Tema 3 Fuentes De Aprovechamiento.docx

TEMA 3 FUENTES DE APROVECHAMIENTO 3.1 Fuentes de energia Las Fuentes de energía renovables son aquellas que, tras ser utilizadas, se pueden regenerar de manera natural o artificial. Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza Las fuentes de energía renovables en la actualidad son la respuesta de muchos ante la problemática del cambio climático y el medio ambiente, la mayoría de países del mundo está apostando por utilizar energías limpias para disminuir sus emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono. Las fuentes de energía renovables, sostenibles o sustentables son, por definición, aquellas fuentes de energía inagotables -como la energía otorgada por el sol- o cuyo ciclo de renovación es mucho más rápido que su ciclo de uso -como la contenida en los desechos orgánicos. En la actualidad el total de producción mundial de electricidad utiliza las fuentes de energía sostenibles en un 20%, siendo de esta cantidad la mayoría de origen hidráulico con un 90%. Sin embargo, en algunos países la producción de electricidad se basa casi completamente en energías alternativas, tal es el caso de Dinamarca cuya matriz energética utiliza un 88% de energías renovables para la producción, siendo el 57% eólica.

3.1.1 Biomasa La biomasa ecológicamente hablando tiene la siguiente definición: “La biomasa es la cantidad de materia acumulada en un individuo, un nivel trófico, una población o un ecosistema.” Sin embargo, en términos energéticos -que es lo que a nosotros nos interesala biomasa es concebida como la masa útil que es producida por las plantas mediante el proceso de fotosíntesis. En este proceso las plantas convierten la energía solar en energía química contenida en forma de materia orgánica. Esta materia orgánica que contiene energía química es entonces lo que nosotros los vinculados al mundo de la energía conocemos como “biomasa“. La cual se puede utilizar directamente quemándose o convirtiéndola en algún tipo de combustible. ¿Qué es la Energía Biomasa? La energía biomasa o energía de la biomasa es la energía química contenida en la materia orgánica como parte del proceso de fotosíntesis. Como es sabido las plantas utilizan la fotosíntesis para convertir energía solar en materia orgánica; esta materia contiene enlaces químicos cuya energía puede ser aprovechada a través de un proceso de combustión. Por

otro

lado

también

puede

en biocombustibles como biogás o biodiesel mediante

ser

convertida

algunos

procesos

adicionales. Obteniéndose así una mayor concentración de energía debido a poderes caloríficos altos. Cómo funciona la Enegía Biomasa Uso en la Vida Diaria A todos nos parece familiar el uso de la biomasa para las funciones básicas en la vida cotidiana de humanos y animales. Toda la comida que consumimos contiene biomasa, tanto animales como vegetales y sus productos derivados.

La energía en estas comidas es lo que sostiene la vida en todos los organismos vivos. Se menciona esto pues el uso primordial de la biomasa para sustentar la vida en el planeta, sin embargo no se ahondará más en este tema debido a que en este artículo trataremos a la biomasa como una fuente de producción de energía. Combustión Directa de la Biomasa La mayor parte de la biomasa en forma sólida puede ser quemada (combustionada con oxígeno del aire). El proceso de combustión resulta en la generación de calor (energía térmica) de la misma forma que cuando se quema carbón. La cantidad de calor generado por la quema de biomasa depende del material que se esté quemando, pues tienen poder calorífico variable. El calor obtenido de la quema de biomasa puede ser utilizado para calefacción, cocina, y para calentar agua. En muchos casos es también utilizado para hervir agua en una caldera y generar vapor, el cual luego es llevado a una turbina para generar electricidad -de manera similar a las plantas termoeléctricas de carbón. Sin embargo, la biomasarequiere de algunos procesos previos antes de ser quemada, como el secado y la compactación. Biocombustibles Carbón Vegetal Además de agua, la madera normalmente contiene químicos que se volatilizan cuando son calentados. Durante la combustión de la madera en presencia de aire, muchos de estos compuestos volátiles se oxidan y contribuyen a la liberación de calor. Sin embargo, cuando la madera es calentada en ausencia de oxígeno, estos compuestos volátiles son extraídos de la madera en un proceso llamado pirólisis. La masa restante una vez pasado el proceso de pirólisis es llamada “carbón vegetal”. Este carbón vegetal tiene una cantidad de energía por unidad de masa (poder calorífico) mayor al material original. No obstante, se necesitan entre 4 y 10 kg de

madera para hacer 1 kg de carbón vegetal, lo cual no es muy eficiente. Además, si los elementos volátiles no son recolectados y utilizados, se convierten en emisiones de efecto invernadero. Bioetanol y Biodiesel Los combustibles líquidos producidos a partir de biomasa son utilizados generalmente mezclados en pequeños porcentajes con combustibles fósiles. Existen dos tipos principales de estos combustibles:

3.1.2 Viento La energía eólica es obtenida del viento. Es unos de los recursos energéticos más antiguos explotados por el ser humano y es actualmente la energía más madura y eficiente

de

todas

las

energías

renovables.

El término “eólico” proviene del latín “aeolicus”, perteneciente o relativo a Eolo, Dios de los Vientos en la mitología griega.

La energía eólica produce energía eléctrica por medio del movimiento de las palas de un aerogenerador, no contamina, es inagotable, reduce el uso de combustibles fósiles -origen de las emisiones de efecto invernadero- que causan el calentamiento global. Además, la energía eólica es una energía autóctona, disponible en todo del planeta, contribuye a reducir las importaciones energéticas y a crear riqueza y empleo

de

forma

local.

La energía eólica suministra actualmente más del 3 % del consumo mundial de electricidad; se espera que para 2020 supere el 5 %. A más largo plazo (2040) la Agencia Internacional de Energía, prevé que la energía del viento pueda cubrir el 9 % de la demanda eléctrica mundial.

3.1.3 Energia solar

El término energía solar se refiere al aprovechamiento de la energía que proviene del Sol. Se trata de un tipo de energía renovable. La energía contenida en el Sol es tan abundante que se considera inagotable. El Sol lleva 5 mil millones de años emitiendo radiación solar y se calcula que todavía no ha llegado al 50% de de su existencia. La energía solar, además de ser inagotable es abundante: la cantidad de energía que el Sol vierte diariamente sobre la Tierra es diez mil veces mayor que la que se consume al día en todo el planeta. La radiación recibida se distribuye de una forma más o menos uniforme sobre toda la superficie terrestre, lo que dificulta su aprovechamiento. La energía solar, además de ser una fuente de energía renovable, es una energía limpia y supone una alternativa a otros tipos de energía no renovables como la energía fósil o la energía nuclear. La radiación que incide en la superficie de la Tierra puede ser utilizada directamente como energía calorífica, pero también puede ser transformada, por medio de diferentes

dispositivos,

en

energía

eléctrica.

Los tipos más conocidos son: 

Energía solar térmica: se aprovecha el calor de la radiación para calentar agua (sobre todo para instalaciones sanitarias y de calefacción de edificios).



Energía solar fotovoltaica: se produce electricidad a través de placas de semiconductores que se excitan con la radiación solar.

El elemento encargado de captar la radiación solar y transformarla en energía útil es el panel solar. Los paneles solares pueden ser de distintos tipos dependiendo del mecanismo escogido para el aprovechamiento de la energía solar: 

Mediante captadores solares térmicos (energía solar térmica)



Mediante módulos fotovoltaicos (energía solar fotovoltaica)



Sin ningún elemento externo (energía solar pasiva)

3.1.4 Marea La energía mareomotriz se produce gracias al movimiento generado por las mareas, esta energía es aprovechada por turbinas, las cuales a su vez mueven

la

mecánica

de

un

alternador

que

genera

energía

eléctrica, finalmente este último esta conectado con una central en tierra que distribuye la energía hacia la comunidad y las industrias.

Al no consumir elementos fósiles ni tampoco producir gases que ayudan al efecto invernadero. Se le considera una energía limpia y renovable. Dentro de sus ventajas el ser predecible y tener un suministro seguro con potencial que no varia de forma trascendental anualmente, solo se limita a los ciclos de marea y corrientes. La instalación de este tipo de energía se realiza en ríos profundos, desembocaduras (estuarios) de rió hacia el océano y debajo de este ultimo aprovechando las corrientes marinas. Participante de este efecto son el sol, la luna y la tierra. Siendo la mas importante en esta acción la luna, por su cercanía.

La luna y la Tierra ejercen una fuerza que atrae a los cuerpos hacia ellas: esta fuerza de gravedad hace que la Luna y la Tierra se atraigan mutuamente y permanezcan unidas. Como la fuerza de gravedad es mayor cuanto más cerca se encuentren las masas, la fuerza de atracción

que ejerce la Luna sobre la Tierra es más fuerte en las zonas más cercanas que en las que están más lejos.

Esta desigual atracción que produce la Luna sobre la Tierra es la que provoca las Mareas en el mar. Como la Tierra es sólida, la atracción de la Luna afecta más a las aguas que a los continentes, y por ello son las aguas las que sufren variaciones notorias de acuerdo a la cercanía de la Luna.

Existen tres métodos de generación:

Generador de la corriente de marea: Los generadores de corriente de marea hacen uso de la energía cinética del agua en movimiento a las turbinas de la energía, de manera similar al viento (aire en movimiento) que utilizan las turbinas eólicas. Este método está ganando popularidad debido a costos más bajos y a un menor impacto ecológico en comparación con las presas de marea. Presa de marea: Las presas de marea hacen uso de la energía potencial que existe en la diferencia de altura (o pérdida de carga) entre las mareas altas y bajas. Las presas son esencialmente los diques en todo el ancho de un estuario, y sufren los altos costes de la infraestructura civil, la escasez mundial de sitios viables y las cuestiones ambientales.

Explota la interacción entre las energías cinética y potencial en las corrientes de marea. Se propone que las presas muy largas (por ejemplo: 30 a 50 km de longitud) se construyan desde las costas hacia afuera en el mar o el océano, sin encerrar un área. Se introducen por la presa diferencias de fase de mareas, lo que lleva a un diferencial de nivel de agua importante (por lo menos 2.3 metros) en aguas marinas ribereñas poco profundas con corrientes de mareas que oscilan paralelas a la costa.

3.1.5 Energia hidroelectrica

El aprovechamiento de la energía potencial acumulada en el agua para generar electricidad es una forma clásica de obtener energía. Alrededor del 20% de la electricidad usada en el mundo procede de esta fuente. Es, por tanto, una energía renovable pero no alternativa, estrictamente hablando, porque se viene usando desde hace muchos años como una de las fuentes principales de electricidad. La energía hidroeléctrica que se puede obtener en una zona depende de los cauces de agua y desniveles que tenga, y existe, por tanto, una cantidad máxima de energía que podemos obtener por este procedimiento. Se calcula que si se explotara toda la energía hidroeléctrica que el mundo entero puede dar, sólo se cubriría el 15% de la energía total que consumimos. En realidad se está utilizando alrededor del 20% de este potencial, aunque en España y en general en los países desarrollados, el porcentaje de explotación llega a ser de más del 50%. La energía hidroeléctrica es una de las más limpias, aunque esto no quiere decir que sea totalmente inocua, porque los pantanos que hay que construir suponen un impacto importante. El pantano altera gravemente el ecosistema fluvial. Se destruyen habitats, se modifica el caudal del río y cambian las características del agua como su temperatura, grado de oxigenación y otras. También los pantanos producen un importante impacto paisajístico y humano, porque con frecuencia su construcción exige trasladar a pueblos enteros y sepultar bajo las aguas tierras de cultivo, bosques y otras zonas silvestres. Los pantanos también tienen algunos impactos ambientales positivos. Así, por ejemplo, han sido muy útiles para algunas aves acuáticas que han sustituido los humedales costeros que usaban para alimentarse o criar, muchos de los cuales han desaparecido, por estos nuevos habitats. Algunas de estas aves han variado incluso sus hábitos migratorios, buscando nuevas rutas de paso por la Península a través de determinados pantanos.

3.2 Fuentes de energia no renovable Se denomina fuentes de energía no renovables a aquellas que se encuentran en la naturaleza en cantidades limitadas. No se regeneran o lo hacen en forma extremadamente lenta. Fuentes de energía no renovables son los combustibles fósiles y los isótopos radiactivos utilizados en la energía nuclear. Las Fuentes de energía no renovables son aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración. Existen varias fuentes de energía no renovables, como son: 

Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)



La energía nuclear (fisión y fusión nuclear)

Carbón: Se origina por la descomposición de vegetales terrestres (hojas, maderas, cortezas, esporas…) que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Existen varios tipos (turba, hulla, antracita y lignito). Tiene una enorme cantidad de aplicaciones (industria siderúrgica, cemento, carboquímica, etc.), entre ellas la generación de energía eléctrica. Petróleo: de origen orgánico -fósil-, es fruto de la transformación de materia orgánica (procedente de zooplancton y algas) que, depositada en grandes cantidades en los fondos de mares o lagos, fue posteriormente enterrada bajo pesadas

capas

de

sedimentos.

Está formado por hidrocarburos (parafinas, cicloparafinas, olefinas, etc.) y cantidades

variables

de

azufre,

nitrógeno

y

oxígeno.

Comenzó a utilizarse de manera generalizada en el sigo XIX para el alumbrado (Queroseno). Actualmente se utiliza como combustible mayoritario debido a la aparición

de

los

motores

de

combustión

interna.

Esta fuente de energía, al igual que el carbón, tiene enormes consecuencias negativas para el medio ambiente, ya que la combustión del petróleo y sus derivados emite a la atmósfera una gran cantidad de gases contaminantes (CO2,

NOx, SOx, etc.). Por este motivo se están investigando nuevos combustibles menos contaminantes para los motores, como el biodiésel, el bioetanol, etc.

Gas Natural: es una mezcla de gases que se encuentra generalmente acompañando los yacimientos de petróleo o carbón, como una cápsula situada por encima de ellos. Algunos de los gases que forman parte del gas natural extraído se separan de la mezcla porque no tienen capacidad energética (nitrógeno o CO2) o porque pueden depositarse en las tuberías usadas para su distribución debido a su alto punto de ebullición. Aunque su combustión también genera emisiones, éstas son de menor concentración que las del petróleo o el carbón, siendo por ello el combustible fósil “más limpio”.

Energía Nuclear: aquella que se obtiene al aprovechar las reacciones nucleares espontáneas o provocadas por el hombre. Estas reacciones se dan en algunos isótopos de ciertos elementos químicos, siendo la más conocida la fisión del 235U. Los dos sistemas con los que puede obtenerse energía nuclear de forma masiva son la fisión y la fusión. La energía que se obtiene puede usarse de forma descontrolada, dando lugar al armamento nuclear, o controlada en reactores nucleares, en los que se produce electricidad, energía mecánica o calor.