cal). (Nahle, 2009) A. Energía Solar La energía solar es la energía producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad (como sus principales aplicaciones).

Cada año el sol arroja 4 mil veces más energía que la que consumida, por lo que su potencial es prácticamente ilimitado. Figura 2. Diagrama de energ[a solar térmica La intensidad de energ(a disponible en un punto determinado de la tierra depende, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor. Actualmente es una de las energías renovables más desarrolladas y usadas en todo el mundo. (Striatum, 2010) 1. Energía Térmica: Esta energía renovable se usa para calentar cosas como comida o agua, conocida como energía solar térmica.

Los principales aparatos que se usan en la energía solar térmica son los calentadores de agua y las estufas solares. Otros usos e la energía solar son: Potabilizar agua, secado y evaporacion. (Striatum, 2010) 2. Energía s OF as solar son: Potabilizar agua, secado y evaporación. (Striatum, 2010) 2. Energía Fotovoltaica: La energía solar fotovoltaica se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por medio de módulos fotovoltaicos. Son dispositivos formados por metales sensibles a la luz que desprenden electrones cuando los fotones inciden sobre ellos.

Convierten energía luminosa en energía eléctrica. Están formados por células elaboradas a base de silicio puro con dición de impurezas de ciertos elementos qu(micos, siendo capaces de generar cada una de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V, utilizando como materia prma la radiacion solar. (Miliarium, 2001) Elementos Generador Solar: conjunto de paneles fotovoltaicos que captan energía luminosa y la transforman en corriente continua a baja tensiona Acumulador: Almacena la energía producida por el generador.

Una vez almacenada existen dos opciones: sacar una línea de éste para la instalación (utillzar lámpara y elementos de consumo eléctrico). Transformar a través de un inversor la corriente ontinua en corriente alterna. Regulador de carga: Su función es evitar sobrecargas o descargas excesivas al acumulador, puesto que los daños podrían ser irreversibles. Debe asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficacia. Inversor (opcional): Se encarga de transformar la corriente continua producida por el campo fotovoltaico en corriente alterna, la cual alimentará directamente a los usuarios.

Un sistema fotovoltaico no tiene porque constar siempre de estos elementos, pudiendo prescindir de uno o más de éstos, teniendo en cuenta el tipo y 6 OF as e estos elementos, pudiendo prescindir de uno o más de éstos, teniendo en cuenta el tipo y tamaño de las cargas a alimentar, además de la naturaleza de los recursos energéticos en el lugar de instalación. (Mlliarium, 2001) Aplicaciones Figura 3. Funcionamiento Energía Fotovoltaica Tradicionalmente este tipo de energía se utilizaba para el suministro de energía eléctrica en lugares donde no era rentable la instalación de líneas eléctricas.

Con el tiempo su uso se ha ido diversificando hasta el punto que actualmente resultan de gran interés las instalaciones solares en conexión con la red eléctrica. La energía fotovoltaica tiene muchísimas aplicaciones, en sectores como las telecomunicaciones, automoción, náuticos, parquímetros. También podemos encontrar instalaciones fotovoltaicas en lugares como carreteras, ferrocarriles, plataformas petrolíferas o incluso en puentes, gaseoductos y oleoductos. Tiene tantas aplicaciones como pueda tener la electricidad.

La única limitación existente es el coste del equipo o el tamaño del campo de paneles. (Miliarium, 2001) Algunos usos: Electrificación de viviendas rurales, Suministro de agua a poblaciones, Bombeo de agua / riegos, Naves ganaderas, Pastores eléctricos; Telecomunicaciones: repetidores de señal, telefonía móvil y rural; Tratamiento de aguas: desalinización, cloración; Señalizaciones (marítima, ferroviaria, terrestre y aérea) y alumbrado público Conexión a la red, Proteccion catódica, Sistemas de telecontrol vía satélite, detección de incendios.

Ventajas Medio Ambientales: No contamina: No produce emisiones de C02 ni de otros gases contaminantes a la atm Ambientales: No contamina: No produce emisiones de C02 ni de otros gases contaminantes a la atmósfera. No consume combustibles. No genera residuos. No produce ruidos. Es inagotable. (Mlliarium, 2001) Socio-Económicas: Su instalación es simple. Requiere poco mantenimiento. Tienen una vida larga (los paneles solares duran aproximadamente 30 años). Resiste condiciones climáticas extremas: granizo, viento, temperatura, humedad.

No existe una dependencia de los países productores de combustibles. Instalación en zonas rurales desarrollo tecnologías propias. Se utiliza en lugar de bajo consumo y en casas ubicadas en parajes rurales donde no llega la red eléctrica general. Venta de excedentes de electricidad a una compañía eléctrica. Tolera umentar la potencia mediante la incorporación de nuevos módulos fotovoltaicos. (Miliarium, 2001) B. Energía Nuclear La energía nuclear es aquella fuerza que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por fisión o por fusión.

En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso se transforma en energía (esto se puede explicar en base a la relación masa-energía producto del gran físico Albert Einstein: E=mc2). En relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más nergética que una reacción qu[mica, por ejemplo la generada por la combustión del combustible fósil del metano. (Gurrión, 2011) 1 . Fisión Nuclear: Es una reacción que tiene lugar por la rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones a alta velocidad.

A raíz de esta división el rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones a alta velocidad. A raiz de esta división el núcleo se separa en dos fragmentos, dando lugar a una emisión de radiación-liberación de 2 ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de energía que se transforma finalmente en calor. Los neutrones que escapan de la fisión al bajar su energía cinética se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una reacción en cadena. El proceso de la fisión permite el funcionamiento de los reactores nucleares que actualmente operan en el mundo. Gurrión, 2011) 2. Figura 4. Fisión y fusión nuclear Fusión Nuclear: La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atomico más pesado de mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas ara mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones. La energía necesaria para lograr la unión de los núcleos se puede obtener utilizando energía térmica o bien utilizando aceleradores de partículas.

Ambos métodos buscan que la velocidad de las partículas aumente para así vencer las fuerzas de repulsión electrostáticas generadas en el momento de la colisión necesaria para la fusión. para obtener núcleos de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado plasma ffsico. El confinamiento de las partículas se logra utilizando un Confinamiento Magnético», o bien un «Confinamiento Inercial».

El Confinamiento Magnético aprovecha el hecho que el plasma está compuesto por partículas Confinamiento Magnético aprovecha el hecho que el plasma está compuesto por partículas con carga eléctrica. Se sabe que si una de estas partículas interactúa con un campo magnético, su trayectoria y velocidad camban, quedando atrapadas por dicho campo. El Confinamiento Inercial permite comprimir el plasma hasta obtener densidades de 200 a 1000 veces mayor que la de sólidos y líquidos. Cuando se logra la compresión deseada e eleva la temperatura del elemento, lo que facilita aún más el proceso de la fusión. Gurrión, 2011) C. Carbón Es un combustible fósil que se ha formado durante millones de años por el depósito y caída a la tierra de material vegetal. Cuando estas capas se compactan y se calientan con el tiempo, los depósitos se transforman en carbón. El carbón es muy abundante en comparación con otros combustibles fósiles, es seguro en su manipulación, transporte y utilización (no es inflamable y no explota ni contamina el suelo o el agua). Figura 5. Carbón Los analistas predicen en ocasiones que a nivel mundial el uso el carbón aumentara cuando haya escasez de petróleo.

Los suministros actuales de carbón pueden durar del orden de 200 años o más. El carbón generalmente se extrae de las minas. Desde mediados del Siglo XX, el uso del carbón se ha doblado, pero desde 1996 su aplicación empieza a disminuir. Muchos países dependen del carbon como fuente energética porque no pueden permitirse la utilización de petróleo o gas natural al ser más costoso. La China e India son los mayores usuarios de carbón como fuente energética. (Lennthech, 2011) En una planta alimentada con carbón, el trayecto que recorre la energía comie