Centrales termoeléctricas

Rotor de una turbina de una central termoeléctrica.

Una central termoeléctrica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear o del sol como las solares termoeléctricas. Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas.

En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un Condensador donde circula por tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.

En las centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustión del gas natural para mover una turbina de gas. En una cámara de combustión se quema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todavía se encuentran a alta temperatura (500 °C), se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoeléctrica común. El vapor luego es enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeración como en una central térmica común. Además, se puede obtener la cogeneración en este tipo de plantas, al alternar entre la generación por medio de gas natural o carbón. Este tipo de plantas está en capacidad de producir energía más allá de la

limitación de uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la utilización de fuentes de energía por insumos diferentes.

Las centrales térmicas que usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera dióxido de carbono (CO2), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. También, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y cantidades variables de residuos sólidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (véase accidente de Chernóbil) y también generan residuos radiactivos de diversa índole.

The 11MW PS10 central termosolar funcionando en Sevilla, España.

Una central térmica solar o central termosolar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica. En ellas es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 °C hasta 1000 °C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser útiles para otros usos (agrícolas, forestales, etc.).

Centrales hidroeléctricas

Rotor de una turbina de una central hidroeléctrica.

Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.

La energía garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.

La potencia de una central hidroeléctrica puede variar desde unos pocos MW, hasta varios GW. Hasta 10 MW se consideran minicentrales. En China se encuentra la mayor central hidroeléctrica del mundo (la Presa de las Tres Gargantas), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa de Itaipú (que pertenece a Brasil y Paraguay), con una potencia instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.

Esta forma de energía posee problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.

Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales mareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bobina

Centrales eólicas

Capacidad eólica mundial total instalada y previsiones 1997-2010. Fuente: WWEA e.V.

La energía eólica se obtiene mediante el movimiento del aire, es decir, de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren una energía. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.2

El impacto medioambiental de este sistema de obtención de energía es relativamente bajo, pudiéndose nombrar el impacto estético, porque deforman el paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. Además, este

tipo de energía, al igual que la solar o la hidroeléctrica, están fuertemente condicionadas por las condiciones climatológicas, siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.

Centrales fotovoltaicas

Panel solar.

Se denomina energía solar fotovoltaica a la obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica. Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energía solar fotovoltaica tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque sólo representa el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa. En la Unión Europea el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada de la Unión.3

Los principales problemas de este tipo de energía son su elevado coste en comparación con los otros métodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el sílice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatológicas. Este último problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de

energía para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se están estudiando sistemas como el almacenamiento cinético, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento químico, entre otros.

Generación a pequeña escala

Grupo electrógeno de 500 kVA instalado en un complejo turístico en Egipto.

Grupo electrógeno

Un grupo electrógeno es una máquina que mueve un generador de energía eléctrica a través de un motor de combustión interna. Es comúnmente utilizado cuando hay déficit en la generación de energía de algún lugar, o cuando hay corte en el suministro eléctrico y es necesario mantener la actividad. Una de sus utilidades más comunes es en aquellos lugares donde no hay suministro a través de la red eléctrica, generalmente son zonas agrícolas con pocas infraestructuras o viviendas aisladas. Otro caso es en locales de pública concurrencia, hospitales, fábricas, etc., que, a falta de energía eléctrica de red, necesiten de otra fuente de energía alterna para abastecerse en caso de emergencia. Un grupo electrógeno consta de las siguientes partes:

Motor de combustión interna. El motor que acciona el grupo electrógeno suele estar diseñado específicamente para ejecutar dicha labor. Su potencia depende de las características del generador. Pueden ser motores de gasolina o diésel.

Sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración del motor es problemático, por tratarse de un motor estático, y puede ser refrigerado por medio de agua, aceite o aire.

Alternador. La energía eléctrica de salida se produce por medio de una alternador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado,

autorregulado y sin escobillas, acoplado con precisión al motor. El tamaño del alternador y sus prestaciones son muy variables en función de la cantidad de energía que tienen que generar.

Depósito de combustible y bancada. El motor y el alternador están acoplados y montados sobre una bancada de acero. La bancada incluye un depósito de combustible con una capacidad mínima de funcionamiento a plena carga según las especificaciones técnicas que tenga el grupo en su autonomía.

Sistema de control. Se puede instalar uno de los diferentes tipos de paneles y sistemas de control que existen para controlar el funcionamiento, salida del grupo y la protección contra posibles fallos en el funcionamiento.

Interruptor automático de salida. Para proteger al alternador, llevan instalado un interruptor automático de salida adecuado para el modelo y régimen de salida del grupo electrógeno. Existen otros dispositivos que ayudan a controlar y mantener, de forma automática, el correcto funcionamiento del mismo.

Regulación del motor. El regulador del motor es un dispositivo mecánico diseñado para mantener una velocidad constante del motor con relación a los requisitos de carga. La velocidad del motor está directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que cualquier variación de la velocidad del motor afectará a la frecuencia de la potencia de salida.4

Pila voltaica

Esquema funcional de una pila eléctrica.

Se denomina ordinariamente pila eléctrica a un dispositivo que genera energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras de lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o cátodo y el otro es el

polo negativo o ánodo. En español es habitual llamarla así, mientras que las pilas recargables o acumuladores, se ha venido llamando batería.

La primera pila eléctrica fue dada a conocer al mundo por Volta en 1800, mediante una carta que envió al presidente de la Royal Society londinense, por tanto son elementos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad. Aunque la apariencia de una pila sea simple, la explicación de su funcionamiento dista de serlo y motivó una gran actividad científica en los siglos XIX y XX, así como diversas teorías, y la demanda creciente que tiene este producto en el mercado sigue haciendo de él objeto de investigación intensa.

El funcionamiento de una pila se basa en el potencial de contacto entre dos sustancias, mediado por un electrolito.5 Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se pueden añadir otros elementos en la conexión llamada en paralelo. La capacidad total de una pila se mide en amperios-hora (A•h); es el número máximo de amperios que el elemento puede suministrar en una hora. Es un valor que no suele conocerse, ya que no es muy claro dado que depende de la intensidad solicitada y la temperatura.

Un importante avance en la calidad de las pilas ha sido la pila denominada seca, al que pertenecen prácticamente todas las utilizadas hoy día (2008). Las pilas eléctricas, baterías y acumuladores se presentan en unas cuantas formas normalizadas en función de su forma, tensión y capacidad que tengan.

Los metales y productos químicos constituyentes de las pilas pueden resultar perjudiciales para el medio ambiente, produciendo contaminación química. Es muy importante no tirarlas a la basura (en algunos países no está permitido), sino llevarlas a centros de reciclado. En algunos países, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se hacen cargo de las pilas gastadas. Una vez que la envoltura metálica que recubre las pilas se daña, las sustancias químicas que contienen se ven liberadas al medio ambiente causando contaminación. Con mayor o menor grado, las sustancias son absorbidas por la tierra pudiéndose filtrar hacia los mantos acuíferos y de éstos pueden pasar directamente a los seres vivos, entrando con esto en la cadena alimenticia. Las pilas son residuos peligrosos por lo que desde el momento en que se empiezan a reunir, deben ser manejadas por personal capacitado que siga las precauciones adecuadas empleando todos los procedimientos técnicos y legales para el manejo de dicho residuos.

Estas pilas suelen utilizarse en los aparatos eléctricos portátiles, que son una gran cantidad de dispositivos que se han inventado y que se nutren para su funcionamiento de la energía facilitada por una o varias pilas eléctricas o de baterías recargables. Entre los dispositivos de uso masivo destacan juguetes, linternas, relojes, teléfonos móviles, marcapasos, audífonos, calculadoras, ordenadores personales portátiles, reproductores de música, radio transistores, mando a distancia, etc.

Pila de hidrógeno. La celda en sí es la estructura cúbica del centro de la imagen.

Pilas de combustible

Una celda, célula o pila de combustible es un dispositivo electroquímico de generación de electricidad similar a una batería, que se diferencia de esta en estar diseñada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Esto permite producir electricidad a partir de una fuente externa de combustible y de oxígeno, en contraposición a la capacidad limitada de almacenamiento de energía de una batería. Además, la composición química de los electrodos de una batería cambia según el estado de carga, mientras que en una celda de combustible los electrodos funcionan por la acción de catalizadores, por lo que son mucho más estables.

En las celdas de hidrógeno los reactivos usados son hidrógeno en el ánodo y oxígeno en el cátodo. Se puede obtener un suministro continuo de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua, lo que requiere una fuente primaria de generación de electricidad, o a partir de reacciones catalíticas que desprenden hidrógeno de hidrocarburos. El hidrógeno puede almacenarse, lo que permitiría el uso de fuentes discontinuas de energía como la solar y la eólica. El hidrógeno gaseoso (H2) es altamente inflamable y explosivo, por lo que se están desarrollando métodos de almacenamiento en matrices porosas de diversos materiales.7

Generador termoeléctrico de radioisótopos

Un generador termoeléctrico de radioisótopos es un generador eléctrico simple que obtiene su energía de la liberada por la desintegración radiactiva de determinados elementos. En este dispositivo, el calor liberado por la desintegración de un material radiactivo se convierte en electricidad directamente gracias al uso de una serie de termopares, que convierten el calor en electricidad gracias al efecto Seebeck en el llamado Unidad de calor de radioisótopos (o RHU en inglés).

Los RTG se pueden considerar un tipo de batería y se han usado en satélites, sondas espaciales no tripuladas e instalaciones remotas que no disponen de otro tipo de fuente eléctrica o de calor.

Los RTG son los dispositivos más adecuados en situaciones donde no hay presencia humana y se necesitan potencias de varios centenares de vatios durante largos períodos de tiempo, situaciones en las que los generadores convencionales como las pilas de combustible o las baterías no son viables económicamente y donde no pueden usarse células fotovoltaicas.

La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien estos no difieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento,  varían en función a la forma en que se accionan. Explicado de otro modo, en que fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica.

   De acuerdo a esta definición podemos nombrar, según su importancia en relación con su utilización en el mundo, las siguientes formas de generación eléctrica.

1.- Generación Termoeléctrica: La que podemos diferenciar en tres grandes grupos, según su funcionamiento:

   1.a) Turbinas a Vapor.

   1.b) Turbinas a Gas.

   1.c) Ciclos Combinados.

   Todas las Centrales térmicas dependen imprescindiblemente para su puesta en marcha y funcionamiento del empleo de energías no renovables como lo son los combustibles fósiles. Producen un gran impacto negativo sobre todo en la atmósfera.

2.- Generación Hidroeléctrica:

   Estas centrales utilizan como fuente de energía primaria un recurso renovable como lo es la fuerza de las aguas, pero tienen un gran impacto inicial sobre la flora, la fauna terrestre e íctica, el clima etc. normalmente están diseñadas con un fin multipropósito.

3.- Generación por formas no convencionales:

   Enumeramos en este punto a las fuentes energéticas que se utilizan actualmente en forma comercial, aunque lamentablemente todavía su participación porcentual en la ecuación energética mundial no es muy significativa.

3.a)- Generación Termonuclear:

   El recurso primario de estas centrales es no renovable y presentan el problema de la manipulación de los residuos por un lado y la explotación minera por el otro.

3.b) Energía Solar.

3.c) Energía Eólica.

3.d) Energía Geotérmica.

3.e) Energía Mareomotriz.

3.f) Energía utilizando la Biomasa.

   Las fuentes de energías primarias que activan estas centrales son todas renovables, el sol, el aire, el movimiento de las mareas etc. No obstante, aunque en muy baja proporción en relación a las energías convencionales, cada una de

ellas también generan un cierto grado de contaminación ambiental.

Centrales térmicas:

El principio de funcionamiento de una central térmica se basa en el intercambio de energía calórica en energía mecánica y luego en energía

eléctrica.

Existen centrales, más antiguas, que en sus orígenes eran máquinas de vapor a pistón, similares en su funcionamiento a una locomotora y que

movían al generador.

Una de éstas, centenaria, se conserva en la escuela Otto Krause y se pone en funcionamiento una vez al año.

Luego se reemplazó por una turbina de vapor, en la cual se calienta agua en una caldera que produce vapor a presión, el cual se aplica sobre los álabes de la

turbina que convierte energía potencial (presión) en energía cinética que acciona al generador.

Otro tipo es la turbo-gas en donde un compresor de flujo axial comprime el aire de entrada, inyectándolo en la cámara de combustión ahí se quema gas natural aumentando la velocidad de salida de los gases, (como un motor de acción a

reacción) que mueve a una turbina que mueve a su vez al generador. La de ciclo combinado aprovecha los gases de salida de la turbo-gas (500°C) para realizar el calentamiento del agua y producir vapor accionando un generador movido por una turbina de vapor cuya potencia se suma a la del generador de turbo-gas, se logra

así un aprovechamiento de energía mucho más alto.

También existe otro tipo de centrales térmicas en las cuales se utilizan motores diesel para realizar el proceso de calentamiento del agua y su posterior

generación de energía eléctrica.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELECTRICAS

La influencia de la altura es aprovechada por las centrales hidroeléctricas para convertir la energía potencial del agua en energía eléctrica, utilizando las turbinas para tal fin, acoplando estas a los alternadores. En caso que el río tenga un aporte regular de agua, la energía cinética de éste puede aprovecharse sin necesidad de realizar embalses o bien, utilizando uno de pequeñas dimensiones ( a este tipo de centrales se las conoce como fluyentes).

 

Por condiciones climáticas el curso y caudal de los ríos resultan frecuentemente irregulares, lo que obliga a retener el agua mediante una presa,  formándose así un lago o embalse que produce un salto de agua que libera fácilmente su energía potencial, almacenando agua para aquellas épocas de escasas lluvias (a estas centrales se denomina de regulación).

La estructura de la central puede ser muy diversa según le afecten los condicionantes orográficos de su ubicación, sin embargo se pueden reducir a dos tipos pero con variantes particulares.

El primer tipo es llamado aprovechamiento por derivación de agua, que consiste en una pequeña presa que desvía el agua hacia un pequeño depósito llamado de carga; de aquí pasa a una tubería forzada y posteriormente a la sala de máquinas de la central.

El segundo tipo es denominado aprovechamiento por acumulación de agua y consiste en la construcción de una presa de considerable altura en un lugar del río de condiciones orográficas adecuadas. El nivel del agua se situará en un punto cercano al extremo superior de la presa. A media altura se encuentra la toma de agua y en la parte inferior se encuentra la sala de máquinas con el grupo turbina-alternador. A la central de estas características se la conoce con el nombre de pie de presa.

Los elementos constructivos que forman una central hidroeléctrica son los siguientes: presa, aliviaderos y tomas de agua, canal de derivación, chimenea de equilibrio, tuberías de presión, cámaras de turbinas, canal de desagüe y sala de máquinas.

LA PRESA:

Es el elemento más importante de la central depende en gran medida de las condiciones orográficas de terreno, así como también el curso de agua donde se realiza la instalación.

Por los materiales que están constituídas las presas pueden se de: tierra, mampostería y hormigón.

Las presas más utilizadas son las de hormigón y pueden ser de gravedad o de  bóveda.

Las primeras resiste la presión del  agua por su propio peso. Las de bóveda necesitan menos materiales que la de gravedad y se suelen utilizar en gargantas estrechas.

LOS ALIVIADEROS:

Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tiene como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas. Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie.

La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego.

Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura; los aliviados se diseñan  para que la mayoría se pierda en una cuenca que se encuentra en el pie de la presa, llamada de amortiguación.

Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes compuertas , de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad, según lo demande la situación. El diseño de estos requiere de cálculos muy complejos sobre el efecto destructivo del agua, que se pueden simular con modelos reducidos, aplicando posteriormente el factor de escala correspondiente.

TOMAS DE AGUA

Las tomas de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberías, se hallan en la pared anterior de la presa que entra en contacto con el agua embalsada. Estas tomas además de unas compuertas, para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc., puedan llegar a los álabes y producir desperfectos.

El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la prensa de derivación hasta las turbinas de la central. Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con turbinas forzadas siendo por ello preciso que exista una cámara de presión donde termina el canal y comienza la tubería. Es bastante normal evitar el canal y aplicar directamente las tuberías forzadas a las tomas de agua de las prensas.

Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las tuberías forzadas y álabes de turbinas. A estas sobrepresiones se las denomina golpe de ariete .

Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce una sobrepresión positiva , ya que el regulador automático de la turbina cierra la admisión de agua.

La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobre presión de agua encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará. Con ésto se consigue evitar el golpe de ariete.

Actúa de este modo la chimenea de equilibrio como un muelle hidráulico o un condensador eléctrico, es decir, absorbiendo y devolviendo energía.

Las estructuras forzadas o de presión, suelen ser de acero con refuerzos regulares a lo largo de su longitud, o de cemento armado, reforzado con espiras de hierro que deben estar ancladas al terreno mediante soleras adecuadas.

CAMARA DE TURBINA

En la cámara de turbinas se encuentran los elementos auxiliares de control, y la propia turbina. Según las características de los saltos de agua, de la altura del caudal, estas se pueden clasificar en tres tipos; de PELTON; de KAPLAN o de FRANCIS.

Las primeras se utilizan en grandes saltos y caudales regulares, las de Francis en centrales de saltos intermedios y caudales variables, y las Kaplan en sitios de poca altura y caudales variables.

El eje de la turbina en todos los casos es solidario con el del generador, de tal manera que al presionar el agua sobre los alabes de la turbina este girará induciendo una alta corriente y una baja tensión en el generador.

Los canales de desagüe están encargados de recoger el agua a la salida de la turbina, teniendo que devolverla al cauce del río, pero debido a que la velocidad del agua es importante, resulta peligroso su poder de erosión, por lo que hay que revestir adecuadamente las paredes parar su protección.

En la sala de máquinas se encuentran los grupos generadores de energía eléctrica, así como también los elementos auxiliares, pudiendo ser éstos exteriores o subterráneos.

TURBINAS Y ALTERNADORES

Las turbinas del tipo de acción, como la Pelton, constan de un inyector que transforma la energía de presión del agua en energía cinética. La velocidad de salida del chorro del fluído llega en ocasiones a 150 metros por segundo, de tal manera que es necesario que estén fabricados en acero muy duro para lograr una duración satisfactoria. A pesar de ello y a causa de las ocasiones en que el agua llega mezclada con impurezas hace que se limite su vida útil a 4.000 horas tanto en los elementos móviles de inyector como para la válvula de aguja.

Precisamente esta válvula de aguja del inyector es la encargada de variar el flujo del agua que llega a los álabes o cucharas de la turbina de una manera automática para conseguir que la velocidad de giro sea constante. El elemento sensor suele ser el conocido como de bolas, que se mueve en sincronismos con la turbina. A girar el eje, la fuerza centrífuga hace subir las bolas, actuando sobre el circuito de presión de aceite de la válvula del inyector.

En las turbinas de tipo de reacción de álabes fijos Francis, la regulación de velocidad se consigue de la misma forma que en la anteriormente descrita, pero la actuación del elemento de control se realiza sobre el distribuidor, variando el flujo de agua del rodete, consiguiéndose de esta manera que la velocidad se estabilice independientemente de las variaciones de la carga.

Las turbinas de tipo Kaplan tienen los álabes móviles, estando el sistema de servocontrol en el mismo cuerpo de la turbina. El rendimiento de estas turbinas es óptimo, aunque su costo es superior al de los otros por la complejidad de su construcción.

El alternador, o grupo de alternadores acoplados al eje de la turbina genera una corriente alterna de alta intensidad y baja tensión, esta corriente posteriormente pasa a un transformador que la convierte en alta tensión y baja corriente, apta para su transporte a grande distancias con un mínimo de pérdidas. Más tarde, en los centros de consumo, un nuevo transformador la transforma en una corriente de baja tensión para su aplicación directa a los receptores domésticos e industriales.

Solidario con el eje de la turbina y del alternador, gira un generador de corriente contínua llamado excitatriz, que se utiliza para excitar magnéticamente los polos del estator del generador, creando un campo magnético que posibilita la generación de corriente alterna en el rotor.

LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS DE BOMBEO

Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicas de un país.

Disponen de dos embalases situados a diferente nivel con lo que se compensan las diferencias ocasionadas , debido a que la demanda de energía a lo largo del día es muy variable .Al alcanzar esta su máximo requerimiento, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía. Al caer el agua almacenada en el embalse superior hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador. Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor (horas de valle) el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente. Por ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores.

Estas centrales mejoran el factor de potencia del sistema, trabajando como cargas en las horas de escasa demanda.

CENTRALES NUCLEARES:

La energía atómica

La energía atómica es aquella que se libera como resultado de cualquier reacción nuclear.Esta energía puede obtenerse bien por  fisión (división de los elementos pesados) o bien por fusión  (unión de elementos muy ligeros). En las reacciones nucleares se libera una extraordinaria cantidad de energía y ello  es debido a que en dichas reacciones se produce una disminución neta de masa que se transforma directamente en energía.

La fisión nuclear

Es la reacción nuclear en la que tiene lugar la ruptura del núcleo pesado, generalmente en dos fragmentos iguales y de misma magnitud.Una reacción en cadena es una sucesión de iones en la que los neutrones liberados en cada reacción producen nuevas fisiones.Los reactores actualmente funcionan por medio de fisiones en cadena.

La fusión nuclear

Es una reacción de núcleos de átomos más ligeros que conduce a la formación de un núcleo más pesado que cualquiera de los iniciales.

Agua pesada

Es aquélla en que todo el hidrógeno esta en forma de isótopo de masa dos (deuterio).El hidrógeno del agua ordinaria no contiene más que una parte por 6 mil de

deuterio. Es el mejor moderador de neutrones, debido a la ligereza de los núcleos que lo componen.

La importancia del uranio

El uranio es uno de los combustibles nucleares más importantes. Contiene núcleos fisionables. Su composición natural es esencialmente la de una mezcla de dos isótopos: El uranio 238 y el uranio 235, este presente en la mezcla en la proporción siete por mil. En esta se habla de uranio enriquecido.

La radioactividad

Es la desintegración espontanea de núcleos de átomos inestables con proyección de rayos radiactivos partículas o cargas eléctricas, dotadas de gran velocidad y acompañadas de emisiones de radiación electromagnética penetrante.

Residuos radiactivos

Los reactores nucleares residuan lo que proviene del combustible ya utilizado. Este combustible es en un 97 % uranio y plutonio, estos recuperados químicamente para ser usados nuevamente: el 3 % restante son producto de fisión, que son átomos radiactivos.Los métodos utilizados para la evacuación de estos residuos se basa en:

Almacenar temporalmente estos residuos y esperar que decrezca su actividad.Llevar a cabo la concentración y almacenamiento de material radiactivo a largo plazo.

El reactor nuclear

Es una instalación donde puede iniciarse, mantenerse, controlarse, una reacción en cadena. Consta de un núcleo formado por el combustible, donde tiene lugar las fisiones.

El reactor de potencia

En el reactor nuclear de potencia se utiliza el calor obtenido en el proceso de fisión para producir vapor. El vapor es utilizado entonces para mover un generador eléctrico y de esta manera obtener electricidad.

El reactor rápido

En este tipo de reactores, el combustible de plutonio se rodea de una capa de uranio. Esta al ser alcanzada por los neutrones, se transforma en plutonio.Regulando el flujo de neutrones se puede conseguir que una capa de uranio que rodea al combustible se genere más plutonio del que se consume. Por eso estos reactores también se llaman reactores reproductores  porque ya permitirán un aprovechamiento del uranio 60 a 70 veces mayor que hoy.

El riesgo que genera un reactor nuclear de potencia

El desarrollo de toda actividad humana tiene un riesgo y precisamente el nivel de riesgo que corresponde a un reactor nuclear de potencia es del orden de 1 por cada mil millones, que como puede verse es cien mil veces inferior al que acepta viajar en automóvil.

El desastre de Chernobyl

Medidas de seguridad adoptadas al construir un reactor nuclear

La meta de seguridad, al construir y explotar un reactor nuclear, es impedir el escape de productos radioactivos y de radiaciones exteriores a las instalaciones para que no se produzcan perjuicios a la salud del público.

Posibilidad de explosión de un reactor nuclear

Las bombas nucleares requieren de la unión de uranio 235 metálico casi puro o plutonio formando una masa compacta bien definida. Un reactor nuclear que produzca vapor para una central eléctrica no puede explotar porque usa uranio cerámico normalmente en forma de óxido no metal con contenido de uranio 235

solo del orden del 3 %. Ni el combustible que usan lo pueden hacer explotar como una bomba atómica.

Países con reactores de potencia

Cuarenta y seis países poseen reactores; países pobres en carbón, gas, o recursos hidráulicos o petróleo tienen que aspirar a tener un reactor nuclear de potencia.

Funcionamiento de una central nuclear

En una central térmica convencional, el combustible (carbón gas o petróleo) se quema para calentar agua y convertirla en vapor. Este vapor pasa bajo presión a una turbina acoplada a un generador que produce la electricidad.

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En una central nuclear, el combustible "convencional"es reemplazado por combustible "nuclear", o sea, material que contiene núcleos fisionables El uranio 235 es fisionable así como también lo es el plutonio; pero solo en una parte sobre 140 de uranio natural es uranio 235. En un reactor puede usarse uranio natural, con su escasa proporción de  material fisionable, o uranio enriquecido, en el que se ha aumentado la proporción de uranio 235.El calor que proviene del proceso de fisión.Se llama fisión de rompimiento de un núcleo atómico de uranio cuando recibe el impacto de un neutrón. Al romperse el núcleo del uranio se liberan nuevos neutrones y, por consiguiente, se inicia una reacción en cadena.Esta reacción en cadena pone en libertad grandes cantidades de energía que, en forma de calor, produce el vapor para accionar una turbina como en una central convencional.El problema de la instalación de una central nuclear de potencia, plantea a todo el mundo la elección del combustible más adecuado: uranio natural o uranio enriquecido.Las centrales alimentadas con uranio enriquecido tienen las desventaja fundamental de que, por lo menos actualmente, muy pocos países realizan, comercialmente, el proceso de enriquecimiento.El uranio natural en cambio, es producido y comercializado por diversos países. 

 

Conversión directa                                               

Existen cuatro maneras de convertir la energía del Sol directamente en energía eléctrica:

Generadores fotoeléctricos Generadores fotovoltaicos Generadores termoiónicos Generadores termoeléctricos

De estos los generadores fotovoltaicos son los más utilizados debido a su bajo costo y alto rendimiento (en comparación con los otros).

Estos generadores aprovechan la energía de los fotones que chocan con una unión de semiconductores de tipo P y N, esta unión aporta la diferencia de potencial necesaria para que se tenga una corriente, la que es consecuencia de los electrones que pasan a la banda de conducción con la energía que les ceden los fotones al chocar con la célula solar.

La corriente obtenida es proporcional a la radiación del sol y el área de la célula. Al conectar en serie y en paralelo varias células se obtienen los paneles solares los cuales sirven para alimentar cargas eléctricas, baterías, etc. Este tipo de paneles se usan en la actualidad para alimentar las necesidades de algunas de aplicaciones de bajo consumo (casas pequeñas, repetidores de radio, etc.) o donde la obtención de energía de la red eléctrica sea difícil. El uso de este tipo de centrales eléctricas se logra independencia del usuario de la compañía generadora de electricidad, pero también se pueden construir grandes plantas generadoras.

En estos momentos este tipo de tecnología es cara en la primera inversión pero dada la alta durabilidad y el costo casi nulo de mantenimiento y nulo en la materia prima que es el Sol estas, se vuelven muy rentables.

Conversión No directa

Una central Heliotérmica funciona de la misma manera que lo hace una central termoeléctrica o nuclear. La diferencia se da en la manera en que en cada una se obtiene el vapor de agua que mueve al turbogenerador. En una central térmica se quema carbón, petróleo o sus derivados para obtener vapor; en una central nuclear se aprovecha el calor que se desprende de una reacción nuclear de fisión; y en central solar o heliotérmica se concentran los rayos solares en un depósito de agua especialmente diseñado para que el agua se caliente.

La gran diferencia entre las centrales convencionales y las solares es la contaminación que las otras producen. Las centrales termoeléctricas, al quemar combustibles, lanzan gases tóxicos al aire y el bióxido de carbono contribuye al efecto invernadero causante de los cambios climáticos en el mundo. Las centrales nucleares no queman nada, pero los desechos del combustible nuclear que usan, son altamente peligrosos. Además, un accidente en el funcionamiento puede causar fatales consecuencias como lo vivido en Chernobyl en la década de los 80's. 

Los componentes principales de una central heliotérmica son:

Espejos. Calderas. Turbinas. Generadores.

La central más común y más poderosa que existe hoy es la llamada "torre solar", la cual consta de un gran número de espejos, guiados individualmente de forma que concentren la energía del Sol sobre un receptor, montado en la parte superior

de una torre, donde se encuentra situada la caldera generadora de vapor. Y el vapor obtenido se inyecta sobre los álabes de la turbina para mover el generador y así producir la energía eléctrica que todos necesitamos, y los más importante esta se obtiene de una manera limpia y segura.

La energía eólica se basa en la utilización del viento como energía primaria. Este ha sido un recurso empleado desde tiempos remotos en diferentes partes del mundo y para diversos propósitos.

Los conversores de Energía Eólica (ECEEs) pueden variar desde 1 metro a 100 metros de diámetro y su potencia puede ser desde 1KW hasta varios MW.

Se puede conectar en una red de suministro de energía.Requieren solo una pequeña superficie para su funcionamiento.Su uso no produce efectos nocivos en el medio ambiente.

    No toda la energía del viento es posible de ser transferida a la máquina eólica. La teoría del motor eólico de eje horizontal dice que en el caso más óptimo solo el 59% de la Energía cinética del viento puede ser convertida en Energía Mecánica de las palas.

La potencia extraíble del viento por un ECEEs es función de: 

El tamaño de la máquina.

En el caso de presentar una sección circular al viento, proporcional al cuadrado del diámetro del equipo.

    El factor más variable es la intensidad del viento que no solo presenta grandes contrastes geográficos sino que también es función cambiante del tiempo. Por ello si bien el viento está presente en forma casi permanente en toda la superficie de la tierra, solo en algunos lugares y solo parte del tiempo alcanza valores que permiten un aprovechamiento económico. 

    La variación del viento con la altura en los primeros metros del suelo de la atmósfera es una característica de mucha importancia práctica para el aprovechamiento energético del viento. La fricción del suelo frena la velocidad del viento, de los primeros metros se genera una capa límite en la que el proceso físico dominante es la transferencia de momento hacia el suelo. El perfil del viento en esa capa límite es muy pronunciado hasta los 30 metros, aumentado luego en forma gradual. 

    Por esto que expresamos antes los ECEEs deben instalarse tan alto como permitan los costos de las estructuras de sostén y en lo posible encima de los 30 metros.

Las turbinas eólicas pueden clasificarse según:  

La interacción de sus palas con el viento.La orientación del eje de rotación con respecto al suelo.

Según la interacción de sus palas con el viento puede ser:

Por arrastre: El viento arrastra las palas forzando su rotación. Son de limitada eficiencia, pues la velocidad tangencial del extremo de la pala no puede ser mayor que la velocidad del viento.Por sustentación: Usan la diferencia de presión generada por la acción del viento en el perfil de la pala, del mismo modo de lo que ocurre en las alas de los aviones. Por efecto del empuje producido por la diferencia de presión, los extremos de la pala se puede mover a mayor velocidad que la del viento.

Según la orientación de los ejes de rotación con respecto a la horizontal pueden

ser:

De Eje Horizontal: El plano de rotación debe ser perpendicular al viento para captar la máxima energía.De Eje Vertical: Acepta el viento en cualquier dirección con igual resultado y además puede alojar el generador cerca de la superficie pero es menos eficiente que la anterior.

Una turbina eólica consta de:

Un rotorUn multiplicador de velocidadUn sistema conversor de energíaControles Torre sostén

    La energía cinética del rotor puede ser usada como energía mecánica o convertida en energía térmica o eléctrica. Generalmente se hace esto último. 

    En instalaciones pequeñas, los generadores eólicos utilizados son generalmente dínamos de Corriente Continua o alternadores. 

    La producción de Corriente Continua en este tipo de escala es conveniente porque permite almacenamiento en acumuladores. Sin embargo, los alternadores, que generan en C.A., pueden usarse para corriente continua con un rectificador. 

    La ventaja del alternador es que además de tener mayor rendimiento, puede suministrar energía en un rango mucho más amplio de velocidad del viento. 

    Las turbinas eólicas que suministran energía a redes de Corriente alterna de frecuencia constante alimentadas también por otras fuentes de energía, giran a velocidad constante o casi constante, debido a la existencia de un par de sincronización que actúa sobre la máquina eléctrica, ya sea ésta alternador o máquina asincrónica del equipo eólico.

    Para controlar la velocidad de rotación a fin de asegurar una frecuencia cte. o para mantener la estabilidad del sistema con vientos muy fuertes, las turbinas eólicas usan varios métodos para no captar toda la potencia posible. 

    Estos métodos de control pueden basarse en la modificación de la eficiencia aerodinámica de las palas, como es el caso de la modificación del paso de las mismas.

    Otra alternativa es modificar el área de intercesión del viento, mediante el giro del plano de rotación de las palas o la modificación de la geometría del mismo (en el caso de la máquina de eje vertical). 

    También son utilizados sistemas de frenos mecánicos, hidráulicos, o magnético. Estos métodos son empleados solos o combinados y el sistema de control está computarizado. 

    Con velocidades del viento muy altas la estabilidad de las turbinas eólicas puede peligrar y por ello hay una velocidad de corte a partir de la cual por un dispositivo, se pliegan las palas y la máquina deja de producir energía.

    El espaciamiento entre los equipos debe ser aproximadamente 10 veces su diámetro debido a que recién a esa distancia se puede considerar despreciable las interferencias en el flujo del aire que produce una ECEEs. 

DESAFÍOS Y SOLUCIONES.

    La energía eólica es una de las opciones más importantes para la eliminación de contaminantes y emisiones que afectan la atmósfera y producen el calentamiento global. Una de las peores amenazas al medio ambiente global es el incremento de la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera , lo que produce un progresivo calentamiento del planeta , lo que ocasionara una profunda distorsión de los regímenes climáticos regionales entre otras consecuencias. El principal responsable de esta concentración de (CO2) es la quema de combustibles fósiles. La comunidad internacional ha adoptado el compromiso de eliminar progresivamente esta emisiones , esto implica , entre otras medidas , el reemplazo de hidrocarburos , desalentando su utilización y alentando el uso de opciones limpias y renovables .

    En los últimos 200 años la humanidad se ha vuelto altamente dependiente de los combustibles fósiles y la energía nuclear. Esta dependencia está ocasionando serios problemas ambientales y sociales : cambio climático , contaminación del aire , daños en la salud humana , distorsión de las economías nacionales y conflictos militares .

    Alrededor de 300 de los más prestigiosos científicos especializados en cuestiones climáticas globales han confirmado que la amplificación del denominado "efecto invernadero" es real. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (PICC) de las Naciones Unidas viene advirtiendo desde 1990 , reiteradamente , que estamos enfrentando incrementos de temperaturas que no tienen precedentes en la historia humana .

    La temperatura global se incrementaría en unos 3 grados centígrados hacia el final del próximo siglo. Esto implicarán cambio en el patrón de lluvias en numerosas regiones , el derretimiento de grandes masas de hielo , particularmente en los polos , extensiones de tierra. El suministro de agua potable se tornará crítico, con consecuencias también en la agricultura y otras actividades productivas como la pesca. Se extenderán las fronteras de incidencia de diversas enfermedades y habrá un deterioro en la salud humana y muchas especies de flora y fauna desaparecerán al no poder adaptarse a tales cambios en sus ecosistemas naturales.

    Habrá una mayor virulencia en diversos fenómenos climáticos como huracanes en los trópicos y tormentas de viento en áreas templadas. Las tierras más productivas de Bangladesh se inundarán mientras que los países del Mediterráneo podrían enfrentar sequías y falta en el suministro de agua. Varios estados insulares del Pacífico podrían desaparecer.

    El PICC concluyó que debemos reducir las actuales emisiones de gases de invernadero al menos entre un 60-80 por ciento para estabilizar el clima mundial. En 1990 , el CO2 originado fundamentalmente por la quema de carbón, petróleo y gas - fue el responsable del 60% del calentamiento global. Cifra que probablemente se incremente. Greenpeace considera que el abandono de los combustibles fósiles y la energía nuclear es un imperativo ambiental y social.Greenpeace demostró que es técnica y económicamente posible eliminar el uso de los hidrocarburos y la energía nuclear en el próximo siglo con su estudio "Fósil Fuels in a Changing Climate". Pero los cambios deben comenzar ahora mismo.

Balance Energético

Un estudio realizado en Dinamarca "Danish Windturbin Manufacturers Association", muestra que un generador eólico conectado a la red entregará la misma energía que se consumió en su producción en unos 3-4 meses. El estudio también demuestra que para el final de su vida útil, existe una ganancia neta de energía de su desarmado y reciclado de materiales

En forma general, la energía geotérmica es la energía almacenada bajo la superficie de la tierra en forma de calor. Su aprovechamiento comercial sólo es posible en aquellos lugares en donde coexisten los factores que dan origen a la

existencia de un campo geotérmico propiamente dicho.

Esquemáticamente, los elementos que dan origen a un campo geotérmico son:

Una fuente de calor magmático Una zona de roca permeable o yacimiento en el cual se puede almacenar un fluído capaz de transportar la energía que en ella se encuentra acumulada en forma de calor. Este fluído es el agua, la cual se puede encontrar en estado líquido, gaseoso o en una mezcla de ambos. Una capa sello o capa confinante que impide que los fluídos calientes suban hasta la superficie y disipen la energía en la atmósfera.

Para localizar este recurso energético en las áreas estudiadas es necesario efectuar una serie de investigaciones, basadas en las siguientes disciplinas: geología, geofísica, geoquímica y geohidrología, hasta concluír con la perforación y prueba de los pozos productores.

Una vez que mediante perforaciones se ha comprobado la existencia de un "reservorio" o yacimiento geotérmico con temperatura y salinidad comercialmente explotable, se procede a completar el caudal de fluído requerido para mover la turbina, para lo cual se perforan los pozos adicionales necesarios, en función de la producción energética de cada pozo.

Para mover las turbinas se utiliza solamente el vapor de agua, al cual se le debe eliminar toda la humedad y cualquier partícula sólida.

El fluído geotérmico que produce se hace pasar por un separador ciclónico que separa el vapor del agua caliente. Esta última se descarta reinyectándola al interior de la tierra.

El vapor se hacer circular por turbinas de paletas múltiple, que extraen al vapor su energía, haciendo girar un generador, para así producir energía eléctrica.

"En otras palabras, una planta geotérmica es una planta de vapor en la que la caldera ha sido reemplazada por el reservorio geotérmico y en la que la energía es suministrada por el calor de la tierra, en vez de petróleo u otro combustible."

Los recursos geotérmicos, dada su característica de producción uniforme a través del tiempo, pueden reemplazar a las plantas térmicas convencionales que utilizan combustibles fósiles y complementar los recursos hidroeléctricos, cuya desventaja es su variación a través del año, debido al cambiante régimen de los ríos.

Introducción        

    Las mareas de los océanos constituyen una fuente gratuita, limpia e inagotable de energía. Solamente Francia y la ex Unión Soviética tienen experiencia práctica en centrales eléctricas accionadas por mareas.

    Es un recurso hidráulico que tiene analogía con la hidroelectricidad. La energía mareomotriz podría aportar unos 635.000 gigavatios/hora (GW/h) anuales, equivalentes a unos 1.045.000.000 barriles de petróleo ó 392.000.000 toneladas de carbón/año.

    A partir del año 1973, cuando el mundo tomó conciencia de la finitud de los combustibles convencionales no renovables, se intensificaron los estudios de todos los tipos disponibles de energías renovables no convencionales: solar, eólicas, geotérmica, mareomotriz, etc.

    La energía mareomotriz es una de las catorce fuentes nuevas y renovables que estudian los organismos especializados de las Naciones Unidas. Esta energía está disponible en cualesquiera clima y época del año.

    Las mareas pueden apreciarse como variación del nivel del mar, con un período de aproximadamente 12 horas 30 minutos, con una diferencia de nivel de unos 2 metros que, conforme a la topografía costera la diferencia entre bajamar y pleamar puede llegar en unos pocos casos hasta los 15 metros. Y esta característica se observa en un centenar de lugares.

La técnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca, y en su camino accionar las turbinas de una central eléctrica. Cuando las aguas se retiran, también generan electricidad. Se considera que los lugares más viables para aprovechar esta energía son unos 40, que rendirían unos: 350.000 GW/h anuales. Para obtener esta cantidad de energía sería necesario quemar unos 220 millones de barriles de petróleo/año. Las áreas más prometedoras son:

La parte de la Bahía de Funday, Canadá.Las Bahías de Cobscook y Passamaquoddy, Estados Unidos.Chansy, Francia.El Golfo de Mezen, en la ex Unión Soviética.El estuario del río Servern, Inglaterra.La ensenada de Walcott, Austria.San José, en la costa patagónica Argentina.Onchón, en Corea del Sur.

    La primera central mareomotriz fue la de Rance, en Francia, que estuvo funcionando casi dos décadas desde 1967. Consistía en una presa de 720 metros de largo, que creaba una cuenca de 22 Km2. Tenia una exclusa para la navegación y una central con 24 turbinas de bulbo y seis aliviaderos, y generaba 240MW. Desde el punto de vista técnico-económico funcionaba muy satisfactoriamente, y proporcionó muchos datos y experiencias para proyectos del futuro. Rance producía 500 GW/año: 300.000 barriles de petróleo. Sus gastos anuales de explotación en 1975 fueron comparables a los de plantas hidroeléctricas convencionales de la época, no perjudicaban al medio ambiente y proporcionaba grandes beneficios socioeconómicos en la región. Se benefició la navegación del río y se duplicó el número de embarcaciones que pasan por la esclusa, y en el coronamiento de esta estructurase construyó una carretera.

    Proyecto Kislogubskaya, de Rusia. Esta central experimental, ubicada en el mar de Barentz, con una capacidad de 400KW, fue la segunda de esta clase en el mundo. Se empleó un método empleado en Rance: cada módulo de la casa de máquinas, incluídos los turbogeneradores, se fabricaron en tierra y se llevaron flotando hasta el lugar elegido y se hundieron en el lecho previamente elegido y preparado. Se puso en marcha en 1968 y envío electricidad a la red nacional.

    El único problema es el elevado costo inicial por KW de capacidad instalada, pero se deberá tener en cuenta que no requiere combustible, no contamina la atmósfera y su vida útil se calcula un siglo.

    Por todo ello, sería interesante retomar el estudio de éstas y otras energías renovables no convencionales para asegurar un futuro predecible.

Características de la energía mareomotriz

    La explotación de la energía potencial correspondiente a la sobreelevación del nivel del mar aparece en teoría como muy simple: se construye un dique cerrando una bahía, estuario o golfo aislándolo del mar exterior, se colocan en él los equipos adecuados (turbinas, generadores, esclusas) y luego, aprovechando el desnivel que se producirá como consecuencia de la marea, se genera energía entre el embalse así formado y el mar exterior.

    Esta energía es, sin embargo, limitada; la potencia disipada por las mareas del globo terrestre es del orden de 3 TW, de los cuales sólo un tercio se pierde en mareas litorales. Además, para efectividad la explotación, la amplitud de marea debe ser superior a los 4 metros, y el sitio geográfico adecuado, lo que elimina prácticamente el 80% de la energía teóricamente disponible, dejando aprovechables unos 350 TW-hr por año (Bonefille, 1976).A modo de resumen se muestran la fig. 1 los proyectos al año 1982.

    Uno de los mayores inconvenientes en la utilización aparece precisamente debido a las características inherentes al fenómeno de las mareas. En efecto, como el nivel del mar varía (con un período del orden de 12 has. 30 min. en las

zonas apuntadas), a menos que se tomen las precauciones necesarias, la caída disponible (y la potencia asociada) varían de la misma forma, y por lo tanto se anulan dos veces por día. Además, la marea sigue el ritmo de la luna y no del sol, de manera que hay un retardo diario de 30 min., en las horas en que dichas energía está disponible. Los esquemas teóricos diseñados para salvar esta dificultad resultan antieconómicos y actualmente el problema solo se puede resolver con regulación externa o interconexión.

Como contrapartida, un análisis del promedio de amplitudes demuestra que, a los fines prácticos que se persiguen, el mismo puede considerarse constante a lo largo del año e incluso con el transcurso de los mismos (investigadores franceses y rusos señalan diferencias de 4 al 5% en 18 años ); desapareciendo el riesgo de los períodos de sequía, característicos de las centrales hidroeléctricas.

Futuro de la energía mareomotriz

    Los avances actuales de la técnica , el acelerado crecimiento de la demanda energética mundial , y el siempre latente incremento en el precio de los combustibles son factores primordiales que achican cada vez más la brecha entre los costos de generación mareomotriz y los de las fuentes convencionales de energía. Así lo entienden países como Canadá e Inglaterra, donde se incorpora la misma a los planes energéticos como solución a medianos plazos en el proceso de sustitución de plantas termales.

Respecto a la forma de funcionamiento y construcción de las plantas, actualmente se aceptan ciertas premisas básicas como por ejemplo:

Se asume el sistema de embalse único y simple efecto como el más apropiado desde el punto de vista económico.En lo que hace al diseño constructivo , se adopta en la mayor parte de la obra el uso de cajones prefabricados (caissons) incluso en reemplazo de los diques complementarios de relleno (éstos se reservan solamente para las zonas intertidales).La importancia de la organización constructiva se hace evidente en la necesidad de reducir el tiempo de cierre y aceleración de este modo el instante de puesta en marcha. Para ello , se cree conveniente colocar las turbomáquinas con posterioridad al cierre de la obra.Las turbinas Bulbo y strafflo se usan indistintamente para los estudios comparativos de costos, aunque este último tipo reduce en un 20% el peso muerto (hormigón y balasto) de la obra civil. Sin embargo , todavía no hay en el mercado unidades Strafflo de gran diámetro suficientemente probadas. En Annapolis Royal (Canadá),se puso en funcionamiento una unidad experimental (d= 7.6 m.) que servirá para testear las características de funcionamiento en condiciones reales (whitaker,1982).La forma de regulación más conveniente es la incorporación de la producción a sistemas o redes de interconexión (cuya capacidad debe ser por lo menos 10 veces superior a la magnitud de la usina) ; o en su defecto una conexión

optimizada con centrales de acumulación por bombeo (Gibson y Wilson, 1979) o hidroeléctrica (Bernshtein, 1965, Godin, 1974).

    Una de las ventajas más importantes de estas centrales es que tienen las características principales de cualquier central hidroeléctrica convencional, permitiendo responder en forma rápida y eficiente a las fluctuaciones de carga del sistema interconectado, generando energía libre de contaminación , externa de variaciones estacionales o anuales, a un costo de mantenimiento bajo y con una vida útil prácticamente ilimitada.

    Dentro de las desventajas se encuentran: la necesidad de una alta inversión inicial (por otra parte características de cualquier obra de explotación energética ) sumado al suministro intermitente, variable y desfasado de los bloques de energía.

LOS COMBUSTIBLES DE BIOMASA Y EL FUTURO

Los combustibles fósiles, el petróleo, el carbón y el gas contribuyen de manera muy importante al calentamiento del planeta, que constituye un riesgo múltiple para la agricultura y otras actividades humanas. Además, los expertos afirman que las reservas de combustibles fósiles sólo durarán otros 40 o 50 años. Estos dos hechos por sí solos hacen la investigación en materia de fuentes sustitutivas de energía más apremiante que nunca. El Coordinador de Energía de la FAO, Sr. Gustavo Best, habló de los combustibles de biomasa y de otras fuentes de energía.

Qué relación hay entre los asuntos de la energía y el cambio climático?

El cambio climático está muy íntimamente ligado a las pautas de utilización de la energía. La primera forma de reducir el cambio climático es modificar las fuentes de energía que utilizamos y es aquí donde vienen al caso los energéticos renovables y la energía de biomasa en particular. Esta es la única fuente de energía por completo neutra en CO2 , lo que quiere decir que no hace aumentar el bióxido de carbono en la atmósfera.

¿Qué son los combustibles de biomasa?

Hay muchas clases distintas de combustibles de biomasa, desde la leña tradicional utilizada muy ineficientemente para cocinar, hasta los combustibles biológicos modernos muy complejos producidos a partir de biomasa cultivada con este fin. Los deshechos agrícolas –como los residuos de origen animal- también pueden ser combustibles de biomasa. En algunos países europeos, como Alemania, Francia y Holanda, los residuos animales se están convirtiendo en un problema para el medio ambiente. Pero pueden utilizarse para producir energía a través de un proceso de fermentación. En China han estado utilizando esta tecnología desde hace más de 20 años. Actualmente tienen 10 millones de digestores de biogas que aprovechan los residuos animales.

¿Qué clase de vegetales se utilizan como combustibles de biomasa?

Pueden ser variedades de árboles de crecimiento rápido, cereales, aceites vegetales, residuos agrícolas o, como en el caso de Brasil, la caña de azúcar.

¿Puede ofrecer algunos ejemplos de utilización actual de los combustibles de biomasa?

Con la caña de azúcar, ya sea el azúcar o el bagazo se pueden aprovechar como fuente de energía. El bagazo es lo que queda una vez exprimida la caña, y resulta muy útil como combustible, forraje y material para construcción. Los ingenios azucareros utilizan el bagazo como fuente de energía, para obtener calor durante el proceso de elaboración del azúcar. La tecnología moderna permitiría aprovechar el bagazo con mucha más eficiencia, de modo que sobra mucho que se puede utilizar para generar electricidad mediante una central normal de combustión y generación de energía.

Imaginemos un ingenio azucarero que utilice calor para producir azúcar, pero que también proporcione fuerza a la red de energía eléctrica de la ciudad. Así, una industria productora de alimentos se convierte también en industria productora de energía. En muchos países ya se está haciendo. Brasil es famoso por aprovechar parte de los productos del azúcar para producir alcohol que se utiliza en los automóviles. Tienen seis millones de coches que funcionan a partir de una mezcla de 25 por ciento de alcohol en la gasolina. Esto tiene la ventaja de que reduce la contaminación y además no se requiere utilizar plomo, de modo que se obtiene una gasolina sin plomo.

Así pues, hay diferentes formas de elaborar los combustibles de biomasa: por combustión, destilación, gasificación, fermentación y pirólisis. Y existe una enorme variedad de combustibles de biomasa. Es evidente que nuestro principal interés respecto al cambio climático es tratar de fomentar el uso general de energía de biomasa porque es una de las principales formas de reducir las emisiones de bióxido de carbono.

¿Qué ventajas tienen en comparación con otras formas de energía? (combustibles de origen fósil, la energía solar, eólica...)

Respecto a los combustibles fósiles, la mayor ventaja es que son neutros en CO2  y que son renovables. Los combustibles fósiles sólo van a durar otros 40 o 50 años. El problema del cambio climático es que vamos a llegar al máximo de las emisiones en los siguientes 10 o 20 años, pero su efecto va a durar más tiempo. Pero la siguiente generación verá el fin de los combustibles de origen fósil.

La energía solar y la energía eólica tienen ciertas limitaciones respecto al tipo de fuerza que producen, es decir: electricidad, fuerza mecánica o calor. Con los combustibles de biomasa es posible obtener una gran variedad. Se pueden utilizar los combustibles de biomasa para producir un gas que se puede quemar, o para

producir un líquido que se puede almacenar en tanques y surtir con bombas, o se puede utilizar la biomasa para producir algo semejante al carbón que se coloca en costales y se exporta. Es un combustible versátil tanto en su comercialización como en su aprovechamiento final. Además, los combustibles de biomasa probablemente sean el único combustible primario que pueda sustituir a la gasolina para el transporte.

Es evidente entonces que, desde el punto de vista del cambio climático, es fundamental cultivar biomasa que absorbe el bióxido de carbono de la atmósfera y lo vuelve a liberar una vez quemado. Para la FAO, una de las cosas importantes de la energía de biomasa es que genera empleos. Es una forma de crear infraestructura rural, abre nuevas oportunidades. También tiene un gran potencial para rehabilitar tierras degradadas. Para cualquier tierra degradada, se puede encontrar algún tipo de cultivo que regenere la zona, y ese vegetal, si se utiliza para obtener energía, tiene un valor agregado. Hace económicamente posible la bonificación de tierras.

Algo importante que debe salir de esta reunión sobre cambio climático que se está llevando a cabo en Kyoto, es que el petróleo debería hacerse relativamente más costoso, tanto desde el punto de vista económico como del político.

¿Existen limitaciones para la utilización de los combustibles de biomasa?

Las limitaciones son técnicas, la disponibilidad de tierras y que no haya competencia con los alimentos, así como los precios. Hace falta evaluar la producción de energía de biomasa con mucha atención de modo que no compita con la producción de alimentos, que evidentemente es prioritaria. Pero se ha demostrado en muchos casos que la producción combinada de energía y alimentos es una ventaja, porque al mejorar la situación económica y la infraestructura, se beneficia la producción de alimentos.

Desde el punto de vista tecnológico creo que ya estamos listos. La principal limitación para el uso de los combustibles de biomasa es el precio. El programa de precios de la energía en el mundo necesita revisarse porque no hay forma de que el Convenio sobre el Cambio Climático pueda aplicarse con los precios actuales del petróleo. En las condiciones de hoy, los combustibles de petróleo son muy baratos y muchos de estos recursos renovables no pueden competir con ellos. El petróleo hoy es más barato que hace diez años a precios constantes. Tiene que haber una especie de acuerdo de que el precio es falso. No toma en cuenta el costo del ciclo entero. Si se toman en cuenta los costos de exploración, extracción, refinación, y los daños al medio ambiente, y se comparan con el costo de los combustibles de biomasa, estos resultan mucho más interesantes. El costo de limpiar la atmósfera va a ser mucho más alto que ayudar a que los combustibles de biomasa entraran ahora al mercado. Estamos hablando de una plataforma de precios inocua para el medio ambiente.

¿De modo que se percibe un futuro en el que los combustibles de biomasa serían una importante fuente de energía?

Serán una de las principales fuentes de energía. Creo que en el futuro habrá una variedad de combustibles, de fuentes de energía: la de biomasa, la energía solar, la eólica, la geotérmica, el océano. La energía oceánica se utiliza de tres formas: las mareas, las olas y la tercera es aprovechar la diferencia de temperatura entre la superficie y el fondo del agua, que puede ser de 10°C. Con eso se puede mover una turbina.

Muchos de estos sistemas se utilizarán para generar hidrógeno, uno de los combustibles más importantes para obtener energía en el futuro, pero que no existe puro en la naturaleza. Hace falta calor o electricidad para producirlo. La electricidad puede ser de origen solar, de biomasa o eólica. Se puede utilizar para el transporte, entre otras cosas. Ya existe un prototipo de automóvil que utiliza hidrógeno. Es cuestión de que avancen la investigación y la tecnología, de que la sociedad quiera estos productos y de que se creen las condiciones para que ingresen en el mercado. Para crear dichas condiciones la herramienta principal es el precio. Luego será por pura necesidad, porque se agotarán los combustibles fósiles. Cada vez se hablará más de energía solar porque en sentido estricto, la energía de biomasa, la eólica o la oceánica son de origen solar. También se hablará de bionergía, biowatts, energía verde y biocombustibles cada vez más.

La entrevista referida fue publicada originalmente en Noticias de la FAO

COMBUSTIBLES LEÑOSOS Y ENERGIA DE BIOMASA: DEL HOGAR A LA INDUSTRIA

BOSQUES Y CULTIVO DE BIOMASA EN EL FUTURO ENERGIA PARA LA INDUSTRIA Y EL TRANSPORTE LA SITUACION ACTUAL CULTIVO VERSUS PLANTACION FORESTAL CONCLUSION

Bosques y cultivo de biomasa en el futuro Energia para la industria y el transporte

El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (Boletin al 1995) ha llegado a la conclusión de que las emisiones producidas por las actividades humanas han aumentado sustancialmente la concentración atmosférica de gases termoactivos, lo que implica que la sensibilidad de la temperatura superficial duplicando el CO2 está probablemente fuera del rango 1,0C a 3,5C. Considerando que desde 7,1 1,1 GtC/año, emitido en el período 1980/89, la combustión de combustibles fósiles contribuyó con 5,5 0,5 y que los usos de la tierra contribuyeron con 1,6 1.0 GtC, es obvio que el recorte de las emisiones de CO2 requiere una reducción de esas cifras (Bolin et al 1995).

Los combustibles derivados de la biomasa sostenible tienen el mérito de reemplazar los combustibles fósiles sin ninguna emisión neta de CO2, aparte de la energía consumida a través del uso de combustibles fósiles en las fases agrícola e industrial de la preparación de biocombustible. Para muchos biocombustibles, la cantidad de energía de combustibles fósíles requerida en su procesamiento es baja ( 10 a 20 %) comparada con la energía contenida en el biocombustible, de lo que resulta una alternativa para cubrir la demanda humana de combustibles mientras se desaceleran las emisiones de CO2 (Turbollow & Perlack 1991).

La situación futura de los bosques podría ser algo diferente del escenario descrito más arriba, si las prácticas de gestión forestal se usaran extensivamente. Estas prácticas, que implican la conservación, almacenamiento y gestión para la sustitución de los bosques, pueden promoverse frente a la necesidad de reducir la emisión de gases termoactivos, mientras se induce el buen sentido social, económico y ecológico.

'La gestión de la conservación puede obtenerse controlando la desforestación y llevando a cabo la protección y conservación de los bosques. Actualmente, son deforestadas 15,4 millones de hectáreas por año, la mayor parte de ellas en países tropicales, y algunos países (vg. Brasil, India y Tailandia) se están mostrando capaces de reducir esa cifra (Solomon et al 1996). En años recientes ha habido una significativa expansión de las "áreas protegidas" en bosques naturales y secundarios para la conservación de la biodiversidad, y la producción de madera y leña sostenibles. Un buen ejemplo de gestión conservacionista es la experiencia en Burkina Faso, donde 200 000 hectáreas de bosques naturales están bajo la gestión racional de la población rural desde 1986, suministrando entre el 20 y 25 % (200 000 m3 /año) de la demanda de leña de Ougadougou, con una expectativa de crecimiento de la demanda en la ciudad del 40 al 50 % en 1988 (Thiam 1997).

La gestión del almacenamiento implica incrementar el monto de carbono almacenado en la vegetación (biomasa viva, por encima y por debajo) en el suelo (detritus, madera muerta, suelo mineral) y de productos madereros sostenibles. Esto puede lograrse mediante la protección de los bosques secundarios y otros bosques degradados, cuyas densidades de C en la biomasa y en el suelo son inferiores a su valor máximo, permitiendo así retener C por la regeneración natural o artificial y el enriquecimiento del suelo. Otros enfoques son el establecimiento de plantaciones sobre tierras no forestales: promover la regeneración natural o asistida en los bosques secundarios e incrementar la cubierta forestal sobre tierras agrícolas o de pastura para la protección ambiental y las necesidades locales. En algunos países del Este de Europa, esto ocurre naturalmente, debido al excedente de tierras agrícolas. En Estonia, el aliso gris crece en áreas de tierras agrícolas abandonadas (Tullus et al 1997). El área total de las tierras agrícolas abandonadas se estima en 200 000/300 000 hectáreas (Muiste et al 1997) y una posibilidad contemplada es utilizar los bosques existentes de especies de crecimiento rápido (alisos) en lugar de establecer nuevas plantaciones (Muiste et al 1997).

En estos proyectos de retención de carbono, si la producción de biomasa fuera considerada como un sumidero, el monto total de carbono almacenado por hectárea debería ser superior al nivel de carbono almacenado en la vegetación previamente existente sobre esa tierra. La magnitud del sumidero de carbono depende del nivel de la vegetación presente en la tierra y de la perspectiva temporal de la vegetación de nueva plantación (vg. rotación de la plantación y tiempo durante el cual la tierra será usada para la producción de energía) (Marland & Marland 1992). El incremento de la rotación y de la productividad dará como resultado un nivel medio superior de carbono en pie (Wood & Hall 1994). Sin embargo, a los fines de producción de energía, la rotación óptima puede ser acortada, puesto que la tasa de crecimiento de los árboles disminuye después de una cierta edad, reduciendo así la productividad y el retorno económico.

La gestión de sustitución considera los bosques como recursos renovables. Se centra en la tasa de retención de C o en la transferencia de C de biomasa hacia productos que sustituyen o aminoran el uso de combustibles fósiles, en lugar de aumentar la reserva de C en sí misma (Grainger 1990, Mixon et al 1994). Este enfoque implica extender el uso del bosque para obtener productos madereros y combustibles, ya sea estableciendo nuevos bosques o plantaciones o haciendo aumentar el crecimiento de los bosques existentes a través de tratamientos silvícolas. Típicamente, cada hectárea de bosque almacena aproximadamente 100t de C en toda su biomasa viva y otras 100t de C en detritus, madera muerta y suelo hasta 1 m. de profundidad, a una ratio de acumulación total de C de 1 a 5t/ha/año (Nabuurs & Mohren 1993). Cuando los bosques son usados para producir madera aserrada, contrachapada u otros productos madereros industriales, el C puede ser retenido por largos períodos. Asimismo, la producción de productos madereros es mucho menos intensiva en energía que la producción de productos alternativos, como acero, aluminio y concreto, y puede obtenerse un gran retorno de energía sobre las inversiones en productos madereros. Durante períodos largos, el desplazamiento de combustibles fósiles, ya sea directamente o a través de la producción de productos madereros de baja intensidad en energía, será probablemente más eficaz en la reducción de emisiones de C que el almacenamiento físico de C en el bosque o en productos forestales.

Por tanto, los beneficios de la retención de C pueden ser comparados con esas sustituciones de C en la selección de la rotación óptima. El beneficio más claro, en términos de retención de C, se obtendría si la plantación se hiciera en un desierto con un stock en pie de cerca de 0 tC/ha. Tanto los niveles de C por encima y por debajo del suelo deberían aumentar, comparados con el nivel existente. Sin embargo, si el stock en pie de la vegetación previa fuera mayor que la de nueva plantación, podría resultar una reducción neta en los niveles de C en pie. Sólo si la biomasa de plantación fuera usada como sustituto de combustibles sólidos, se produciría después de un cierto período de tiempo una reducción neta de emisión atmosférica de CO2.

Algunos estudios (Nilsson & Schopfhauser 1995, Trexler & Haugen 1995) evalúan la cantidad de tierra que probablemente estará disponible, las tasas viables de

plantación, las tasas de crecimiento y la rotación. En los países de latitudes altas y medias, se dispondrá de 215 millones de hectáreas, y de 130 millones en los países tropicales. Esta última cifra es sólo el 6 % de la tierra conveniente (2 228 millones de hectáreas) en razón de problemas culturales, sociales y económicos añadidos. La superficie total disponible es de 345 millones de hectáreas. Otro estudio (Winjum et al 1992) estima una superficie de 375 a 750 millones de hectáreas para las mismas prácticas forestales. No sólo está disponible la tierra, sino que no resulta irrealista la tasa de plantación de aproximadamente 10 millones de ha/año, necesaria para cubrir el área con la rotación calculada. La tasa de plantación que se asume para Sudamérica, de 0,18 Mha/año (Nilsson & Schopfhauser 1995) está muy por debajo de la forestación anual llevada a cabo sólo en Brasil durante los años 70 y 80, cuando existían incentivos financieros para ello. Para los países de altitud moderada, la tasa de plantación también es modesta, comparada con las actividades actualmente planeadas en algunos países. En Turquía, el plan del gobierno considera la forestación de aproximadamente 0,06 Mha/año hasta el 2000 (Turker & Kaygusuz 1997). Este nivel de actividad energética de los bosques ya ha sido alcanzado durante los años 80 (Saraçoglu & Durkaya 1997).

Gracias a los 345 millones de hectáreas de plantación y agrosilvicultura, más los 138 millones de hectáreas ganadas a la desforestación tropical y los 217 millones de hectáreas de regeneración natural y asistida del bosque tropical, puede disponerse globalmente de 700 millones de hectáreas de tierra para la conservación y retención de C, abatiendo 60 a 87 GtC hasta el año 2050. Lo que equivale al 12 o 13 % de la emisión total de combustibles fósiles sobre el mismo período.

FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD

POR FRICCIÓN

Una carga eléctrica se produce cuando se frotan uno con otro dos pedazos de ciertos materiales; por ejemplo, se da y una varilla de vidrio, o cuando se peina el cabello.

Estas cargas reciben el nombre de electricidad estática, la cual se produce cuando un material transfiere sus electrones a otro.

Esto es algo que aun no se entiende perfectamente. Pero una teoría dice que en la superficie se un material existen muchos átomos que no pueden combinarse con otros en la misma forma en que lo hacen, cuando están dentro del material; por lo tanto, los átomos superficiales contienen algunos electrones libres, esta es la razón por la cual os aisladores, por ejemplo vidrio, caucho, pueden producir cargas de electricidad estática. La energía calorífica producida por la fricción del frotamiento se imparte a los átomos superficiales que entonces liberan los electrones, a esto se le conoce como efecto triboeléctrico.

POR REACCIONES QUÍMICAS

Las substancias químicas pueden combinarse con ciertos metales para iniciar una actividad química en la cual habrá transferencia de electrones produciéndose cargas eléctricas.

El proceso se basa en el principio de la electroquímica. Un ejemplo es la pila húmeda básica. Cuando en un recipiente de cristal se mezcla acido sulfúrico con agua (para formar un electrolito) el acido sulfúrico se separa en componentes químicos de hidrogeno (H) y sulfato (SO4), pero debido a la naturaleza de la acción química, los átomos de hidrógeno son iones positivos (H+) y (SO4-2). El número de cargas positivas y negativas son iguales, de manera que toda la solución tiene una carga neta nula. Luego, cuando se introducen en la solución barras de cobre y zinc, estas reaccionan con ella.

El zinc se combina con los átomos de sulfato; y puesto que esos átomos son negativos, la barra de zinc transmite iones de zinc positivos (Zn+); los electrones procedentes de los iones de zinc quedan en la masa de zinc, de manera que la barra de zinc tiene un exceso de electrones, o sea una carga negativa. Los iones de zinc se combina con los iones de sulfato y los neutralizan, de manera que ahora la solución tiene mas cargas positivas. Los iones positivos de hidrogeno atraen a electrones libres de la barra de cobre para neutralizar nuevamente la solución. Pero ahora la barra de cobre tiene una deficiencia de electrones por lo que presenta una carga positiva.

POR PRESIÓN

Cuando se aplica presión a algunos materiales, la fuerza de la presión pasa a través del material a sus átomos, desalojando los electrones de sus orbitas y empujándolos en la misma dirección que tiene la fuerza. Estos huyen de un lado del material y se acumulan en el lado opuesto. Así cesa la presión, los electrones regresan a sus órbitas. Los materiales se cortan en determinad formas para facilitar el control de las superficies que habrán de cargarse; algunos materiales reaccionaran a una presión de flexión en tanto que otros responderán a una presión de torsión.

Piezoelectricidad es el nombre que se da a las cargas eléctricas producidas por el efecto de la presión.

El efecto es más notable en los cristales, por ejemplo sales de Rochelle y ciertas cerámicas como el titanato de bario.

POR CALOR

Debido a que algunos materiales liberan fácilmente sus electrones y otros materiales los acepta, puede haber transferencia de electrones, cuando se ponen en contacto dos metales distintos, por ejemplo: Con metales particularmente activos, la energía calorífica del ambiente a temperatura normal es suficiente para que estos metales liberen electrones. Los electrones saldrán de los átomos de cobre y pasaran al átomo de cinc. Así pues, el cinc adquiere un exceso de electrones por lo que se carga negativamente. El cobre, después de perder electrones tiene una carga positiva. Sin embargo, las cargas originadas a la

temperatura ambiente son pequeñas, debido a que no hay suficiente energía calorífica para liberar más que unos cuantos electrones. Pero si se aplica calor a la unión de los dos metales para suministrar más energía, liberaran mas electrones. Este método es llamado termoelectricidad. Mientras mayor sea el calor que se aplique, mayor será la carga que se forme. Cuando se retira la fuente de calor, los metales se enfrían y las cargas se disparan.

POR LUZ

La luz en sí misma es una forma de energía y muchos científicos la consideran formada por pequeños paquetes de energía llamados fotones. Cuando los fotones de un rayo luminoso inciden sobre un material, liberan energía. En algunos materiales la energía procedente de los fotones puede ocasionar la liberación de algunos electrones de los átomos. Materiales tales como potasio, sodio, cesio, litio, selenio, germanio, cadmio y sulfuro de plomo, reaccionan a la luz en esta forma. El efecto fotoeléctrico se puede usar de tres maneras:

1.-Fotoemisión: La energía fotónica de un rayo de la luz puede causar la liberación de electrones de la superficie de un cuerpo que se encuentran en un tubo al vació. Entonces una placa recoge estos electrones.

2.-Fotovoltaica: La energía luminosa que se aplica sobre una de dos placas unidas, produce la transmisión de electrones de una placa a otra. Entonces las placas adquieren cargas opuestas en la misma forma que una batería.

3.-Fotoconducción.- La energía luminosa aplicada a algunos materiales que normalmente son malos conductores, causa la liberación de electrones en los metales, de manera que estos se vuelven mejores conductores.

POR MAGNETISMO

Todos conocemos los imanes, y los han manejado alguna que otra vez. Por lo tanto, podrá haber observado que, en algunos casos, los imanes se atraen y en otro caso se repelen. La razón es que los imanes tienen campos de fuerza que actúan uno sobre el otro recíprocamente.

La fuerza de un campo magnético también se puede usar para desplazar electrones. Este fenómeno recibe el nombre de magnetoelectricidad; a base de este un generador produce electricidad. Cuando un buen conductor, por ejemplo, el cobre se hace pasar a través de un campo magnético, la fuerza del campo suministrara la energía necesaria para que los átomos de cobre liberen sus electrones de valencia. Todos los electrones se moverán en cierta dirección, dependiendo de la forma en que el conductor cruce el campo magnético, el mismo efecto, se obtendrá si se hace pasar el campo a lo largo del conductor. El único requisito es que haya un movimiento relativo entre cualquier conductor y un campo magnético.

TIPOS DE ENERGIA

La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tiene los

cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc …

Para obtener Energía se tendrá que partir de algún cuerpo que la tenga y pueda

experimentar una transformación. A estos cuerpos se les llama FUENTES DE

ENERGÍA.

De una forma más amplia se llama fuente de energía a todo fenómeno natural,

artificial o yacimiento que puede suministrarnos energía.

Las cantidades disponibles de energía de estas fuentes, es lo que se conoce

como RECURSO ENERGÉTICO.

La Tierra posee cantidades enormes de estos recursos. Sin embargo uno de los

problemas que tiene planteada la humanidad es la obtención y transformación de

los mismos.

Energías renovables: El término, energía renovable, engloba una serie de

fuentes de energía que en teoría no se agotarían con el paso del tiempo.

Estas fuentes serían una alternativa a las otras llamadas convencionales

(no renovables) y producirían un impacto ambiental mínimo.

-Energía Biomasa

-Energía Solar Térmica

-Energía Solar Fotovoltáica

-Energía Hidráulica

-Energía Eólica

-Energía Geotérmica

Energías No renovables: son aquellas que existen en una cantidad limitada

y que una vez empleada en su totalidad no puede sustituirse, ya que no

existe sistema de producción o la producción es demasiado pequeña para

resultar útil a corto plazo.

-Petróleo

-Carbón

-Gas natural

-Nuclear

TRANSFORMACION DE LA ENERGIA DE PRIMARIA A SECUNDARIA.

REFINACIÓN DEL PETRÓLEO: La función de una refinería es transformar

el petróleo en productos derivados que satisfagan la demanda en calidad

y cantidad. Cabe destacar que tal demanda es variable con el tiempo,

tanto en el volumen total de derivados como en su estructura por

productos.

La refinación del petróleo en la primera etapa consiste en la destilación primaría, a

presión atmosférica, en la cual se separan las moléculas del petróleo, según la

complejidad y peso de las mismas. Para destilar el petróleo crudo procedente de

los yacimientos se le hace circular por haces de tubos dispuestos en forma de

serpentín, colocados en un horno de pared refractarias. El producto alcanza los

300 – 400 °C y comienza a destilar; sus moléculas ascienden a lo largo de una

alta torre de fraccionamiento, teniendo los gases más ligeros a subir hasta el

extremo superior de la torre y los más pesados a condensarse a diferentes alturas.

Esto constituye el fraccionamiento de los hidrocarburos que componen el petróleo.

Las temperaturas de la torre de fraccionamiento son más elevadas en la parte

inferior que en la superior; en el interior de la torre hay un gradiente térmico. Los

hidrocarburos más volátiles y ligeros, de punto de ebullición bajo, se condensan en

los platillos superiores a una temperatura de 37 – 38 °C aproximadamente; la

gasolina se licua o condensa en los platillos cuya temperatura esta comprendida

entre 70 y 140 °C. Los productos residuales que no se evaporan se condensan y

recogen en el fondo de la torre. Cada uno de los productos condensados en la

destilación ulterior, antes de enviarlo al mercado para su consumo.

El residuo de la destilación primaria es calentado en un horno y la mezcla de

líquido y vapor que se forma se hace pasar por una columna. A diferentes niveles

de la columna existen conductos laterales enlazados a despojadores, en los

cuales los productos recogidos son enviados a la columna destiladora y

reenviados para extraer los componentes más ligeros. Cada uno de los productos

refinados constituye una fracción de aceite lubricante de la cual se obtienen,

mediante refinación, los aceites lubricantes acabados. El producto no evaporado

en el horno se recoge en el fondo de la columna y puede ser usado como asfalto.

Las fracciones más ligeras salen por la parte más alta de la columna en forma de

vapor u pasan a través de un condensador o enfriador.

La producción de gasolina, éter de petróleo, aceite o esencia de diesel, etc., que

se separan en la destilación fraccionada de los petróleos varían según su tipo y,

por lo general, constituyen por sí mismos fracciones reducidas del producto

destilado (el 20 por 100 en el caso de la gasolina); y como la demanda de algunos

de estos productos en el mercado es continua y considerable, los técnicos han

tenido que estudiar la forma de aumentar el rendimiento de cada derivado acorde

con la demanda. Un método es el cracking o craqueo que consiste en el

rompimiento de las moléculas complejas para obtener otras de peso molecular

menor y más sencillas.

En el proceso de desintegración térmica, el residuo proveniente de la destilación

primaria del petróleo crudo ligero es sometido a alta temperatura y presión para

convertir parte del aceite pesado en productos ligeros de más valor, como gasolina

y gas-oil. La desintegración térmica se denomina también reformación térmica de

la gasolina.

Otro proceso empleado es la desintegración catalítica para convertir destilados

pesados en gasolina de alta calidad, usando altas temperaturas y un catalizador.

El catalizador promueve la reacción de conversión sin sufrir él mismo cambio

químico. La carga precalentada obtenida de la destilación al vacío se descompone

en parte al entrar en contacto con un torrente de catalizador caliente proveniente

del regenerador. Los vapores de hidrocarburos arrastran el catalizador hacia el

reactor, en el que continúan las reacciones de desintegración; el catalizador se

separa de los vapores y se va al fondo. Durante el proceso, los depósitos de

carbón que se forman sobre el catalizador disminuyen se eficiencia; por lo tanto, el

catalizador “usado” es transferido por una corriente de aire hasta el regenerador,

donde se quema el barbón. Desde la parte superior del reactor los vapores pasan

a la columna de fraccionamiento. Las fracciones pesadas que todavía contienen

trazas de catalizador descienden al fondo de la columna y pasan a un separador,

donde es separado el aceite. La mezcla de aceite y catalizador que queda se

manda continuamente al reactor junto con la carga fresca. Las ventajas principales

del proceso de desintegración catalítica sobre el proceso térmico son su mayor

rendimiento en gasolina y mejor calidad.

GENERACIÓN TERMOELÉCTRICA:

El suministro de energía eléctrica tiene características específicas que los

diferencian del suministro de otras energías secundarias como son, por ejemplo,

los productos petrolíferos o el gas. La energía eléctrica no puede almacenarse

económicamente en cantidades significativas, por lo que la potencia eléctrica

generada debe ser igual en cada instante a la potencia demandada por los

consumidores, más las pérdidas del sistema. Esa demanda está modulada por las

actividades humanas en el lugar de servicio y presenta variaciones muy amplias,

siguiendo los ritmos de trabajo diarios, semanales y anuales, además de la

influencia de los cambios estacionales. Para mantener la continuidad del servicio

se ha recurrido a la interconexión de las plantas generadoras de electricidad

mediante la extensión del sistema de transmisión de alta tensión.

La tecnología más empleada en México es la generación termoeléctrica. El

generador de vapor transforma la energía térmica, la cual es aprovechada para

llevar el agua ala fase de vapor. Este vapor, ya sobrecalentado, se conduce a la

turbina, donde su energía cinética se convierte en mecánica, misma que se

transmite al generador para producir energía eléctrica. Este tipo de centrales

puede utilizar como fuente de energía primaria combustóleo o gas natural. En la

actualidad en el país se utiliza básicamente combustóleo.

Otra tecnología para la generación de energía eléctrica son las unidades de

turbogas; el aire se comprime antes de llegar a la cámara de combustión, donde

se mezcla el combustible con el aire. De ello resultan gases de combustión

calientes que, al expandirse, hacen girar la turbina. El generador acoplado a la

turbina de gas transforma esta energía mecánica en energía eléctrica. Los gases

desechados poseen un importante contenido energético, que se utiliza para

calentar agua llevándola a la fase de vapor, que se aprovecha para generar

energía eléctrica, siguiendo un proceso semejante al descrito para las plantas

convencionales.

Por su parte, la tecnología de las centrales diesel sigue el principio de los motores

de combustión interna, en donde se aprovecha la expansión de los gases de

combustión para obtener la energía mecánica, la cual a su vez es transformada en

energía eléctrica en el generador. Actualmente, este tipo de motores consume una

mezcla de combustóleo y diesel.

Finalmente, las centrales carboeléctricas no difieren en cuanto a su concepción

básica de las termoeléctricas convencionales; el único cambio importante es el

uso del carbón como energético primario. En la práctica, el carbón y sus residuos

de la combustión requieren de un manejo más complejo que los combustibles

líquidos o gaseosos utilizados en termoeléctricas convencionales.

GENERACIÓN NUCLEAR:

Existen muchos tipos de reactores nucleares, sin embargo, en la actualidad, los

principales son: PWR (Pressurized Water Reactor: Reactor de Agua a Presión);

BWR (Boiling Water Reactor: Reactor de Agua Hirviendo); PHWR (Pressurized

Heavy Water Reactor: Reactor de Agua Pesada a Presión); HTGR (High

Temperature Gas-cooled Reactor: Reactor de Alta Temperatura Enfriado por Gas).

El reactor de agua a presión PWR, es un reactor que utiliza como moderador de

agua ligera y requiere que el combustible sea uranio enriquecido. El agua ligera

funciona no solamente como moderador sino también como refrigerante, por lo

cual circula continuamente a través del núcleo, como refrigerante, por lo cual

circula, continuamente a través del núcleo, extrayendo el calor generado en las

fisiones y transfiriéndolo al generador de vapor. En el caso de este reactor, el agua

se mantiene a una presión elevada para que no se pueda evaporar, de manera

que en todo el circuito primario nunca hay vapor. Es solamente en el circuito

secundario en donde se produce el vapor. El núcleo de este reactor está contenido

en un gran recipiente llamado vasija de presión, que contiene al núcleo y forma

parte del circuito primario de circulación de agua. Para hacer las recargas de

combustible es necesario detener el reactor y destapar la parte superior de la

vasija. Esta operación se realiza, generalmente, una ves al año.

El reactor de agua en ebullición BWR es similar al PWR, excepto que el agua

(moderador y refrigerante) está a una presión menor que en el PWR,

permitiéndole evaporarse el pasar por el núcleo. Esto es, el agua está hirviendo en

el núcleo, generando directamente el vapor, sin requerir un circuito secundario. El

uranio está enriquecido al 2.7%; el núcleo es bastante mayor que el del PWR, en

consecuencia; también su vasija de presión es mayor. En esta clasificación caen

los dos reactores de la planta nucleoeléctrica de Laguna Verde.

El reactor tipo CANDU utiliza como combustible uranio natural. Esto es posible

porque el moderador empleado es agua pesada, mucho más eficiente que el agua

ligera. Este reactor no tiene el núcleo dentro de una vasija de presión sino que el

combustible está alojado en unos tubos llamados tubos de presión que atraviesan

una vasija llamada calandria y que es la que sirve como alojamiento al moderador.

El refrigerante, que también es agua pesada, circula a través de los tubos de

presión enfriando el combustible. Al igual que el caso PWR, el refrigerante no

hierve en el circuito primario, sino que se tiene un generador de vapor que

transfiere el calor al circuito secundario. La utilización de los tubos de presión tiene

como consecuencia el que se pueda recargar combustible sin necesidad de

apagar el reactor.

En el reactor de Alta Temperatura Enfriado por Gas, el refrigerante es un gas y su

moderador es grafito. Existen varias versiones de este tipo de reactor; no

obstante, en la versión comercial el refrigerante es helio, el cual circula de arriba

hacia abajo en el núcleo del reactor. Este diseño es de ciclo indirecto, ya que el

gas no mueve directamente a las turbinas, sino que pasa a un generador de

vapor. El combustible es uranio enriquecido. El contenedor es de concreto y no

requiere una vasija de presión.

Existe otro tipo de reactor nuclear que utiliza plutonio 239, por lo que no es

necesario moderara los neutrones, pues tal como son producidos en la fisión, o

sea, como neutrones rápidos, son capaces de producir la fisión. Además, si hay

bastantes neutrones, los que sobren de mantener la reacción en cadena se

utilizan en irradiar núcleos de U-238, los cuales sufren una serie de reacciones

que lo transforman en Pu-239. Al mismo tiempo que se está sosteniendo una

reacción en cadena utilizando Pu-239, sé esta transformando U-238 en nuevo

combustible Pu-239. Cabe mencionar que estos reactores son capaces de

producir más combustible físil del que consumen, por lo que se les conoce como

reactores rápidos de cría. Existen varios de tipo experimental en varios países: el

Phoenix (250 MW) en Francia desde 1973; el PFR (250 MW) en el Reino Unido

(1973) y el BN-350 Unión Soviética (150 MW) y que entró en operación en 1972.

Los reactores rápidos tienen problemas que aún no se han solucionado.

GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA:

El objeto principal de una instalación hidroeléctrica es transformar la energía

hidráulica de un río en eléctrica; para ello, se utilizan turbinas y generadores de

corriente alterna. La turbina es una máquina que transforma la energía de un fluido

en movimiento giratorio directamente y sin necesidad de órganos intermedios. La

velocidad que desarrolla una turbina hidráulica depende de la cantidad de agua y

de desnivel entre la superficie del agua y el plano de salida.

Las turbinas de acción modernas son del tipo Pelton y tienen la particularidad de

que el chorro que desemboca al aire libre llega al rodete tangencialmente, por lo

que son perdurables al eje de la turbina. Se utilizan en caídas hasta de 1 000

metros.

Las turbinas en hélice y Kaplan se utilizan en las centrales de salto pequeño

(hasta unos 70 metros), mientras que en los medianos, comprendidos entre 50 y

500 metros, se emplean las turbinas Francis, cuyos alabes modifican la velocidad

de las capas líquidas, tanto en dirección como en magnitud.

Para la utilización de la energía hidráulica de una corriente de agua es preciso

disponer de un salto de agua. Este salto puede ser natural o artificial. La altura del

salto dependerá esencialmente de las condiciones locales y constituye el

parámetro principal del proyecto de una central hidráulica. La altura en la unidad

de volumen de agua y por consiguiente, es interesante utilizar saltos del mayor

desnivel posible.

El segundo parámetro es al caudal de agua que también depende de las

condiciones locales pero, además, es esencialmente variable en función de la

época del año, debido a las precipitaciones atmosféricas de la cuenca hidrográfica

que alimenta la corriente de agua considerada. El caudal medio puede oscilar

entre algunos metros cúbicos por segundo (torrentes de montaña) y algunos

centenares o incluso millares de metros cúbicos por segundo en los grandes ríos.

GENERACIÓN GEOTERMOELÉCTRICA:

Este tipo de central opera con principios análogos a los de una termoeléctrica

convencional, excepto en la producción de vapor, que en este caso se extrae del

subsuelo, la mezcla agua-vapor que se tiene en el pozo se envía a un separador

de humedad; el vapor ya seco se conduce a la turbina, donde se transforma su

energía cinética en mecánica y ésta, a su vez, en electricidad en el generador.

Existen unidades de 5 MW en las que el vapor, una vez trabajado en la turbina, se

libera directamente a la atmósfera. En las unidades de 22.5, 37.5, 50 y 110 NW, el

vapor se envía a un condensador de contacto directo, en el cual se mezcla el

vapor de escape de la turbina con el agua de circulación; parte de este volumen se

envía a la torre de enfriamiento y el resto, junto con el proveniente del separador,

se reinyecta al subsuelo o bien es enviado a una laguna de evaporación.

ENERGÍA DE LA BIOMASA:

La conversión biológica de la biomasa en la desintegración enzimática, con

producción de energía mediante microorganismos en condiciones anaeróbicas.

Los principales métodos son la biometanización, que produce un gas combustible

compuesto de metano y dióxido de carbono; producción de etanol por

fermentación, para obtener un combustible líquido; despolimerización química o

enzimática de materiales lignocelulósicos para obtener lignina y azúcares simples.

La biometanización es un proceso común, debido a su amplia aplicación en el

tratamiento de aguas cloacales para estabilizar los sólidos sedimentables y

reaprovechar los nutrientes. El proceso funciona de manera óptima en el caso de

sustancias orgánicas con alto contenido de humedad. Por lo general, la cantidad

de metano producida es mayor que la de dióxido de carbono.

La conversión termoquímica de la biomasa emplea tecnologías como la

combustión directa para producir calor; la pirólisis para producir gas, líquidos

pirolíticos, productos químicos y carbón; la gasificación para producir gas de poder

energético intermedio o bajo, y la liquefacción para producir combustóleo pesado

o, mejorando el proceso, líquidos de punto de ebullición más bajo utilizados como

destilados, combustóleo liviano o gasolina.

La pirólisis es la descomposición térmica de materiales carbónicos en ausencia del

oxígeno, como la destilación seca de la madera para producir metanol, carbón

vegetal y gas de bajo poder energético.

Gasificación y liquefacción indirecta es la descomposición térmica del material

orgánico con ayuda de un gas auxiliar, como el aire, oxígeno o hidrógeno, a fin de

obtener únicamente productos finales gaseosos. Durante muchos años se ha

producido gas de bajo valor energético que se ha usado en motores de gas, en

generación de energía eléctrica y para fines industriales. Física: Fuentes de Energía

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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:

o Longitudo Perfilo Calajeo 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 .

1. Generadores

La energía eléctrica se produce en los aparatos llamados generadores o alternadores.

Un generador consta, en su forma más simple de:

o Una espira que gira impulsada por algún medio externo.

o Un campo magnético uniforme, creado por un imán, en el seno del cual gira la espira anterior.

A medida que la espira gira, el flujo magnético a través de ella cambia con el tiempo, induciéndose una fuerzaelectromotriz, y si existe un circuito externo, circulará una corriente eléctrica.

Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía (hidraúlica, térmica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada.

2. Central eléctrica

Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica.

Podemos considerar que el esquema de una central eléctrica es:

En general, la energía mecánica procede de la transformación de la energía potencial del agua almacenada en un embalse; de la energía térmica suministrada al agua mediante la combustión del carbón, gas natural, o fuel, o a través de la energía de fisión del uranio.

Para realizar la conversión de energía mecánica en eléctrica, se emplean unos generadores, más complicados que los que acabamos de ver en la pregunta anterior, que constan de dos piezas fundamentales:

o El estator: Armadura metálica, que permanece en reposo, cubierta en su interior por unos hilos de cobre, que forman diversos circuitos.

o El rotor: Está en el interior del estator y gira accionado por la turbina. Está formado en su parte interior por un eje, y en su parte más externa por unos circuitos, que se transforman en electroimanes cuando se les aplica una pequeña cantidad de corriente.

Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a la energía mecánica aplicada en las turbinas, se produce unas corrientes en los hilos de cobre del interior del estator. Estas corrientes proporcionan al generador la denominada fuerzaelectromotriz, capaz de producir energía eléctrica a cualquier sistema conectado a él.

1.

Como hemos visto la turbina es la encargada de mover el rotor del generador y producir la corriente eléctrica. La turbina a su vez es accionada por la energía mecánica del vapor de agua a presión o por un chorro de agua.

Todas las centrales eléctricas constan de un sistema de "turbina-generador" cuyo funcionamiento básico es, en todas ellas, muy parecido, variando de unas a otras la forma en que se acciona la turbina, o sea, dicho de otro modo en que fuente de energía primaria

se utiliza, para convertir la energía contenida en ella en energía eléctrica.

2. Centrales Hidroeléctricas

Fueron las primeras centrales eléctricas que se construyeron.Una central hidroeléctrica es aquella en la que la energía potencial del agua almacenada en un embalse se transforma en la energía cinética necesaria para mover el rotor de un generador, y posteriormente transformarse en energía eléctrica.Por ese motivo, se llaman también centrales hidraúlicas.

Las centrales hidroeléctricas se construyen en los cauces de los ríos, creando un embalse para retener el agua. Para ello se construye un muro grueso de piedra, hormigón u otros materiales, apoyado generalmente en alguna montaña.La masa de agua embalsada se conduce a través de una tubería hacia los álabes de una turbina que suele estar a pie de presa, la cual está conectada al generador. Así, el agua transforma su energía potencial en energía cinética, que hace mover los álabes de la turbina.

3. Centrales Térmicas

Una central térmica para producción de energía eléctrica, es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto para obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera.El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que su expansión sea capaz de mover los álabes de las mismas.

Las denominadas termoeléctricas clásicas son de: carbón, de fuel o gas natural. En dichas centrales la energía de la combustión del carbón, fuel o gas natural se emplea para hacer la transformación del agua en vapor.

Una central térmica clásica se compone de una caldera y de una turbina que mueve al generador eléctrico. La caldera es el elemento

fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.

4. Centrales Nucleares

Una central nuclear es una central térmica. La diferencia fundamental entre las centrales térmicas nucleares y las térmicas clásicas reside en la fuente energética utilizada. En las primeras, el uranio y en las segundas, la energía de los combustibles fósiles.

Una central nuclear es, por tanto, una central térmica en la que actúa como caldera un reactor nuclear. La energía térmica se origina por las reacciones de fisión en el combustible nuclear formado por un compuesto de uranio.

El combustible nuclear se encuentra en el interior de una vasija herméticamente cerrada. El calor generado en el combustible del reactor y transmitido después a un refrigerante se emplea para producir vapor de agua, que va hacia la turbina, transformándose su energía en energía eléctrica en el alternador.

La fisión nuclear es un proceso por el cual los núcleos de ciertos elementos químicos pesados se fisionan (se rompen) en dos fragmentos por el impacto de una partícula (neutrón), liberando una gran cantidad de energía con la que se obtiene, en la central nuclear, vapor de agua.

Las reacciones nucleares de fisión fueron descubiertas por O. Hahn y F. Strassman en 1938. Sólo dos isótopos del uranio y uno del plutonio cumplen las condiciones necesarias para ser utilizados en las reacciones de fisión: el uranio-233, el uranio-235 y el plutonio-239. De ellos, sólo el segundo se encuentra en la naturaleza y en muy pequeñas cantidades, el 0'7% del uranio natural. Los otros dos se obtienen artificialmente.

5. Centrales Solares

Una central solar es aquella instalación en la que se aprovecha la radiación solar para producir energía eléctrica.

Este proceso puede realizarse mediante dos vías:

o Fotovoltaica: Hacen incidir las radiaciones solares sobre una superficie de un cristal semiconductor, llamada célula solar, y producir en forma diracta una corriente eléctrica por efecto fotovoltaico.Este tipo de centrales se están instalando en paises donde el transporte de energía eléctrica se debería de realizar desde mucha distancia, y hasta ahora su empleo es básicamente para iluminación, y algunas aplicaciones domésticas.

o Fototérmica: En las centrales solares que emplean el proceso fototérmico, el calor de la radiación solar calienta un fluido y produce vapor que se dirige hacia la turbina produciendo luego energía eléctrica.El proceso de captación y concentración de la radiación solar se efectúa en unos dispositivos llamados heliostatos, que actúan automáticamente para seguir la variación de la orientación del Sol respecto a la Tierra.

Existen diversos tipos de centrales solares de tipo térmico, pwero las más comunes son las de tipo torre, con un número grande de heliostatos. Para una central tipo de solo 10 MWe, la superficie ocupada por los heliostatos es de unas 20 Ha.

6. Centrales Eólicas

Una central eólica es una instalación en donde la energía cinética del viento se puede transformar en energía mecánica de rotación. Para ello se instala una torre en cuya parte superior existe un rotor con múltiples palas, orientadas en la dirección del viento. Las palas o hélices giran alrededor de un eje horizontal que actúa sobre un generador de electricidad, Aerogeneradores.

A pesar de que aproximadamente un 1% de la energía solar que recibe la Tierra se transforma en movimiento atmosférico, esta energía no se distribuye uniformemente, lo que limita su aprovechamiento.

Existen además limitaciones tecnológicas para alcanzar potencias superiores a un megavatio, lo cual hace que su utilidad esté muy restringida.

Una central eólica no es más que un conjunto de aerogeneradores.

7. Centrales Geotérmicas

Una central geotérmica son unas instalaciones que aprovecha la energía geotérmica para producir energía eléctrica.

Una central geotérmica no es nada más que una central térmica en la que la caldera ha sido reemplazada por el reservorio geotérmico y en la que la energía es suministrada por el calor de la Tierra, en vez del petróleo u otro combustible.

8. Central Mareomotriz

La energía mareomotriz es la energía asociada a las mareas provocadas por la atracción gravitatoria del Sol y principalmente de la Luna.

Las mareas se aprecian como una variación del nivel del mar, que ocurre cada 12h 30 minutos y puede suponer una diferencia del nivel desde unos 2 metros hasta unos 15 metros, según la diferencia de la topografía costera.

La técnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca y, en su camino, accionar las turbinas de una central eléctrica. Cuando las aguas se retiran, también generan electricidad, usando un generador de turbina reversible.

ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

 El agua es uno de los grandes recursos energéticos con que contamos. La energía hidroeléctrica es la que proviene del aprovechamiento de la energía potencial acumulada en el agua y que al caer desde cierta altura se convierte en energía cinética, una vez ha caído, una buena parte de dicha energía cinética se transforma en energía eléctrica por medio de los transformadores conectados a las turbinas. Finalizado el proceso, la electricidad ya está lista para ser distribuida . La energía hidroeléctrica está dentro del grupo de las llamadas “energías renovables”, es decir, es inagotable, limpia y no contaminante. Como contrapunto, hay que señalar que para su obtención es necesaria la construcción de pantanos que en muchas ocasiones causan un impacto ambiental ya que alteran el ecosistema fluvial y su construcción es costosa. Aun así, se trata de una de las fuentes de energía más rentables y alrededor del 20% de la energía usada en el mundo proviene de la energía hidroeléctrica, aunque cabe decir que está muy desigualmente repartida, dependiendo de las precipitaciones pluviales de cada zona. Las instalaciones en las que la energía potencial del agua se transforma en energía eléctrica son las centrales hidroeléctricas”, en ellas el agua que cae a través de un salto geodésico pasa por unas turbinas que transmiten la energía a un alternador convirtiéndola en electricidad. Estas centrales hidroeléctricas varían mucho en capacidad, pueden construirse al aire libre o en caverna. Pueden ser de agua fluyente, de acumulación por bombeo o de embalse. Las hay también

mareomotrices que son las que aprovechan la energía de las mareas, corrientes submarinas y movimiento de las olas.

Energía térmica

Imagen del Sol tomada a través de rayos X.

Se denomina a la fuerza liberada en forma de calor. Puede ser obtenida de la naturaleza o del sol, mediante una reacción exotérmica, como la combustión de algún combustible; por una reacción nuclear de fisión o de fusión; mediante energía eléctrica por efecto Joule o por efecto termoeléctrico; o por rozamiento, como residuo de otros procesos mecánicos o químicos. Asimismo, es posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en forma de energía térmica, como la energía geotérmica o la energía solar fotovoltaica.

La obtención de energía térmica implica un impacto ambiental. La combustión libera dióxido de carbono (CO2) y emisiones contaminantes. La tecnología actual en energía nuclear da lugar a residuos radiactivos que deben ser controlados. Además deben tenerse en cuenta la utilización de terreno de las plantas generadoras de energía y los riesgos de contaminación por accidentes en el uso de los materiales implicados, como los derrames de petróleo o de productos petroquímicos derivados.

2.1 ENERGÍA TÉRMICA

La Energía térmica se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura.

La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor.

ENERGÍA TÉRMICA

 La energía térmica es la energía calorífica que se produce mediante la quema de un combustible, que puede ser sólido, líquido o gaseoso, también se obtiene mediante energía eléctrica por efecto Joule, mediante rozamiento, por fisión nuclear ...Esta energía se genera por el movimiento de las partículas que constituyen la materia. La energía térmica es la resultante de sumar todas las energías mecánicas asociadas a los movimientos de las diferentes partículas que lo componen y la unidad de energía térmica es el calor. Dentro de la energía térmica, podemos distinguir entre la “energía calorífica” que hemos citado anteriormente, y la “energía solar térmica” (EST), que es una clase de energía térmica obtenida mediante la conversión directa de la radiación solar. Se produce mediante el uso de colectores o paneles solares térmicos, que captan de los rayos del sol su energía en forma de calor. Un fluido pasa a través de estos dispositivos y una parte del calor absorbido por ellos es transferido a dicho fluido elevando su temperatura y quedando listo para ser almacenado o ser llevado a su lugar de consumo. Las principales aplicaciones de la energía solar térmica son para calefacción y agua domésticas y para producir energía mecánica y a través de ella, energía eléctrica.   También se utiliza para producir frío y aplicarla en instalaciones de aire acondicionado.

Energía eólica

Parque eólico. Hamburgo, Alemania.

Parque eólico de Sierra de los Caracoles, Uruguay.

Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas.

El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de los vientos en la mitología griega. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas.

En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2007, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 94.1 gigavatios.1 En 2009 la eólica generó alrededor del 2% del consumo de electricidad mundial, cifra equivalente a la demanda total de electricidad en Italia, la séptima economía mayor mundial.2 En España la energía eólica produjo un 11% del consumo eléctrico en 2008,3 4 y un 13.8% en 2009.5 En la madrugada del domingo 8 de noviembre de 2009, más del 50% de la electricidad producida en España la generaron los molinos de viento, y se batió el récord total de producción, con 11.546 megavatios eólicos.6

La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin embargo, el principal inconveniente es su intermitencia.

Cómo se produce y obtiene

La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.

Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar, entre el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento. De día, las masas de aire

sobre los océanos, los mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre las masas continentales.

Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más frío y más pesado que proviene de los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.

Parque eólico.

Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en espacios de tiempo breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de datos con una duración mínima de 20 años. Es también importante conocer la velocidad máxima del viento. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada "cut-out speed".

La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas operatrices, como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.

En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador, que produce energía eléctrica.

Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos.

Un molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable, que 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, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los molinos tienen un origen remoto.

Historia

La energía eólica no es algo nuevo, es una de las energías más antiguas junto a la energía térmica. El viento como fuerza motriz existe desde la antigüedad y en todos los tiempos ha sido utilizado como tal, como podemos observar. Tiene su origen en el sol. Así, ha movido a barcos impulsados por velas o ha hecho funcionar la maquinaria de los molinos al mover sus aspas. Pero, fue a partir de los ochenta del siglo pasado, cuando este tipo de energía limpia sufrió un verdadero impulso. La energía eólica crece de forma imparable a partir del siglo XXI, en algunos países más que en otros, pero sin duda alguna en España existe un gran crecimiento, siendo uno de los primeros países por debajo de Alemania a nivel europeo o de Estados Unidos a escala mundial. Su auge en parques eólicos es debido a las condiciones tan favorables que existe de viento, sobre todo en Andalucía que ocupa un puesto principal, entre los que se puede destacar el Golfo de Cádiz, ya que el recurso de viento es excepcional.

Los primeros molinos

La referencia más antigua que se tiene es un molino de viento que fue usado para hacer funcionar un órgano en el siglo I era común.7 Los primeros molinos de uso práctico fueron construidos en Sistán, Afganistán, en el siglo VII. Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares.8 Aparatos hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para moler trigo o extraer agua.

En Europa

En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterra y se distribuyeron por el continente. 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. Estos primeros ejemplares tenían una serie de características comunes. De la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal. De este eje partían de cuatro a ocho aspas, con una longitud entre 3 y 9 metros. Las vigas de madera se cubrían con telas o planchas de madera. 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. Los molinos de eje horizontal fueron usados extensamente en Europa Occidental para moler trigo desde la década de 1180 en adelante. Basta recordar los ya famosos molinos de viento en las andanzas de Don Quijote. Todavía existen molinos de esa clase, por ejemplo, en Holanda.

Molinos de bombeo

En Estados Unidos, el desarrollo de molinos de bombeo, reconocibles por sus múltiples velas metálicas, fue el factor principal que permitió la agricultura y la ganadería en vastas áreas de Norteamérica, de otra manera imposible sin acceso fácil al agua. Estos molinos contribuyeron a la expansión del ferrocarril alrededor del mundo, supliendo las necesidades de agua de las locomotoras a vapor.10

Turbinas modernas

Las turbinas modernas fueron desarrolladas a comienzos de 1980, si bien, los diseños continúan desarrollándose.

Utilización de la energía eólica

La industria de la energía eólica en tiempos modernos comenzó en 1979 con la producción en serie de turbinas de viento por los fabricantes Kuriant, Vestas, Nordtank, y Bonus. Aquellas turbinas eran pequeñas para los estándares actuales, con capacidades de 20 a 30 kW cada una. Desde entonces, la talla de las turbinas ha crecido enormemente, y la producción se ha expandido a muchos países.

Coste de la energía eólica

El coste de la unidad de energía producida en instalaciones eólicas se deduce de un cálculo bastante complejo. Para su evaluación se deben tener en cuenta diversos factores, entre los cuales cabe destacar:

El coste inicial o inversión inicial, el costo del aerogenerador incide en aproximadamente el 60 a 70%. El costo medio de una central eólica es, hoy, de unos 1.200 Euros por kW de potencia instalada y variable según la tecnología y la marca que se vayan a instalar ("direct drive", "síncronas", "asíncronas", "generadores de imanes permanentes"...;

Debe considerarse la vida útil de la instalación (aproximadamente 20 años) y la amortización de este costo;

Los costos financieros;

Los costos de operación y mantenimiento (variables entre el 1 y el 3% de la inversión);

La energía global producida en un período de un año, es decir el denominado factor de planta de la instalación. Esta se define en función de las características del aerogenerador y de las características del viento en el lugar donde se ha emplazado. Este cálculo es bastante sencillo puesto que se usan las "curvas de potencia" certificadas por cada fabricante y que suelen garantizarse a entre 95-98% según cada fabricante. Para algunas de las máquinas que llevan ya funcionando más de 20 años se ha llegado a respetar 99% de las curvas de potencia.

En agosto de 2011 licitaciones en Brasil y Uruguay para compra a 20 años

presentaron costos inferiores a los U$S65 el MWh.

Producción por países

Capacidad total de energía eólica instalada(fin de año y últimas estimaciones)

Capacidad (MW)

Posición País 200912 200813 200614 2005 2004

1EE.UU. 32.919 25.170 11.603 9.149 6.725

2Alemania 25.030 23.903 20.622 18.428 16.628

3China 20.000 12.210 2.405 1.260 764

4España (13%) 18.26315 16.754 11.730 10.028 8.504

5India 10.742 9.654 6.270 4.430 3.000

6Francia 4.655 3.404 1.567 757 386

7Italia 4.547 3.736 2.123 1.717 1.265

8Reino Unido 4.015 3.241 1.963 1.353 888

9Dinamarca (20%) 3.384 3.180 3.136 3.128 3.124

10Portugal (15%) 3.374 2.862 1.716 1.022 522

11Canadá 3.301

12Países Bajos 2.220

13Japón 1.980

14Australia 1.494

15Grecia 1.062

16Suecia 1.021

17Irlanda 1.002

18Austria 995

19Turquía 635

20Brasil 634

Total mundial 140.951120.791 73.904 58.982 47.671

Capacidad eólica mundial total instalada 2001-2010 [MW]. Fuente: WWEA e.V.

Existe una gran cantidad de aerogeneradores operando, con una capacidad total de 159.213 MW, de los que Europa cuenta con el 47,9% (2009). EE.UU. y China, juntos, representaron 38,4% de la capacidad eólica global. Los cinco países (EE.UU., China, Alemania, España e India) representaron 72,9% de la capacidad eólica mundial en 2009, ligeramente mayor que 72,4% de 2008. La Asociación

Mundial de Energía Eólica (World Wind Energy Association) anticipa que una capacidad de 200.000 MW será superada en el 2010.16

En 2006, la instalación de 7,588 MW en Europa supuso un incremento del 23% respecto a la de 2005.17

Alemania, España, Estados Unidos, India y Dinamarca han realizado las mayores inversiones en generación de energía eólica. Dinamarca es, en términos relativos, la más destacada en cuanto a fabricación y utilización de turbinas eólicas, con el compromiso realizado en los años 1970 de llegar a obtener la mitad de la producción de energía del país mediante el viento. Actualmente genera más del 20% de su electricidad mediante aerogeneradores, mayor porcentaje que cualquier otro país, y es el quinto en producción total de energía eólica, a pesar de ser el país número 56 en cuanto a consumo eléctrico.18

Energía eólica en España

Artículo principal: Energía eólica en España.

Parque Eólico "El Páramo", Alfoz de Quintanadueñas, España.

Parque eólico, con la ciudad de Lanjarón, Granada, España, al fondo.

A 31 de diciembre de 2008, España tenía instalada una capacidad de energía eólica de 16.018 MW (16,7 % de la capacidad del sistema eléctrico nacional),3 cubriendo durante ese año 2008 el 11 % de la demanda eléctrica. Se situaba así en tercer lugar en el mundo en cuanto a potencia instalada, detrás de Alemania y EEUU. En 2005, el Gobierno de España aprobó una nueva ley nacional con el objetivo de llegar a los 20.000 MW de potencia instalada en 2012. Durante el periodo 2006-07 la energía eólica produjo 27.026 GWh (10% producción eléctrica Total).19

La energía eólica en España alcanzó el 27 de marzo de 2008 un nuevo máximo de producción de energía diaria con 209.480 MWh, lo que representó el 24% de la demanda de energía eléctrica peninsular durante ese día. Un día antes, el 26 de marzo, se registró un nuevo récord en la producción eólica horaria con 9.850 MWh entre las 17.00 y las 18.00 horas. El anterior récord data del 4 de marzo de 2008 un nuevo récord de producción: 10.032 MW a las 15.53 horas.20 Esta es una potencia superior a la producida por las seis centrales nucleares que hay en España que suman 8 reactores y que juntas generan 7.742,32 MW. Desde hace unos años en España es mayor la capacidad teórica de generar energía eólica que nuclear y es el segundo productor mundial de energía eólica, después de Alemania. España y Alemania también llegaron a producir en 2005 más electricidad desde los parques eólicos que desde las centrales hidroeléctricas.

Está previsto para los próximos años un desarrollo de la energía eólica marina en España. Los Ministerios de Industria, Comercio y Turismo y Medio Ambiente ya están trabajando en la regulación e importantes empresas del sector han manifestado su interés en invertir.21 22 23

Asimismo, esta creciendo bastante el sector de la minieólica.24 Existe una normativa de fabricación de pequeños aerogeneradores, del Comité Electrotécnico Internacional CEI (Norma IEC-61400-2 Ed2) la cual define un aerogenerador de pequeña potencia como aquel cuya área barrida por su rotor es menor de 200 m2. La potencia que corresponde a dicha área dependerá de la calidad del diseño del aerogenerador, existiendo de hasta 65 kW como máximo.25

Energía eólica en el Reino Unido

La minieólica podría generar electricidad más barata que la de la red en algunas zonas rurales de Reino Unido, según un estudio de Carbon Trust.26 Según ese informe, los mini aerogeneradores podrían llegar a generar 1,5 teravatios hora (TWh) al año en Reino Unido, un 0,4% del consumo total del país, evitando así la emisión de 0,6 millones de toneladas de CO2.27

El Reino Unido cerró 2008 con 4.015 MW eólicos instalados con una presencia testimonial en su producción eléctrica, sin embargo es uno de los países del mundo que más capacidad eólica tiene planificada. El Reino Unido ya ha otorgado concesiones para alcanzar los 32.000 MW eólicos marinos en sus costas:

Dogger Bank; 9.000 MW; Mar del Norte; Forewind * (SSE Renewables, RWE Npower Renewables, StatoilHydro & Statkraft)

Norfolk Bank; 7.200 MW; Mar del Norte; *Iberdrola Renovables (ScottishPower) & Vattenfall

Mar de Irlanda; 4.100 MW; Mar de Irlanda; Céntrica

Hornsea; 4.000 MW; Mar del Norte; * Mainstream Renewables, Siemens & Hochtief Construction

Ría del Forth; 3.400 MW; Escocia; SeaGreen * (SSE Renewables y Fluor)

Canal de Bristol; 1.500 MW; Costa Suroeste; RWE Npower Renewables

Ría de Moray; 1.300 MW; Escocia; * EDP Renovables & SeaEnergy

Isla de Wight (Oeste); 900 MW; Sur; Enerco New Energy

Hastings; 600 MW; Sur; E.On Climate & Renewables

Según la administración británica “la industria eólica marina es una de las claves de la ruta del Reino Unido hacia una economía baja en emisiones de CO2 y debería suponer un valor de unos 75.000 millones de libras (84.000 millones de euros) y sostener unos 70.000 empleos hasta 2020”.28

Suecia

Suecia cerró 2009 con 1.021 MW eólicos instalados y tiene planes para alcanzar los 14.000 MW, de los cuales entre 2.500 y 3.000 MW serán marinos, para el año 2020.29

Energía eólica en Latinoamérica

El desarrollo de la energía eólica en Latinoamérica está en sus comienzos, llegando la capacidad conjunta instalada en estos países a los 769 MW (datos de septiembre de 2009).30 A fecha de 2009, el desglose de potencia instalada por países y su porcentaje sobre el total de cada país es el siguiente:31

Parque Eólico La Venta ubicado en Oaxaca, México.

Brasil: 415 MW (0,4%) (Licitado Agosto 2011 1067 MW) Honduras: 102 MW (7.5%)

México: 85 MW (0,17%)32

Costa Rica: 70 MW (2,8%)

Nicaragua 40 MW (5%)

Argentina: 29 MW (0,1%)

Uruguay: 38 MW (1,4%)(licitado en noviembre de 2010 y agosto de 2011, 300 MW, 150 MW en cada etapa)

Republica Dominicana : 33 MW

Chile: 20 MW (0,2%)

Colombia: 20 MW (0,1%)

Cuba: 7,2 MW (0,05%)

Ecuador: 2,4 MW (0,05%)

Perú: 0 MW (0%)

Venezuela: 0 MW (0%)

Ventajas de la energía eólica

Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra procedente del Sol.

Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes.

No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2), por lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio climático.

Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas y muy empinadas para ser cultivables.

Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para uso ganadero o cultivos bajos como trigo, maíz, patatas, remolacha, etc.

Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de ensamblaje y las zonas de instalación.

Su instalación es rápida, entre 4 meses y 9 meses

Su inclusión en un sistema ínter ligado permite, cuando las condiciones del viento son adecuadas, ahorrar combustible en las centrales térmicas y/o agua en los embalses de las centrales hidroeléctricas.

Su utilización combinada con otros tipos de energía, habitualmente la solar, permite la autoalimentación de viviendas, terminando así con la necesidad de conectarse a redes de suministro, pudiendo lograrse autonomías superiores a las 82 horas, sin alimentación desde ninguno de los 2 sistemas.

La situación actual permite cubrir la demanda de energía en España un 30% debido a la múltiple situación de los parques eólicos sobre el territorio, compensando la baja producción de unos por falta de viento con la alta producción en las zonas de viento. Los sistemas del sistema eléctrico permiten estabilizar la forma de onda producida en la generación eléctrica solventando los problemas que presentaban los aerogeneradores como productores de energía al principio de su instalación.

Posibilidad de construir parques eólicos en el mar, donde el viento es más fuerte, más constante y el impacto social es menor, aunque aumentan los costes de instalación y mantenimiento. Los parques offshore son una realidad en los países del norte de Europa, donde la generación eólica empieza a ser un factor bastante importante.

Inconvenientes de la energía eólica

Aspectos técnicos

Debido a la falta de seguridad en la existencia de viento, la energía eólica no puede ser utilizada como única fuente de energía eléctrica. Por lo tanto, para salvar los "valles" en la producción de energía eólica es indispensable un respaldo de las energías convencionales (centrales de carbón o de ciclo combinado, por ejemplo, y más recientemente de carbón limpio). Sin embargo, cuando respaldan la eólica, las centrales de carbón no pueden funcionar a su rendimiento óptimo, que se sitúa cerca del 90% de su potencia. Tienen que quedarse muy por debajo de este porcentaje, para poder subir sustancialmente su producción en el momento en que afloje el viento. Por tanto, en el modo "respaldo", las centrales térmicas consumen más combustible por kWh producido. También, al subir y bajar su producción cada vez que cambia la velocidad del viento, se desgasta más la maquinaría. Este problema del respaldo en España se va a tratar de solucionar mediante una interconexión con Francia que permita emplear el sistema europeo como colchón de la variabilidad eólica.

Parque eólico en Tehachapi Pass, California.

Además, la variabilidad en la producción de energía eólica tiene 2 importantes consecuencias:

Para evacuar la electricidad producida por cada parque eólico (que suelen estar situados además en parajes naturales apartados) es necesario construir unas líneas de alta tensión que sean capaces de conducir el máximo de electricidad que sea capaz de producir la instalación. Sin embargo, la media de tensión a conducir será mucho más baja. Esto significa poner cables 4 veces más gruesos, y a menudo torres más altas, para acomodar correctamente los picos de viento.

Es necesario suplir las bajadas de tensión eólicas "instantáneamente" (aumentando la producción de las centrales térmicas), pues sino se hace así se producirían, y de hecho se producen apagones generalizados por bajada de tensión. Este problema podría solucionarse mediante dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica. Pero la energía eléctrica producida no es almacenable: es instantáneamente consumida o perdida.

Además, otros problemas son:

Técnicamente, uno de los mayores inconvenientes de los aerogeneradores es el llamado hueco de tensión. Ante uno de estos fenómenos, las protecciones de los aerogeneradores con motores de jaula de ardilla se desconectan de la red para evitar ser dañados y, por tanto, provocan nuevas perturbaciones en la red, en este caso, de falta de suministro. Este problema se soluciona bien mediante la modificación de la aparamenta eléctrica de los arogeneradores, lo que resulta bastante costoso, bien mediante la utilización de motores síncronos aunque es bastante más fácil asegurarse de que la red a la que se va a conectar sea fuerte y estable.

Uno de los grandes inconvenientes de este tipo de generación, es la dificultad intrínseca de prever la generación con antelación. Dado que los sistemas eléctricos son operados calculando la generación con un día de antelación en vista del consumo previsto, la aleatoriedad del viento plantea serios problemas. Los últimos avances en previsión del viento han mejorado muchísimo la situación, pero sigue siendo un problema.

Igualmente, grupos de generación eólica no pueden utilizarse como nudo oscilante de un sistema.

Además de la evidente necesidad de una velocidad mínima en el viento para poder mover las aspas, existe también una limitación superior: una máquina puede estar generando al máximo de su potencia, pero si el viento aumenta lo justo para sobrepasar las especificaciones del aerogenerador, es obligatorio desconectar ese circuito de la red o cambiar la inclinación de las aspas para que dejen de girar, puesto que con viento de altas velocidades la estructura puede resultar dañada por los esfuerzos que aparecen en el eje. La consecuencia inmediata es un descenso evidente de la producción eléctrica, a pesar de haber viento en abundancia, y otro factor más de incertidumbre a la hora de contar con esta energía en la red eléctrica de consumo.

Aunque estos problemas parecen únicos a la energía eólica, son comunes a todas las energías de origen natural:

Un panel solar sólo producirá potencia mientras haya suficiente luz solar. Una central hidráulica de represa sólo podrá producir mientras las

condiciones hídricas y las precipitaciones permitan la liberación de agua.

Una central maremotriz sólo podrá producir mientras la actividad acuática lo permita.

Aspectos medioambientales

Molinos en La Mancha, España, famosos desde la publicación de la novela Don Quijote de la Mancha en 1605, son un patrimonio nacional.

Generalmente se combina con centrales térmicas, lo que lleva a que existan quienes critican que realmente no se ahorren demasiadas emisiones de dióxido de carbono. No obstante, hay que tener en cuenta que ninguna forma de producción de energía tiene el potencial de cubrir toda la demanda y la producción energética basada en renovables es menos contaminante, por lo que su aportación a la red eléctrica es netamente positiva.

Existen parques eólicos en España en espacios protegidos como ZEPA (Zona de Especial Protección de Aves) y LIC (Lugar de Importancia Comunitaria) de la Red Natura 2000, lo que es una contradicción. Si bien la posible inserción de alguno de estos parques eólicos en las zonas protegidas ZEPAS y LIC tienen un impacto reducido debido al aprovechamiento natural de los recursos, cuando la expansión humana invade estas zonas, alterándolas sin que con ello se produzca ningún bien.

Al comienzo de su instalación, los lugares seleccionados para ello coincidieron con las rutas de las aves migratorias, o zonas donde las aves aprovechan vientos de ladera, lo que hace que entren en conflicto los aerogeneradores con aves y murciélagos. Afortunadamente los niveles de mortandad son muy bajos en comparación con otras causas como por ejemplo los atropellos (ver gráfico). Aunque algunos expertos independientes aseguran que la mortandad es alta. Actualmente los estudios de impacto ambiental necesarios para el reconocimiento del plan del parque eólico tienen en consideración la situación ornitológica de la zona. Además, dado que los aerogeneradores actuales son de baja velocidad de rotación, el problema de choque con las aves se está reduciendo.

El impacto paisajístico es una nota importante debido a la disposición de los elementos horizontales que lo componen y la aparición de un elemento vertical como es el aerogenerador. Producen el llamado efecto discoteca: este efecto aparece cuando el sol está por detrás de los molinos y las sombras de las aspas se proyectan con regularidad sobre los jardines y las ventanas, parpadeando de tal modo que la gente denominó este fenómeno: “efecto discoteca”. Esto, unido al ruido, puede llevar a la gente hasta un alto nivel de estrés, con efectos de consideración para la salud. No obstante, la mejora del diseño de los aerogeneradores ha permitido ir reduciendo el ruido que producen.

La apertura de pistas y la presencia de operarios en los parques eólicos hace que la presencia humana sea constante en lugares hasta entonces poco transitados. Ello afecta también a la fauna.

Hoy en tu blog de Energías Renovables hablaremos de la energía eólica, una energía renovable que poco a poco va dejando de ser desconocida para poblar nuestras montañas y estar al alcance de todos.

Como ya sabrás, la energía eólica es una de las energías renovables más importantes que existen en la actualidad y, a su vez, una de las más utilizadas. Por ello te recomendamos que no te pierdas los artículos de la categoríaenergía eólica.

Hoy te mostraremos una pequeña pincelada de todos los artículos que puedes encontrar bajo esta categoría:

Cómo funciona la energía eólica – Cómo funciona un aerogenerador o turbina eólica

En este artículo podrás informarte del funcionamiento de un aerogenerador o turbina, y de esta manera, descubrir cómo se llega del viento a la electricidad. Y no sólo disfrutarás de una gran información lectora, sino que a su vez podrás verlo todo en movimiento gracias al vídeo que hemos seleccionado para ti.

Top 5 de los inventos relacionados con la energía eólica

En este post hemos querido ilustrar los cinco inventos más sorprendentes. ¿Has oído alguna vez hablar del desalinizador eólico? o ¿Un puente peatonal a base de turbinas eólicas? No te lo pierdas, la mente humana jamás podría dejar de sorprenderte, estos inventos son un paso más en el desarrollo de las energías renovables, una aplicación que no dejará sin opinión a nadie.

Puente peatonal con turbinas eólicas

¿Alguna vez has cruzado un puente peatonal con turbinas eólicas? ¿Qué te parecen este tipo de propuestas?

Iluminación pública basada en energías renovables

¿Conoces algún sitio donde la iluminación pública esté basada en energías renovables? Si no lo conoces o piensas que no existe, ¿Crees que esto podría llevarse a cabo y, si esto fuera así, crees que podría ser un éxito?

La torre eólica más alta del mundo

Sabías que la torre eólica más alta del mundo se encuentra en Laasow (Alemania) con un aerogenerador de 2,5 MW que añade otros 45 metros de altura hasta los 205 totales. ¿Te gustaría saber más?

Energía eólica en el mar

Con esta impresionante propuesta lo que se pretende es sacar el mayor partido a las energías renovables, se trataría de potenciar a la vez el beneficio de la energía eólica uniéndola a la energía producida dentro del mar. ¿Crees que si esto se llevara a cabo podría aguantar el oleaje o un huracán? Descúbrelo!

España es el segundo productor del mundo de energía eólica

En 2006 ya eramos los segundos productores del mundo de energía eólica, poco a poco se ha apostando por la energía eólica y ahora se pueden ver en distintos paisajes, ya sea en el norte del país como en el sur.

Energía solar fotovoltaica

Célula fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable (energía eléctrica, -voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol (foto-) gracias a la foto-detección cuántica de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálica semiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada capa fina. También están en fase de laboratorio métodos orgánicos.

Se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribución.

Estos están formados por un cristal o lámina transparente superior y un cerramiento inferior entre los que queda encapsulado el sustrato conversor y sus conexiones eléctricas. La lámina inferior puede ser transparente, pero lo más frecuente es un plástico al que se le suelen añadir unas láminas finas y transparentes que se funden para crear un sellado antihumedad, aislante, transparente y robusto.

La corriente eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico llamado inversor e inyectar en la red eléctrica, operación actualmente sujeta a subvenciones en muchos lugares para una mayor viabilidad.

El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compañía.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial no tiene acceso a la energía eléctrica.

Producción de energía solar fotovoltaica

Mapamundi solar

España es en la actualidad, 2012, uno de los primeros países con más potencia fotovoltaica del mundo, según la Agencia Internacional de la Energía, Agencia Internacional de la Energía (Programa de Fotovoltaica),1 con una potencia acumulada instalada de 3.523 MW. Tan solo en 2008 la potencia instalada en España fue de unos 2.500 MW, debido al anuncio de cambio de regulación a la baja de las primas a la generación que finalmente se produjo en septiembre.

Alemania es en la actualidad el segundo fabricante mundial de paneles solares fotovoltaicos tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de paneles solares, aunque sólo representan el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa. En la UE el crecimiento medio anual es del 30%.

El crecimiento actual de las instalaciones solares fotovoltaicas está limitado por la falta de materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar copadas las

fuentes actuales, aunque a partir de la segunda mitad de 2008 el precio del silicio de grado solar ha comenzado a disminuir al aumentar su oferta debido a la entrada en escena de nuevos productores. Prueba de ello son los diversos planes que se han establecido para nuevas factorías de este material en todo el mundo, incluyendo dos proyectos en España con la colaboración de los principales actores del mercado. La inyección en red de la energía solar fotovoltaica, estaba regulada por el Gobierno Español mediante el RD 661/2007 con el 575 % del valor del kilowatio-hora normal, lo que se correspondía con unos 0,44 euros por cada kWh que se inyectaba en red. A partir del 30 de septiembre de 2008 esta actividad está regulada mediante el RD 1578/2008 de retribución fotovoltaica que establece unas primas variables en función de la ubicación de la instalación (suelo: 0,32 €/kWh o tejado: 0,34 €/kWh), estando sujetas además a un cupo máximo de potencia anual instalada a partir de 2009 que se adaptará año a año en función del comportamiento del mercado.

Actualmente, el acceso a la red eléctrica en España requiere una serie de permisos de la administración y la autorización de la compañía eléctrica distribuidora de la zona. Esta tiene la obligación de dar punto de enganche o conexión a la red eléctrica, pero en la práctica el papeleo y la reticencia de las eléctricas están frenando el impulso de las energías renovables. Las eléctricas buscan motivos técnicos como la saturación de la red para controlar sus intereses en otras fuentes energéticas y con la intención de bloquear la iniciativa de los pequeños productores de energía solar fotovoltaica.[cita requerida]

Esta situación provoca una grave contradicción entre los objetivos de la Unión Europea para impulsar las energías limpias y la realidad de una escasa liberalización en España del sector energético que impide el despegue y la libre competitividad de las energías renovables.

Sistemas fotovoltaicos

Los sistemas fotovoltaicos pueden agruparse de diferentes formas. Así, pueden distinguirse entre los sistemas aislados, de conexión a red e híbridos.2

Normativa

Los sistemas fotovoltaicos se atienen a las normativas de cada uno de los países. En España, en cuanto a la normativa general, se deben mencionar los siguientes documentos:

Ley 54/1997, del sector eléctrico, de 27 de noviembre Plan de Energías Renovables en España (PER) 2005-2010

Real Decreto 842/2002, Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión

Real Decreto 314/2006 de 17 de Marzo, Código Técnico de Edificación

Con respecto a la normativa desde el punto de vista administrativo los siguientes documentos pueden distinguirse:

Real Decreto 2818/1998, de 23 de diciembre sobre producción de energía eléctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energía eléctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energías renovables, residuos y cogeneración (en todo lo no previsto por el Real Decreto 1663/2000)

Real Decreto 1663/2000, de 29 de septiembre sobre conexión de instalaciones fotovoltaicas a la red de baja tensión.

Orden de 5 de septiembre de 1985 por la que se establecen normas administrativas y técnicas para funcionamiento y conexión a las redes eléctricas de centrales hidroeléctricas de hasta 5000 KVA y centrales de autogeneración eléctrica.

Orden ECO/797/2002, de 22 de marzo por el que se aprueba el procedimiento de medida y control de continuidad del suministro eléctrico.

Real Decreto 154/1995, de 3 de febrero, por el que se modifica el real decreto 7/1988, de 8 de enero, por el que se regula las exigencias de seguridad del material eléctrico destinado a ser utilizado en determinados límites de tensión.

Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se regulan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica.

Resolución de 31 de mayo de 2001 por la que se establecen modelo de contrato tipo y modelo de factura para instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a la red de baja tensión.

Real Decreto 841/2002, de 2 de Agosto por el que se regula para las instalaciones de producción de energía eléctrica en régimen especial su incentivación en la participación en el mercado de producción, determinadas obligaciones de información de sus previsiones de producción, y la adquisición por los comercializadores de su energía eléctrica producida

Real Decreto 1433/2002, de 27 de diciembre de 2002 por el que se establecen los requisitos de medida en baja tensión de consumidores y centrales de producción en Régimen Especial.

Real Decreto 1801/2003 de 26 de diciembre de 2003 sobre seguridad general de los productos.

Real Decreto 1580/2006, de 22 de diciembre, por el que se regula la compatibilidad electromagnética de los equipos eléctricos y electrónicos

Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial.

Real Decreto 1114/2007 de 24 de agosto de 24 de agosto, por el que se complementa el Catálogo Nacional de Cualificaciones Profesionales, mediante el establecimiento de cuatro cualificaciones profesionales correspondientes a la familia profesional energía y agua

Resolución de 27 de septiembre de 2007, de la Secretaría General de Energía, por la que se establece el plazo de mantenimiento de la tarifa regulada para la tecnología fotovoltaica, en virtud de lo establecido en el artículo 22 del Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo

Real Decreto 1578/2008 de 26 de septiembre en el que se modifican los requisitos de las nuevas instalaciónes rebajando, a posteriori, las primas y creando registros de preasignación.

Real Decreto 1565/2010, de 19 de noviembre en el que se elimina el pago de energía primada a partir del año 25 prometido en el Real Decreto 661/2007. Artículo primero número 10

Real Decreto Ley 14/2010 de 23 de diciembre en el que se modifica retroactivamente todas las tarifas reguladas y prometidas en el Real Decreto 661/2007

Hay que tener en cuenta que cuando no exista disposición normativa de obligado cumplimiento aplicable se tendrán en cuenta los siguientes elementos:

a) Normas técnicas nacionales de transposición de normas europeas no armonizadas

b) Normas UNE

c) Las recomendaciones de la Comisión Europea

d) Los códigos de buenas prácticas

e) El estado actual de los conocimientos y de la técnica

Las normas UNE se elaboran a través de la representación nacional, delegada por AENOR, en los comités internacionales de normalización de energía solar fotovoltaica: Comité Técnico 82 de la IEC y comité técnico BTTF 86-2 de CENELEC (Comisión Europea de Normalización Eléctrica y Electrónica).

Situación actual en España en el año 2011

Retroactividad de las normas e inseguridad jurídica.

Las dos últimas normas emanadas por el Gobierno y, después de agrias disputas en el Congreso de los Diputados, luego en el Senado, vuelta otra vez al Congreso ratificándose, en definitiva, por los partidos políticos PSOE, PNV y CiU han hecho que las expectativas económicas de los productores de energía eléctrica fotovoltaica se hayan reducido en un 30 por ciento.

La situación anterior a estas medidas se regía por el RD 661/2007 y por el RD 1578/2008 de 26 de septiembre en el que se prometía una cantidad primada por cada KW/hora producido durante 25 años para, después, dar otra cantidad primada hasta la terminación de la vida útil de la instalación.

Tras muchas e intensas gestiones el Gobierno elaboró dos normas, una que limitaba la percepción de primas hasta el límite del año 25 (RD 1565/2010, de 19 de noviembre) y la última, que fue publicada el día de Navidad, 24 de diciembre de 2010, en la que se limitaba el número de horas susceptibles de pago, llegando a establecerse un recorte de un 30% sobre lo prometido anteriormente. Se hizo mediante un Real Decreto Ley (el 14/2010 de 24 de diciembre) por lo que se impide su tramitación en los juzgados de forma directa al no poderse utilizar la vía del recurso de inconstitucionalidad de forma directa por los administrados. Sí, en cambio, quedan medidas como las efectuadas por fondos de inversión europeos mediante un arbitraje,3 recurso de inconstitucionalidad por parte del Gobierno de Murcia4 y manifestaciones vertidas por el Sr Günther Oettinger en el sentido de no querer tolerar medidas retroactivas que, por su naturaleza, conllevan un fenómeno de inseguridad jurídica que hace quebrar para el extranjero la confianza en el mercado español.5

Centrales de energía solar fotovoltaica

Mapa de Radiación Solar de España

La mayor central de energía solar del mundo hasta el año 2004 se encontraba en la ciudad de Espenhain, cerca de Leipzig. Con 33.500 paneles solares modulares monocristalinos y una capacidad de producción de 5 megavatios, la central es

suficiente para abastecer a 1.800 hogares. La inversión ascendió a 20 millones de euros, según Shell Solar y Geosol, las firmas constructoras. Actualmente la empresa alemana SAG Solarstrom, que opera en España con el nombre TAU Solar, ha construido la mayor 'huerta solar'del mundo en Erlasee (Alemania). Esta sustituye a la central de Espenhain. La nueva central de Erlasee cuenta en su totalidad con una capacidad de producción de 12 megavatios.

En junio de 2008 General Motors anunció que planea construir la mayor planta de energía fotovoltaica sobre techo del mundo en Figueruelas (Zaragoza), con una extensión de 183.000 metros cuadrados y 50 millones de euros de inversión. En el proyecto colaboran la Comunidad de Aragón, la empresa francesa Veolia Environnement y el grupo estadounidense Clairvoyant Energy.6

El mayor fabricante europeo de productos fotovoltaicos es la compañía alemana RWE SCHOTT Solar con sede en Alzenau (Baviera). Esta compañía posee la planta de producción fotovoltaica más moderna y completamente integrada del mundo. En 2003 la compañía generó ventas netas de 123 millones de euros y tiene más de 800 empleados.

Además Friburgo de Brisgovia es la sede de ISES (Sociedad Internacional de Energía Solar).

Según datos facilitados por la Asociación de Industria Fotovoltaica (Asif) España ha pasado de 22 MW de potencia fotovoltaica instalada en 2004, a más de 1.100 MW en agosto de 2008, pasando de las 3.208 instalaciones que había en 2004, a las 26.000 existentes en 2008.

Seguidores

El uso de seguidores permite aumentar considerablemente la producción, en torno al 30% en lugares de elevada radiación directa.

Los seguidores solares a dos ejes son muy comunes en aplicaciones fotovoltaicas. Existen dos variables fundamentales: las pérdidas por sombreado y los costes proporcionales a la superficie ocupada (cableado y coste de la tierra), ambos antagonistas. Se puede por tanto definir una distribución óptima de los seguidores.7

Cableado

La sección de cable viene en general determinada por el criterio más restrictivo entre caída de tensión y máxima intensidad admisible. Aumentando las secciones de conductor que se obtienen como resultado de los cálculos teóricos se consigue, en general, amortizar el sobrecoste con un ahorro en la factura eléctrica por reducción de las pérdidas por calentamiento de los conductores. Pero cuando se trata de una instalación fotovoltaica la amortización puede ser mucho más rápida,

ya que el precio de la energía generada es sensiblemente superior al precio de mercado.8

Para su dimensionamiento se hace respetar la caída máxima de tensión admisible, así como la intensidad máxima admisible. A continuación se procede al sobre-dimensionamiento y se realiza el análisis económico correspondiente en términos de valor actual neto. Se observa a continuación el tiempo de retorno de la inversión, que en muchos casos resulta muy inferior a la duración de vida de la instalación (entre 20 y 25 años).9

Además aporta ventajas añadidas como:

Líneas más descargadas, lo que prolonga la vida útil de los cables Posibilidad de aumento de potencia sin cambiar el conductor

Mejor respuesta a posibles cortocircuitos

Mejora del performance ratio (PR) de la instalación

Mayor generación eléctrica renovable (mayor cantidad de emisiones evitadas de gases de efecto invernadero)

Plantas de concentración fotovoltaica

Un paso adelante en las plantas fotovoltaicas son las que utilizan una tecnología de concentración llamada CSP pos sus siglas en ingles:w:Concentrated solar power para maximizar la energía solar recibida por la instalación en una central térmica solar. Las instalaciones de concentración fotovoltaica se sitúan en emplazamientos de alta irradiación solar directa, como son los países a ambas riberas del Mediterráneo, Australia, EE.UU., China, Sudáfrica, México… Hasta el año 2006 estas tecnologías formaban parte del ámbito de investigación, pero en los últimos años se han puesto en marcha instalaciones de gran tamaño como la de ISFOC(Instituto de Sistemas Solares Fotovoltaicos de Concentración) en Puertollano, Castilla La Mancha con 3 MW suministrando electricidad a la red eléctrica.

La idea básica de la concentración fotovoltaica es la sustitución de material semiconductor por material reflectante o refractante (más barato).10 El grado de concentración puede alcanzar un factor de 1000, de tal modo que, dada la pequeña superficie de célula solar empleada, se puede utilizar la tecnología más eficiente (triple unión, por ejemplo). En revancha, el sistema óptico introduce un factor de pérdidas que hace recuperar menos radiación que la fotovoltaica plana.11

Esto, unido a la elevada precisión de los sistemas de seguimiento, constituye la principal barrera a resolver por la tecnología de concentración.

Las principales empresas están empezando a ver la concentración fotovoltaica como una alternativa viable para la reducción de costes. 12 13

Recientemente se ha anunciado el desarrollo de plantas de grandes dimensiones (por encima de 1MW). Las plantas de Concentración Fotovoltaica utilizan un seguidor de doble eje para posibilitar un máximo aprovechamiento del recurso solar durante todo el día.

Costes

Se refieren al coste por kWh de energía solar fotovoltaica producida para células solares de silicio cristalino. La base de los cálculos incluye 4% por costo del capital, 1% por costo de operación y un período de depreciación de 20 años, aunque un equipo fotovoltaico normalmente está técnicamente operativo durante 30 años.

2400 kWh

2200 kWh

2000 kWh

1800 kWh

1600 kWh

1400 kWh

1200 kWh

1000 kWh

800 kWh

200 € / kWp

0,8 0,9 1,0 1,1 1,3 1,4 1,7 2,0 2,5

600 € / kWp

2,5 2,7 3,0 3,3 3,8 4,3 5,0 6,0 7,5

1000 € / kWp

4,2 4,5 5,0 5,6 6,3 7,1 8,3 10,0 12,5

1400 € / kWp

5,8 6,4 7,0 7,8 8,8 10,0 11,7 14,0 17,5

1800 € / kWp

7,5 8,2 9,0 10,0 11,3 12,9 15,0 18,0 22,5

2200 € / kWp

9,2 10,0 11,0 12,2 13,8 15,7 18,3 22,0 27,5

2600 € / kWp

10,8 11,8 13,0 14,4 16,3 18,6 21,7 26,0 32,5

3000 € / kWp

12,5 13,6 15,0 16,7 18,8 21,4 25,0 30,0 37,5

3400 € / kWp

14,2 15,5 17,0 18,9 21,3 24,3 28,3 34,0 42,5

3800 € / 15,8 17,3 19,0 21,1 23,8 27,1 31,7 38,0 47,5

kWp

4200 € / kWp

17,5 19,1 21,0 23,3 26,3 30,0 35,0 42,0 52,5

4600 € / kWp

19,2 20,9 23,0 25,6 28,8 32,9 38,3 46,0 57,5

5000 € / kWp

20,8 22,7 25,0 27,8 31,3 35,7 41,7 50,0 62,5

NOTA: versión inicial de la tabla tomada de en:Photovoltaics.

INTRODUCCIÓN

La energía solar fotovoltaica se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por medio de celdas fotovoltaicas.

Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina.

La conversión de la energía solar a eléctrica se realiza de manera limpia, directa y elegante.

Existen dos elementos que sustentan la utilización de la energía fotovoltaica: "La necesidad de proteger el medio ambiente y la necesidad de crecer económicamente"

Definición

La energía solar fotovoltaica se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por medio de celdas fotovoltaicas.

Principio de funcionamiento

La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica.

Consiste en la captación de la energía radiante procedente del sol, equivalente a 3,8 E20 MW.

Es emitida por su superficie a la temperatura de 13 millones de grados (producida por las fusiones de átomos de Hidrógeno para formar Helio).

Se transmite por el espacio en forma de fotones de luz. Estos fotones atraviesan la atmósfera terrestre perdiendo parte de su energía por los impactos con la misma. Esta pérdida de energía será función de la distancia que recorre (latitud y altitud del sol) y del tipo de atmósfera que atraviesen (clara o nublada) hasta alcanzar la superficie de la Tierra.

Cuando fotones de un determinado rango de energía chocan con átomos de ciertos materiales semiconductores (el Silicio es el más representativo) les ceden su energía produciendo un desplazamiento de electrones que es en definitiva una corriente eléctrica.

Estos fotones se caracterizan por su energía y su longitud de onda (que forman lo que se llama espectro solar). Solo una parte de este espectro (que depende del material semiconductor) es aprovechada para el desplazamiento de los electrones.

Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina.

Estos cristales se cortan en rebanadas muy finas (del orden de micras) y se dopan unas con elementos químicos para producir huecos atómicos, lado "p", (en el caso del Si con Boro) y otras con otros elementos para producir electrones móviles, lado "n",(con Fósforo también en el caso del Si).

La unión de una rebanada "n" con una rebanada "p" (ambas son transparentes y por tanto dejan pasar los fotones) cada una con un conductor eléctrico metálico, forman así una célula fotoeléctrica, la cual bajo la incidencia de fotones, crea una corriente de electrones corriente eléctrica continua- a través del circuito eléctrico al que estén conectados los dos conductores de la celda.

CELDAS O CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

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 adición de impurezas de ciertos elementos químicos, siendo capaces de generar cada una de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V, utilizando como materia prima la radiación solar.

Las celdas solares comerciales se fabrican con lingotes de silicio de alta pureza (material muy abundante en la arena).  El lingote es rebanado en forma de placas delgadas llamadas obleas.  El espesor típico usado es del orden de 300 nm (0.3 mm).  Una fracción muy pequeña de tal espesor (del orden de 0.5 nm) es impregnado con átomos de fósforo.  A esta capa se le conoce como tipo-n. 

El resto de la oblea es impregnado con átomos de boro y se forma la capa conocida como tipo-p.  Estas capas forman un campo eléctrico (voltaje interno construído) dentro de la oblea y cerca de la superficie que recibe la luz del sol.  Dicho voltaje es el responsable de separar a las cargas fotogeneradas positivas (huecos) y negativas (electrones).

La celda cuenta con dos terminales que se conectan a un circuito externo para extraer la corriente eléctrica producida.  La cara de la oblea expuesta a la luz, posee un enrejado metálico muy fino (plata y/o aluminio), el cual colecta los electrones fotogenerados.  Esta capa corresponde a la terminal negativa.  Sobre este enrejado está conectado uno de los conductores del circuito exterior.  La otra cara cuenta con una capa metálica, usualmente de aluminio.  Esta corresponde a la terminal positiva ya que en ella se acumulan las cargas positivas.  Sobre esta capa está conectado el otro conductor del circuito exterior.  También la celda esta cubierta con una película delgada anti reflejante para disminuir las pérdidas por reflexión.

Figura.  Generación eléctrica en una celda fotovoltaica

PANEL SOLAR

Están formados por varias celdas fotovoltaicas

Las células se montan en serie sobre paneles o módulos solares para conseguir un voltaje adecuado a las aplicaciones eléctricas; los paneles captan la energía solar transformándola directamente en eléctrica en forma de corriente continua, que se almacena en acumuladores, para que pueda ser utilizada fuera de las horas de luz.

Los módulos fotovoltaicos admiten tanto radiación directa como difusa, pudiendo generar energía eléctrica incluso en días nublados.

En general las células tienen potencias nominales próximas a 1Wp, lo que quiere decir que con una radiación de 1000W/m2 proporcionan valores de tensión de unos 0,5 V y una corriente de unos dos amperios.

Para obtener potencias utilizables para aparatos de mediana potencia, hay que unir un cierto número de células con la finalidad de obtener la tensión y la corriente requeridas.

Para tener más tensión hay que conectar varias células en serie. Conectando 36 (dimensiones normales, 7.6 cm de diámetro) se obtienen 18 V, tensión suficiente para hacer funcionar equipos a 12V, incluso con iluminaciones mucho menores de 1kW/m2.

La unidad básica de las instalaciones fotovoltaicas es, pues, la placa fotovoltaica, que contiene entre 20 y 40 células solares; estas placas se conectan entre sí en serie y/o paralelo para obtener el voltaje deseado (12V, 14V, etc.).

Estas células interconectadas y montadas entre dos láminas de vidrio que las protegen de la intemperie constituyen lo que se denomina un módulo fotovoltaico.

ELEMENTOS

GENERADOR SOLAR: conjunto de paneles fotovoltaicos que captan energía luminosa y la transforman en corriente continúa a baja tensión.

ACUMULADOR: Almacena la energía producida por el generador. Una vez almacenada existen dos opciones:

Sacar una línea de éste para la instalación (utilizar lámpara y elementos de consumo eléctrico).

Transformar a través de un inversor la corriente continua 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 tamaño de las cargas a alimentar, además de la naturaleza de los recursos energéticos en el lugar de instalación.

Tipos de Sistemas Fotovoltaicos

Sistemas autónomos o Remotos

Los sistemas autónomos son el mercado que estimuló la producción industrial de módulos Fotovoltaicos y dio credibilidad a la energía, al demostrar que pese a su costo, son la opción más económica en algunas aplicaciones terrestres.

La energía generada a partir de la conversión fotovoltaica se utiliza para cubrir pequeños consumos eléctricos en el mismo lugar donde se produce la demanda.

Es el caso de aplicaciones como la electrificación de:viviendas alejadas de la red eléctrica convencional, básicamente electrificación rural;

servicios y alumbrado público: iluminación pública mediante farolas autónomas de parques, calles, monumentos, paradas de autobuses, refugios de montaña, alumbrado de vallas publicitarias, etc.

Con la alimentación fotovoltaica de luminarias se evita la realización de zanjas, canalizaciones, necesidad de adquirir derechos de paso, conexión a red eléctrica, etc.

Aplicaciones agrícolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego, iluminación de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de ordeño, refrigeración, depuración de aguas, etc.;

Señalización y comunicaciones: navegación aérea (señales de altura, señalización de pistas) y marítima (faros, boyas), señalización de carreteras, vías de ferrocarril, repetidores y reemisores de radio y televisión y telefonía, cabinas telefónicas aisladas con recepción a través de satélite o de repetidores, sistemas remotos de control y medida, estaciones de tomas de datos, equipos sismológicos, estaciones metereológicas, dispositivos de señalización y alarma, etc. El balizamiento es una de las aplicaciones más extendida, lo que demuestra la alta fiabilidad de estos equipos.

Por su parte, en las instalaciones repetidoras, su ubicación generalmente en zonas de difícil acceso obligaban a frecuentes visitas para hacer el cambio de acumuladores y la vida media de éstos se veía limitada al trabajar con ciclos de descarga muy acentuados.

Aplicaciones de sistemas fotovoltaicos autónomos en Electrificación Rural

Telecomunicaciones y medición remota de señales

.

Aplicaciones marinas y señalización

Sistemas conectados a la red

En cuanto a las instalaciones conectadas a la red e pueden encontrar dos casos: centrales fotovoltaicas, (en las que la energía eléctrica generada se entrega directamente a la red eléctrica, como en otra central convencional de generación eléctrica) y sistemas fotovoltaicos en edificios o industrias, conectados a la red eléctrica, en los que una parte de la energía generada se invierte en el mismo autoconsumo del edificio, mientras que la energía excedente se entrega a la red eléctrica.

También es posible entregar toda la energía a la red; el usuario recibirá entonces la energía eléctrica de la red, de la misma manera que cualquier otro abonado al suministro.

Tipos de sistemas conectados a la red

Generadores dispersos.- Son generadores de baja capacidad (1-10KW) instalados en inmuebles residenciales , comerciales o institucionales.

Estaciones Centrales.- Son plantas de gran capacidad (de hasta varios MW) Operadas por la compañía suministradora. La interconexión con la red siempre es trifásica debido al rango de potencia.

Estaciones de apoyo a la red.- Son similares a una estación central, su objetivo es proporcionar alivio térmico a subestaciones y o líneas de distribución que se encuentren cerca del límite de su capacidad.

Producción de energía solar fotovoltaica

Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energía solar fotovoltaica tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque sólo representa el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa. En la UE el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada.

El crecimiento actual de las instalaciones solares fotovoltaicas está limitado en 2006 por la falta de materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar copadas las fuentes actuales. Diversos planes se han establecido para nuevas factorías de este material en todo el mundo, incluyendo en mayo de 2006 la posibilidad de que se instale una en España con la colaboración de los principales actores del mercado. La inyección en red de la Energía solar fotovoltaica, está probada por el Gobierno Español con el 575 % del valor del kilowatiohora normal. Lo que corresponde con unos 0,44 euros por cada kwh que se inyecte en red.

Actualmente, el acceso a la red eléctrica en España requiere una serie de permisos de la administración y la autorización de la compañía eléctrica distribuidora de la zona. Esta tiene la obligación de dar punto de enganche o conexión a la red eléctrica, pero en la práctica el papeleo y la reticencia de las eléctricas están frenando el impulso de las energías renovables.

Las eléctricas buscan motivos técnicos como la saturación de la red para controlar sus intereses en otras fuentes energéticas y con la intención de bloquear la iniciativa de los pequeños productores de energía solar fotovoltaica. Esta situación provoca una grave contradicción entre los objetivos de la Unión Europea para impulsar las energías limpias y la realidad de una escasa liberalización en España del sector energético que impide el despegue y la libre competitividad de las energías renovables.

Centrales de energía solar fotovoltaica

Central solar

La mayor central de energía solar del mundo hasta el año 2004 se encontraba en la ciudad de Espenhain, cerca de Leipzig. Con 33.500 paneles solares modulares monocristalinos y una capacidad de producción de 5 megavatios, la central es suficiente para abastecer a 1800 hogares. La inversión ascendió a 20 millones de euros, según Shell Solar y Geosol, las firmas constructoras. Actualmente la empresa alemana SAG Solarstrom, que opera en España con el nombre TAU Solar, ha construido la mayor huerta solar del mundo en Erlasee (Alemania). Esta sustituye a la central de Espenhain. La nueva central de Erlasee cuenta en su totalidad con una capacidad de producción de 12 megavatios.

El mayor fabricante europeo de productos fotovoltaicos es la compañía alemana RWE SCHOTT Solar con sede en Alzenau (Baviera). Esta compañía posee la planta de producción fotovoltaica más moderna y completamente integrada del mundo. En 2003 la compañía generó ventas netas de 123 millones de euros y tiene más de 800 empleados.

Además Friburgo de Brisgovia es la sede de ISES (Sociedad Internacional de Energía Solar).

LA INVERSIÓN EN ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

ES UNA INVERSIÓN INTERESANTE

Rentable

Una inversión que pone en valor un espacio no productivo, como la cubierta de su nave o un terreno que no rinde.

Ofrece una rentabilidad de entre el 10% y el 15%.

Segura

Una inversión que genera ingresos recurrentes, previsibles y garantizados por la ley sin ningún esfuerzo de gestión por su parte.

Sencilla

Una inversión que no necesita apenas mantenimiento, sin emisiones ni consumos, que funcionará en silencio durante más de 25 años.

Sostenible

Cada kWh producido con la instalación evita la generación del mismo kWh con centrales contaminantes. No se generan emisiones de CO2, Nox, Sox.

APLICACIONES

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.

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 Protección catódica Sistemas de telecontrol vía satélite, detección de incendios

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

La energía solar fotovoltaica es, al igual que el resto de energías renovables, inagotable, limpia, respetuosa con el medio ambiente y sentando las bases de un autoabastecimiento. Al igual que el resto de las energías limpias, contribuye a la reducción de emisión de gases de efecto invernadero y especialmente de CO2, ayudando a cumplir los compromisos adquiridos por el Protocolo de Kioto y a proteger nuestro planeta del cambio climático.

Ventajas

MEDIO AMBIENTALES

Al no producirse ningún tipo de combustión, no se generan contaminantes atmosféricos en el punto de utilización, ni se producen efectos como la lluvia ácida, efecto invernadero por CO2, etc.

El Silicio, elemento base para la fabricación de las células fotovoltaicas, es muy abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva.

Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es reducido. Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1kWp puede ocupar entre 10 y 15 m2).

Prácticamente se produce la energía con ausencia total de ruidos.

Además, no precisa ningún suministro exterior (combustible) ni presencia relevante de otros tipos de recursos (agua, viento).

Es inagotable.

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 aumentar la potencia mediante la incorporación de nuevos módulos

fotovoltaicos.

Inconvenientes

Impacto en el proceso de fabricación de las placas:Extracción del Silicio, fabricación de las células

Explotaciones conectadas a red: Necesidad de grandes extensiones de terreno Impacto visual

Barreras para su desarrollo

De carácter administrativo y legislativo:Falta de normativa sobre la conexión a la red.

De carácter inversor: Inversiones iniciales elevadas. De carácter tecnológico: Necesidad de nuevos desarrollos tecnológicos De carácter social: Falta de información

PRODUCTORES MUNDIALES DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA

JAPÓN: Actualmente, es el principal país productor de energía fotovoltaica a nivel mundial, el segundo puesto lo ocupa ALEMANIA.

ESPAÑA: Es uno de los países europeos con niveles más altos de radiación solar y tiene un elevado mercado potencial interior en sistemas conectados a la red. Pero, por contra, en la implantación de energía solar se encuentra por detrás de países nórdicos como Suecia, Holanda o Alemania.

En España inciden 1.500 kilowatios/hora/m2 que se pueden aprovechar directamente (calor) o se pueden convertir en otra fuente de energía (electricidad).

La producción mundial de módulos fotovoltaicos  viene creciendo desde el año 2000 en un 30% anual y actualmente España es considerada, junto con Estados Unidos, Israel y Australia, como uno de los grandes inversores mundiales en el desarrollo de la energía solar para producir electricidad.

Ejemplos de Aplicaciones y de lugares en donde se usa la energía fotovoltaica:

En España 14 municipios tienen ordenanzas que obliga a que los edificios de nueva construcción o rehabilitados incluyan sistemas de energía solar térmica. Esta normativa pionera fue inicialmente impulsada por el ayuntamiento de Barcelona. El objetivo de esta normativa es que en edificios de nueva construcción y en edificios en rehabilitaciones integrales al menos un 60 % de la energía para agua caliente sanitaria de las viviendas sea solar en edificios de nueva construcción y en rehabilitaciones integrales.

En Barcelona, por ejemplo, antes de la entrada en vigor de la ordenanza había tan sólo 1.650 m2 de paneles solares mientras que a finales del 2003 estos superaban los 14.000 m2. En la Ciudad Condal, el ahorro energético que supone la energía solar se calcula que es equivalente al consumo de agua caliente de 20.000 personas al año. Sin embargo, en España, han detectado que un 40 % de las corporaciones locales desconocen la existencia de este instrumento legal para promocionar la energía solar.

En Sevilla han dado un nuevo paso al poner en marcha una ordenanza para la gestión local de la energía que incluye también la promoción de la energía solar fotovoltaica y una visión más amplia que incluye la eficiencia. Sevilla ha visualizado su apuesta solar en un árbol fotovoltaico de 5 KWp que enviará a la red eléctrica unos 8.000 kWh/año y supondrá un ahorro de unos 7.529 kg/año de CO2.

SISTEMAS DE BOMBEO SOLAR

Los sistemas de bombeo alimentados por paneles solares fotovoltaicos pueden proporcionar agua mediante su conexión a bombas, tanto de corriente continua como de corriente alterna. Ofrecen importantes ventajas, así como una fiabilidad eléctrica muy elevada, llegando a un funcionamiento plenamente automatizado.

Entre estas ventajas destaca el hecho de que los sistemas de bombeo pueden prescindir de la batería. Como el incremento de las necesidades hídricas coincide con las épocas de mayor radiación solar, suelen ser especialmente útiles en las demandas de cantidades medianas de agua.

Existen diversos tipos de modelos de sistemas de bombeo fotovoltaicos, siendo el más conocido de todos el de accionamiento directo. Otro sistema muy empleado es el método tradicional de extracción de agua mediante bomba de corriente alterna.

A partir de estos elementos, la energía generada por los módulos fotovoltaicos pasa directamente a un inversor, éste transforma la tensión continua en alterna, inyectando la energía producida en la red eléctrica comercial.

Preguntas Frecuentes:

¿No sacaría más beneficio si consumo directamente la energía que generan las placas y vendo la que me sobra?

Respuesta: No. La energía que producen los paneles fotovoltaicos se vende a un precio primado my superior al que pagamos a la Compañía eléctrica, por lo tanto, es más ventajoso venderla toda a ese precio y comprar a la Compañía eléctrica toda la electricidad que consumimos.

¿Podría funcionar un colector solar térmico en la Luna, dónde no existe atmósfera?

Respuesta: Si por qué el efecto invernadero se produce dentro del colector, de hecho recibiría más radiación al no haber atmósfera.

¿Qué pasa cuando no hace sol?

Cuando está nublado, no hay radiación solar directa, pero hay luz difusa, y las células producirán electricidad, aunque con menor rendimiento. De noche, las células no producen, pero tampoco consumen nada.

¿Qué pasa si los módulos están sucios?

El polvo y la suciedad dificultan que la radiación alcance la célula de silicio, reduciendo la producción eléctrica. En cualquier caso, los módulos siempre se montan con un cierto grado de inclinación, y la propia agua de lluvia limpiará los módulos periódicamente.

¿El granizo puede dañar los módulos?

Las células están protegidas por vidrio templado, parecido al de los automóviles. Siempre se puede, además, contratar un seguro.

¿Un rayo puede inutilizar los módulos?

La estructura del módulo tiene protección mediante conexión a tierra.

¿Se necesita mucho mantenimiento?

Los sistemas fotovoltaicos sin seguimiento solar no tienen partes móviles, por lo que el desgaste es mínimo. Una inspección visual anual y los controles de seguridad de las conexiones eléctricas obligatorios son suficientes.

¿Qué diferencia a la energía solar fotovoltaica de la térmica?

La energía solar térmica genera calor para ACS y de calefacción, sustituyendo a otras fuentes de energía primaria, como el gas natural o el gas-oil. Las instalaciones son menos fiables y su mantenimiento es más complejo, ya que incluyen tuberías, válvulas, calderas, etc. Su vida útil es menor que la de los sistemas fotovoltaicos.

CONCLUSIONES

La producción de energía fotovoltaica se realiza de manera limpia, directa y elegante por ende esta tiende a proyectarse como una de las mejores alternativas a nivel mundial para obtener energía eléctrica.

Sabiendo que la generación de energía fotovoltaica trae consigo un sinnúmero de ventajas creemos que todos los países deberían implementar este nuevo sistema ya que gracias a ello se contribuye con la naturaleza y este es además muy rentable en cuanto a lo económico.

Finalmente en nuestro medio se podría implementar este sistema tratando de incentivar a profesionales y a estudiantes que se dirijan hacia este campo ya que a la larga será uno de las tecnologías más comunes y necesarias a ser utilizadas.

BIBLIOGRAFÍA

Gregorio Gil García. ENERGIAS DELS SIGLO XXI. 2008. Fernández Salgado. GUÍA COMPLETA DE LA ENERGÍA SOLAR

FOTOVOLTAICA Y TERMOELÉCTRICA. Javier Martín Jiménez.sistemas solares fotovoltaicos. Año 2008.

Anne Labouret y Michel Villoz ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA. MANUAL PRÁCTICO Año 2008.

Terry Galloway. LA CASA SOLAR. Guía de diseño, construcción y mantenimiento

CIEMAT. Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. (1999).

KNOPF, Hannes. Analysis, Simulation, and Evaluation of Maximum Power Point Tracking (MPPT) Methods for a solar Powered Vehicle. Portland State University. (1999). 

Autor:

Andrés Villa Loja

Los paneles solares son dispositivos diseñados para captar parte de la radiación solar y convertirla en energía solar para que pueda ser utilizada por el hombre.

Imagen: carloshenriquezve

Pueden distinguirse dos tipos de paneles solares:

Paneles de energía solar térmica: llamados colectores solares térmicos, convierten la luz en calor.  Existen dos tipos de paneles solares térmicos: los colectores de agua y los de aire.

En los colectores de agua, el agua circula por los tubos provistos de aletas. Para obtener un mejor rendimiento, el conjunto se coloca en una caja de vidrio aislante ya que con esto se logra un efecto invernadero. Con buen sol, y si las necesidades de agua caliente son moderadas, una red simple puede ser suficiente. Las aletas,

que forman lo que es llamado el absorbente, son calentadas por la radiación solar y transmiten su calor al agua que circula por los tubos. Los colectores de agua son utilizados para la calefacción y/o para producir agua caliente sanitaria.

En los colectores de aire, es el aire el que circula y se calienta en contacto con los absorbentes. El aire así caliente es después ventilado en los ambientes de calefacción o utilizado en los cobertizos para el secado de los productos agrícolas.

Paneles solares fotovoltaicos: llamados módulos fotovoltaicos, convierten la luz en electricidad.

En ambos casos, los paneles son generalmente planos, con varios metros de anchura y de longitud. Están diseñados para facilitar su instalación y su precio se fija de manera que puedan ser utilizados tanto para aplicaciones domésticas como industriales.

Imagen: afloresmLos paneles de energía solar son, en la actualidad, más viables económicamente que los módulos fotovoltaicos. Los paneles solares son los componentes básicos de la mayoría de los equipos de producción de energía solar. El interés por la utilización de paneles solares surge rápidamente cuando se sabe que un generador fotovoltaico de 329 km. podría cubrir la totalidad de las necesidades de electricidad del mundo.

Se llama carbón a las rocas sedimentarias de origen orgánico que contienen, al menos, el 50% de carbono. La energía de carbón pertenece al grupo de las energías fósiles y contaminantes.

Los orígenes de carbón se remontan a 250 a 300 millones de años, cuando el bosque herciniano engendró una concentración de depósitos considerados como restos vegetales que han sido recubiertos de tierra y de aluviones, como resultado del hundimiento del suelo o de un crecimiento en el nivel del mar. Este ciclo se perpetúa durante millones de años, alternando así capas de materia orgánica y capas de rocas. A medida que han ido creciendo y madurando, estas capas de materia orgánica han pasado, en el transcurso de la era geológica, por estados sucesivos: turba, lignito, hulla y antracita. Esta evolución corresponde a un

agotamiento de los compuestos orgánicos volátiles y a una concentración de carbono.

En términos generales a nivel internacional, se distinguen dos categorías principales de carbón:

Hullas y antracitas: son productos con una potencia calorífica de 23,9 GJ/t. Estos son los únicos susceptibles de ser transportados en cantidades significativas lejos de su lugar de producción. Se distingue el carbón de coque, llamado carbón metalúrgico, destinado a la industria siderúrgica del carbón para vapor, destinado a ser quemamado en calderas para producir vapor y electricidad.

Lignito : no produce coque y posee un poder calorífico inferior a 23,9 GJ/t. Se incluyen los lignitos, cuyo poder calorífico es inferior a 17,4 GJ/t. Son más del 90% de los transformados en electricidad.

La química del carbono, es decir, todos los productos químicos fabricados que se basan en la transformación química del carbón, tienen un futuro muy limitado a corto y mediano plazo, debido a los costes de producción que son demasiado elevados en relación con los de las petroquímicas.

Pero, además, el impacto que provoca el carbón en el medio ambiente es ampliamente criticado. Se han realizado muchos avances tecnológicos para reducir las emisiones a la atmósfera causadas por la combustión del carbón. Así es que se puede hablar de “combustión limpia” del carbón, ya que sus emisiones de óxidos de azufre y de óxidos de nitrógeno se han reducido drásticamente y no exceden al resto de las emisiones de los combustibles fósiles. Sin embargo, como el petróleo y el gas por ejemplo, el carbón es un combustible fósil que emite dióxido de carbono en su combustión. Todavía no existe una solución técnica para retener el dióxido de carbono producido por su combustión. En la actualidad, sólo es posible reducir estas emisiones para tratar de mejorar el rendimiento de la combustión.

Energía de la biomasa

La energía de la biomasa es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e inorgánica formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente, de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, ser humano, animales, entre otros), o sus restos y residuos. El aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo, por combustión), o por transformación en otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde como combustibles o alimentos.1 Tambien la Biomasa sirve para hacer tortillas y para que no huelan en la noche los pedos para eso sirve realmente la Biomasa.

No se considera como energía de la biomasa, aunque podría incluirse en un sentido amplio, la energía contenida en los alimentos suministrados a animales y personas, la cual es convertida en energía en estos organismos en un porcentaje elevado, en el proceso de la respiración celular.

Motor Stirling, capaz de producir electricidad a partir del calor producido en la combustión de la biomasa.

Origen de la energía de la biomasa

Una parte de la energía que llega a la Tierra procedente del Sol es absorbida por las plantas, a través de la fotosíntesis, y convertida en materia orgánica con un mayor contenido energético que las sustancias minerales. De este modo, cada año se producen 2·1011 toneladas de materia orgánica seca, con un contenido de energía equivalente a 68000 millones de tep (toneladas equivalentes de petróleo), que equivale aproximadamente a cinco veces la demanda energética mundial.2 A pesar de ello, su enorme dispersión hace que sólo se aproveche una mínima parte de la misma. Entre las formas de biomasa más destacables por su aprovechamiento energético destacan los combustibles energéticos (caña de azúcar, remolacha, etc.) y los residuos (agrícolas, forestales, ganaderos, urbanos, lodos de depuradora, plantas, etc.)

Biomasa y sus tipos

Se distinguen varios tipos de biomasa, según la procedencia de las sustancias empleadas, como la biomasa vegetal, relacionada con las plantas en general (troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales,etc.); y la biomasa animal, obtenida a partir de sustancias de origen animal (grasas, restos, excrementos, etc.).

Otra forma de clasificar los tipos de biomasa se realiza a partir del material empleado como fuente de energía:

Natural

Caldera de combustión de biomasa en una central térmica de 2 MW en Lübeck, Alemania.

Es aquella que abarca los bosques, árboles, matorrales, plantas de cultivo, etc. Por ejemplo, en las explotaciones forestales se producen una serie de residuos o subproductos, con un alto poder energético, que no sirven para la fabricación de muebles ni papel, como son las hojas y ramas pequeñas, y que se pueden aprovechar como fuente energética.

Los residuos de la madera se pueden aprovechar para producir energía. De la misma manera, se pueden utilizar como combustible los restos de las industrias de transformación de la madera, como los aserraderos, carpinterías o fábricas de mueble y otros materiales más. Los “cultivos energéticos” son otra forma de biomasa consistente en cultivos o plantaciones que se hacen con fines exclusivamente energéticos, es decir, para aprovechar su contenido de energía. Entre este tipo de cultivos tenemos, por ejemplo, árboles como los chopos u otras plantas específicas. A veces, no se suelen incluir en la energía de la biomasa que queda restringida a la que se obtiene de modo secundario a partir de residuos, restos, etc.

Los biocarburantes son combustibles líquidos que proceden de materias agrícolas ricas en azúcares, como los cereales (bioetanol) o de grasas vegetales, como semillas de colza o girasol de calabaza (biodiésel). Este tipo también puede

denominarse como “cultivos energéticos”. El bioetanol va dirigido a la sustitución de la gasolina; y el [biodiesel] trata de sustituir al gasóleo. Se puede decir que ambos constituyen una alternativa a los combustibles tradicionales del sector del transporte, que derivan del petróleo.

Briquetas obtenidas a partir de residuos de madera de haya, preparadas para combustión en calderas y chimeneas.

Residual

Es aquella que corresponde a los residuos de paja, aserrín, estiércol, residuos de mataderos, basuras urbanas, etc.

El aprovechamiento energético de la biomasa residual, por ejemplo, supone la obtención de energía a partir de los residuos de madera y los residuos agrícolas (paja, cáscaras, huesos...), las basuras urbanas, los residuos ganaderos, como purines o estiércoles, los lodos de depuradora, etc. Los residuos agrícolas también pueden aprovecharse energéticamente y existen plantas de aprovechamiento energético de la paja residual de los campos que no se utiliza para forraje de los animales.

Los residuos ganaderos, por otro lado, también son una fuente de energía. Los purines y estiércoles de las granjas de vacas y cerdos pueden valorizarse energéticamente por ejemplo, aprovechando el gas (o biogás) que se produce a partir de ellos, para producir calor y electricidad. Y de la misma forma puede aprovecharse la energía de las basuras urbanas, porque también producen un gas o biogas combustible, al fermentar los residuos orgánicos, que se puede captar y se puede aprovechar energéticamente produciendo energía eléctrica y calor en los que se puede denominar como plantas de valorización energética de biogas de vertedero.

Biomasa seca y húmeda

Según la proporción de agua en las sustancias que forman la biomasa, también se puede clasificar en:

Biomasa seca: madera, leña, residuos forestales, restos de las industria maderera y del mueble, etc.

Biomasa húmeda: residuos de la fabricación de aceites, lodos de depuradora, purines, etc.

Esto tiene mucha importancia respecto del tipo de aprovechamiento, y los procesos de transformación a los que se puede ser sometida para obtener la energía pretendida.

Autobús que emplea biocarburante obtenido de la soja.

Procesos de transformación de la biomasa seca

La energía contenida en la biomasa seca es más fácil de aprovechar, mediante procesos termoquímicos como la combustión, la pirólisis o la gasificación.1 El rendimiento energético obtenido suele ser alto. En la tabla adjunta se indican los productos que se obtienen en este aprovechamiento, entre los que destaca el calor (para calefacciones, calderas, etc), la electricidad obtenida (haciendo pasar vapor a gran presión por una turbina unida a un generador eléctrico), el vapor de agua caliente, o diversos combustibles (metanol, metano).

Combustión Pirólisis Gasificación

Calor, electricidad, vapor de agua Electricidad, metanol Combustibles diversos

Rto: 65-95% Rto: 30-90% Rto: 65-75%

Procesos de transformación de la biomasa húmeda

En este caso se emplean procesos bioquímicos1 de transformación, con menor rendimiento energético y tiempos de procesado más largos. Tienen más interés ecológico (muchas son sustancias contaminantes) que el propio aprovechamiento energético.

Fermentación anaerobia Fermentación alcohólica

Metano (biogás) Etanol

Rto: 20-35% Rto: 20-25%

Instalaciones de aprovechamiento de la energía de la biomasa

Podemos encontrar desde instalaciones de pequeño tamaño para uso doméstico (chimeneas u hogares de leña), de tamaño mediano (digestores de residuos ganaderos en granjas), o de gran tamaño (centrales térmicas que queman residuos agrícolas o forestales para obtener electricidad, o suministrar calefacción a un distrito o ciudad, etc.).

Energía de la biomasa en diversos países

En Alemania

Es el mayor consumidor europeo de bioenergía, con el 16% del total de la UE-27, en 2007, lo que supone un consumo de 128 TWh, un volumen de negocio de 10.000 millones de euros y el ahorro de más de 50 millones de toneladas de CO2 emitidas a la atmósfera. En 2007 la energía de la biomasa representaba el 5% de la energía primaria total consumida, porcentaje que se espera incrementar hasta el 10% (en 2020) y el 15% (en 2030).

Fundamentalmente hay tres ramas o sectores:

Biomasas sólidas: 180 centrales térmicas producen 6600 millones de kWh de electricidad (un 1,5% del total). Más de mil centrales térmicas suministran calor a grandes edificios, ciudades o comarcas; más de 80.000 hogares consumen bolitas de madera procedentes del procesado de restos forestales. Se cubre de este modo el 6% de las necesidades de calor.

Automóvil de la marca Mercedes, con motor adaptado al consumo de biodiésel.

Biocombustibles: Se producen anualmente 4,2 millones de toneladas de biodiésel, más de la mitad de la producción mundial. Dos empresas producen medio millón de metros cúbicos de bioetanol a partir de biomasa, con un valor de 250 millones de euros. Se cubre de este modo más del7% de las necesidades de carburantes.

Biogás. 3700 plantas productoras de biogás en vertederos y plantas industriales producen 22000 millones de kWh a partir de dicho gas, con una potencia eléctrica instalada de 1200 MW.

     La energía de la biomasa se refiere a la proveniente de las plantas, los animales y los microorganismos. Su origen final está en la energía solar, fijada por las plantas a través de la fotosíntesis, y almacenada en forma de energía bioquímica. Puede ser aprovechada por combustión o por conversión térmica.

1. Energía por combustión directa

La combustión directa es un proceso muy antiguo y se refiere a la combustión de la leña, los residuos forestales y los residuos orgánicos (bosta, celulosa y otros) para obtener calor, especialmente a nivel del hogar.

En las zonas rurales la leña juega un rol muy importante como energía para el hogar, o sea, para cocinar los alimentos. En la sierra, en la selva y en la costa norte es de crucial importancia, porque los pobladores tienen escaso acceso al gas y al kerosene.

En el Perú se consumen al año varios millones de m' de leña. En la sierra la leña ya es tan escasa que se recolectan los arbustos (tola en el sur) y plantas almohadilladas altoandinas (yareta en el sur) como combustible, o se utiliza el excremento de los animales o bosta como combustible.

¿SABÍAS QUÉ?La madera también se usa para producir carbón vegetal o carbón de leña, que tiene un poder calorífico mucho más alto que la leña. En la costa norte y en la selva se produce carbón de leña. En la costa esta actividad está eliminando los bosques de algarrobo.

Las plantaciones forestales pueden producir energía vegetal, a través del proceso fotosintético, con eficiencia y alcanzar un promedio de 45 x 106 kg/caloría/ha/año, lo que equivale a 28 barriles de petróleo por ha. En la sierra peruana es urgente iniciar programas de reforestación para proveer, entre otros fines, de leña a las zonas rurales; bajar la presión sobre la cobertura vegetal, y usar el estiércol y los rastrojos agrícolas como materia orgánica y abono.

2. Energía por conversión térmica

Se refiere esencialmente a la pirolisis o destilación de la madera en productos secundarios: carbón de leña, alquitrán, alcohol metálico o metanol y gas pobre, entre otros. En el Perú se usan estos procesos sólo artesanalmente para la obtención de carbón de leña en la costa norte y en la amazonía.

3. Energía por fermentación alcohólica

Consiste en producir alcohol a partir de materias y restos orgánicos mediante la fermentación alcohólica. Existen las técnicas para producir alcohol a partir de la caña de azúcar, la yuca, la madera y los restos celulósicos. El alcohol es considerado una de las posibilidades de sustitución de los combustibles fósiles. En el país se produce con la melaza de la caña de azúcar.

4. Energía por fermentación anaeróbica

Consiste en la producción de gas en cámaras cerradas mediante la fermentación de desechos orgánicos (excrementos, residuos orgánicos, etc.) sin la participación de oxígeno y con bacterias anaeróbicas. Las instalaciones cerradas se denominan digestores de biogás o biodigestores o plantas de biogás. El gas obtenido es una fuente económica para iluminación de viviendas, gas de cocina, calefacción, etc.

En el Perú está en la fase inicial. Se calcula que el potencial nacional es equivalente a 22 millones de barriles de petróleo.

5. Energía animal

Es el uso de animales de carga para arar los campos, como también para mover trapiches y molinos. Su uso está bastante difundido en las zonas rurales (vacunos, caballos, burros, mulos y llamas).

Reacciones Químicas 

por Anthony Carpi, Ph.D.

La reacción al unir dos o más elementos da como resultado la formación de un enlace químico entre átomos y la formación de un compuesto químico. ¿Pero por qué las substancias químicas reaccionan al ser unidas? La razón tiene que ver con la participación de las configuracióne de los electrons del átomo.

Al final de la decada1890, el químico escocés Sir William Ramsay descubrió los siguientes elementos: helio, neón, argón, kriptón y xenón. Estos elementos, junto con el radón, fueron clasificados en el grupo VIIIA de la tabla periódica y apodados gases inertes (o nobles) por su tendencia a no reaccionar con otros elementos. La tendencia de los gases nobles a no reaccionar con otros elementos tiene que ver

con las configuraciones de sus electrones. Todos los gases nobles tienen envolturas de valencia. Esta configuración es estable y representa una configuración que otros elementos tratan de alcanzar al reaccionar juntos. En otras palabras, la razón por la cual los átomos reaccionan entre ellos es para alcanzar un estado en el cual su envoltura de valencia se llene.

Miremos la reacción del sodio con el cloro. En su estado atómico, el sodio tiene una electrón de valencia y el cloro siete.

Sodio Cloro

El cloro, con siete electrones de valencia , necesita un electrón adicional para completar su envoltura de valencia que tiene ocho electrones. El sodio es más complicado. Al principio parece que el sodio necesita siete electrones adicionales para complentar su envoltura de valencia. Pero esto le daría al sodio una carga eléctrica de - 7 y lo haría altamente desbalanceado en términos del número de electrones (cargas negativas) relativa al número de protones (cargas positivas). Cuando esto varía, es mucho más fácil para el sodio renunciar a su electrón de valencia y convertirse en un +1 ión. Al hacerlo, el átomo de sodio vacía su tercera valencia y entonces la envoltura externa que contiene electrones, es desir su segunda envoltura, se llena. Esto concuerda con nuestro postulado anterior de que los átomos reaccionan porque están tratando de llenar su envoltura de valencia.

Sodium Chloride

Esta característica, es decir la tendencia de perder electrones cuando entran en reacción química es común a todos los metales. El número de electrones que los átomos de metal perderán (y la carga que ellos adquirirán) es igual al número de electrones en su envoltura de valencia. Para todos los elementos del grupo A de la tabla periódica, el número de valencia de electrones es igual al número del grupo. 

Los no metales, en comparación, tienden a ganar electrones (o compartirlos) para completar su envoltura de valencia. Para todos los no metales, excepto el hidrógeno y el helio, la envoltura de valencia está completa con ocho electrones. Por consiguiente, los no metales ganan electrones correspondientes a la fórmula = 8 - (número de grupo). El cloro, en el grupo 7, ganará 8 - 7 = 1 electrón y formará un -1 ión.  

El hidrógeno y el helio sólo tienen electrones en su primera envoltura de electrones. La capacidad de su envoltura es dos. Por consiguiente, el helio, con dos electrones, ya tiene una envoltura de valencia llena y clasifica dentro del grupo de elementos que tienden a no reaccionar con otros, como los gases nobles. El hidrógeno, con un electrón de valencia, ganará un electrón cuando forma un ión negativo. Sin embargo, el hidrógeno y otros elementos de la tabla periódica denominados metaloides, pueden efectivamente formar ya sea iones positivos o negativos correspondientes al número de electrones de valencia que tengan. Por consiguiente, el hidrógeno formará un +1 ión cuando pierde su electrón y un -1 cuando gana un electrón.

Reacción de la Energía

Todas las reacciones químicas están acompañadas por un cambio de energía. Algunas reacciones sueltan energía hacia sus alrededores (generalmente como calor) y son llamadas exotérmicas. Por ejemplo, el sodio y el cloro reaccionan tan violentamente que las llamas pueden ser vistas cuando la reacción exotérmica produce calor. Por otra parte, algunas reacciones necesitan absorber calor de sus alrededores para seguir adelante. Estas reacciones son llamadas endotérmicas. Un buen ejemplo de una reacción endotérmica es esa que tiene lugar en fomra instantánea dentro de una 'bolsa de frío'. Generalmente las 'bolsas de frío' comerciales contienen dos compuestos - úrea y cloruro de amonio en dos contenedores diferentes dentro de la bolsa de plástico. Cuando se dobla la bolsa y los contenedores interiores se rompen, los dos compuestos se mezclan y empiezan a reaccionar. Ya que la reacción es endotérmica, ella absorbe el calor de sus alrededores y la bolsa se enfría.  

Las reacciones que prosiguen inmediatamente cuando dos substancias se mezclan (tal como la reacción del sodio con el cloro o la úrea con el cloruro de amonio) son llamadas reacciones espontáneas. No todas las reacciones proceden espontáneamente. Por ejemplo, piense en un fósforo. Cuando se enciende un fósforo se causa una reacción entre los químicos de la cabeza del fósforo y el oxígeno del aire. Pero el fósforo no se encenderá espontáneamente, primero necesita la entrada de la energía, llamada la energía activadora de la reacción. En

el caso del fósforo, usted provee la energía activadora como el calor al golpear el fósforo en la caja. Después que la energía activadora se absorbe y la reacción empieza, la reacción continúa hasta que usted apague la llama o se le acabe el material que produce la reacción. 

La energía atómica (también conocida como energía nuclear) es la energía liberada por la desintegración del núcleo de ciertos átomos, los átomos inestables.

Para obtener una mejor estabilidad, el átomo inestable se transforma en otro tipo de átomo mediante la expulsión de la energía en forma de radiación: el fenómeno de la radioactividad.

En la naturaleza, la mayoría de los elementos son estables. Pero, también existen algunos inestables, y para lograr la estabilidad, se desintegran gradualmente emitiendo una o varias partículas y allí aparece la energía en forma de radiación. A esto se le llama radiactividad. Este fenómeno se produce de modo natural. Vivimos en el tiempo, y desde siempre, en un medio ambiente naturalmente radiactivo : estamos hablando de la radioactividad natural.

Toda la materia del Universo, incluyendo los organismos vivientes, están constituidos por una pequeña proporción de átomos radioactivos: el cuerpo humano es ligeramente radiactivo.

El 68% de la radioactividad a la que estamos expuestos es de origen natural. Varía según el suelo (materiales radioactivos están presentes en el globo terráqueo desde su formación y las zonas graníticas tienen una mayor radioactividad) y la altura (cuanto mayor es la altura, mayor es la radiación cósmica).

Pero la radioactividad tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana:

Para la producción de energía (en las centrales nucleares) Para fines médicos, para tratar de curar enfermedades (por ejemplo,

radiación, radioterapia) o para realizar algunos estudios (el principio de la resonancia magnética).

En arqueología, para tener idea de fechas de los restos arqueológicos.

Para usos industriales (medidas, conservación de alimentos).

Esta clase de radioactividad se denomina radioactividad artificial. El 28% de la radioactividad artificial, a los que estamos sometidos, proviene del campo médico (exámenes y tratamientos). En la medida en que los átomos se desintegran, la radioactividad de un elemento disminuye: esto se denomina desintegración radiactiva.

El tiempo en el que la radioactividad disminuye a la mitad se llama período radioactivo. Cada elemento tiene un período propio, que varía desde unas pocas fracciones de segundo a miles de millones de años.

Algunos ejemplos:- Oxígeno 15: 2 minutos- Iodo-131: 8 días- Carbono 14: 5.730 años- Uranio 238: 4,5 millones de años.

La radioactividad puede ser peligrosa en función de:

- La dosis recibida en una exposición al sol. Se debe tener cuidado con las quemaduras del sol.- La distancia entre la fuente radioactiva y la persona.- La duración de la exposición.

Para protegerse es necesario:- Interponer, entre la fuente radioactiva y el medio ambiente, pantallas que frenen la radiación: una simple hoja de papel para rayos ? (alfa), papel de aluminio o de vidrio para rayos ? (beta), un metro de hormigón de los rayos ? (gamma).- Alejarse lo máximo posible de la fuente: el aire sirve como pantalla.- Reducir al mínimo la duración de la exposición.

Ahora bien, una de las aplicaciones de la radioactividad es la producción de electricidad en las centrales nucleares.

En la actualidad, y desde hace bastantes años, la energía nuclear se utiliza para generar electricidad. Se utiliza un mineral, el uranio, del que uno de los isótopos, el uranio 235, es inestable. Es fisionable, lo que significa que su núcleo puede partirse en dos como consecuencia de un neutrón abandonado. Esto se llama fisión nuclear y esta reacción libera mucha energía.

El núcleo atómico del uranio 235 se somete a un bombardeo de neutrones, el núcleo se rompe y esto genera calor, radiación y la llamada reacción en cadena: uno a varios neutrones que van, a su vez, a bombardear a otros átomos y así sucesivamente.

Este calor, tan intenso, se utiliza para producir electricidad nuclear en grandes cantidades (varios cientos de miles de kilovatios).

Hay que recordar que la fisión de los átomos de U 235 radioactivos liberan calor, pero también radiación de la que debemos protegernos y residuos radiactivos, es decir, elementos inestables. Algunos permanecerán por períodos muy largos, de hasta varios cientos de miles de años.

Hoy en día, en el mundo, la industria nuclear es objeto de grandes controversias, a menudo relacionadas con fenómenos de miedo.Las ventajas de la energía nuclear son reconocidas: la energía generada, el coste competitivo de la electricidad producida, la capacidad de producir electricidad sin emisiones de gases de efecto invernadero …

Pero lo nuclear causa miedo y la gestión de residuos radioactivos causa más preocupación. Algunos países han declarado, por la opinión pública, que detendrían sus reactores nucleares.

Energía termoeléctrica

Se denomina energía termoeléctrica a la forma de energía que resulta de liberar el agua de un combustible para mover un alternador y producir energía eléctrica.

Desde la antigüedad, el hombre ha necesitado generar energía térmica para cubrir sus necesidades de abrigo, alimentación, iluminación, fabricación de herramientas, y también para resolver todos aquellos problemas que no puede afrontar con el sólo uso de su fuerza física, como accionar medios transparentes, maquinarias , armamento, etc.

La energía termoeléctrica puede usar como combustibles productos fósiles como petróleo, carbón o gas natural (ciclo combinado), átomos de uranio, en el caso de la energía nuclear, y energía solar para la generación solar-termoeléctrica.

Energía termosolar

La cantidad de radiación solar disponible para convertir en energía útil depende de varios factores: posición del sol en el cielo, condiciones atmosféricas, altura sobre el nivel del mar y la duración del día. Uno de los usos más rentables del sol se da en las plantas termosolares.

La energía termosolar, a diferencia de la fotovoltaica que transforma los rayos directamente del sol en energía eléctrica, conlleva un proceso más complejo. Mediante la radiación solar se calienta un aceite especial de origen sintético hasta alcanzar los 400ºC. Con ese aceite se calienta agua. Esa agua se evapora y pasa a unas turbinas cuyo moviento produce la energía eléctrica. El proceso, por tanto, es mucho más complicado que el que se produce en las plantas fotovoltaicas. El rendimiento es mayor también. Se trata de unos cilindros parabólicos. En su centro llevan unos tubos receptores de calor HC (por la sigla de “Heat Collection”) por los que circula el aceite. Los rayos del sol sobre el cristal se reflejan al tubo por donde circula el aceite que se calienta. Ese aceite pasa por unos intercambiadores agua-aceite. Con el aceite calientas el agua, la evaporas y el vapor de agua mueve unas turbinas. Ahí es cuando se produce la electricidad.

'¿Qué pasa cuando no hay sol?

El proceso para empezar a producir la energía es siempre el mismo sea invierno o verano. Mientras menos meses de sol la producción de la planta será menor. Si un día llueve lo normal sería que ese día no se produjera, pero la mayoría de las plantas termosolares llevan lo que se denomina “almacenamiento de sales”. Las sales se utilizan para producir las 24 horas del día. El procedimiento es el siguiente: con el sol aparte de calentar el aceite para evaporar agua, también calientas aceite que pasa por unos intercambiadores aceite-sales. Las sales se guardan en dos tanques con temperaturas de 300 y 400 grados. Las sales se van pasando de un tanque a otro para que se mantengan a la temperatura adecuada. Por la noche cuando se ha ido el sol se pasa a hacer el proceso contrario, con las sales se calienta el aceite que vuelve a calentar el agua y producir vapor que será el que siga moviendo las turbinas que producen la electricidad.

El número de este tipo de plantas en España es relativamente pequeño. En abril de 2010 según la Asociación Española de la Industria Solar Trermoléctrica había 14 plantas con potencia de 50MW, la mayoría en Andalucía (6) y Extremadura (6). Aunque hay bastantes más en construcción y preasignadas.

Posible destrucción

Un reciente estudio de Greenpeace, elaborado junto a la Asociación Europea de la Energía Solar Termoeléctrica (ESTELA) y la Agencia Internacional de la Energía (AIE), estima que la energía termoeléctrica podría llegar a cubrir el 7% de la demanda eléctrica mundial en 2030 y más de la cuarta parte para 2050.

Energía Termoeléctrica

Concepto

            A diferencia de la térmica habitual, la termoeléctrica –o térmica de alta temperatura– agrupa un conjunto de tecnologías orientadas a producir electricidad y no calor. Se trata de un sistema de producción eléctrica muy nuevo que se halla en los inicios de su posible desarrollo comercial y que todavía opera de un modo prácticamente experimental.

Orígenes

            Son lejanos en el tiempo, pues su primera aplicación data de 1860, fecha en que se logró convertir vino en coñac gracias a la destilación solar. Básicamente, consiste en concentrar la luz solar mediante espejos (helióstatos), cilindros o discos parabólicos para alcanzar altas temperaturas (más de 400 º C), que se utiliza para generar vapor y activar una turbina que produzca electricidad.

Situación en la U.E.

            Objetivo de la U.E: Alcanza con energías renovables de forma global el 12% de la producción a través de renovables.

            En Europa sorprendentemente destaca España por los proyectos de investigación llevados a cabo en la Central Solar de Almería.

Análisis Situación Actual

1999: No había ninguna planta termoeléctrica en funcionamiento.

1999 –2004: Se ha construido un marco económico y legislativo para que empiecen a promoverse proyectos.

Nov 2007:11 MW >>> Nov 2008:11 MW

Objetivo PER: 500 MW

Actualmente: Proyectos en fase de ejecución Es una de las tecnologías de futuro en donde se va a avanzar más.

Claves:

• Elevada radiación directa.• Régimen económico que permite la viabilidad de los proyectos mediante tarifas reguladas y primas a la producción de energía.• Apoyo de la PSA (Plataforma Solar de Almería). Centro puntero en innovación de esta tecnología solar.• Experiencia en la ejecución de proyectos.• Industria específica del sector en proceso de implantación.• Planes específicos para el desarrollo de proyectos innovadores.• Más de 2000 MW inscritos de forma provisional en el Registro de Instalaciones de Producción de Energía Eléctrica en el Régimen Especial.

            Las primas son las siguientes (subgrupo b.1.2: instalaciones que utilizan únicamente procesos térmicos para la transformación de la energía solar, como energía primaria):

o Si venden a la distribuidora: Tarifa: regulada: 26,9375 c€/KWh (primeros 25 años desde su puesta en servicio) y 21,5498 c€/KWh ( a partir de entonces)

o Si venden al mercado: Prima: 25,4000 c€/KWh (primeros 25 años desde su puesta en servicio) y 20,3200 c€/KWh ( a partir de entonces)

                                         Limite superior: 34,3976 c€/KWh                                         Limite inferior: 25,4038 c€/KWh

            Los límites son para la suma del precio horario del mercado diario, más la prima de referencia. Es decir, la prima a recibir en cada hora queda acotada entre estos valores.

Objetivo de potencia instalada: 500 MW.

            Actualmente, mes de octubre (según informe CNE -mes de octubre), únicamente hay 11 MW de potencia instalada en España.

         En el ámbito de la investigación, destaca la Plataforma Solar de Almería, como único centro con experiencia en proyectos termoeléctricos de alta temperatura.

La energía solar termoeléctrica se clasifica en:

SISTEMAS DE MEDIA TEMPERATURA. Desarrolladas a nivel comercial. Corresponden a centrales con colectores cilindro-parabólicos.

SISTEMAS DE ALTA TEMPERATURA. Se realizan mediante centrales de torre y centrales de generadores disco parabólicos colectores cilindro-parabólicos:

o Centrales de torre: Formado por un campo de helióstatos que, mediante el seguimiento solar en dos ejes, reflejan la radiación sobre un intercambiador de calor situado en la parte superior de una torre central.

o Generadores disco parabólicos: Un conjunto de espejos que forman una figura disco-parabólica que siguen al sol en dos ejes con gran precisión y en cuyo foco se dispone el receptor solar, en el que se calienta el fluido (700ºC). Ese vapor produce electricidad.

Aspectos Ambientales

La gran ventaja medioambiental:             Generar electricidad de la misma forma que las centrales convencionales, pero utilizando la radiación solar concentrada.

            Se trata de una tecnología que puede producir grandes cantidades

de energía sin impactos en el medio físico, ni sobre los suelos, ni sobre la calidad del aire.

Repercusiones:Efecto visual / Ocupación de terrenos. Importante: Reversibilidad.

Barreras de entrada

Barreras económicas1. Necesidad de ayuda para los primeros proyectos2. Falta de información y datos sobre radiación3. Falta de desarrollo económico del proyecto / falta de fuente de financiación

Barreras tecnológicas1. Falta de empresas especializadas

Barreras normativas1. Escasa reglamentación

Objetivo 2010

 

            Existen iniciativas y perspectivas suficientes por parte de empresas de reconocida capacidad para llegar a los 500 MW instalados. Este crecimiento, en el periodo considerado, solo es posible si se

produce rápidamente un cambio legislativo para eliminar la limitación a 200 MW para obtener las primas consideradas actualmente y en vigor.

 

Sector Industrial en España

            En las últimas décadas, en España se viene realizando un notable esfuerzo en proyectos de innovación, llevados a cabo por empresas y por entidades de investigación, y que han tenido como elemento más relevante la Plataforma Solar de Almería.

            Esta situación posiciona a España en las mejores condiciones para afrontar nuevos objetivos en el campo de la propia investigación e innovación.

            La promoción y ejecución de este tipo de proyectos es un proceso largo.Los promotores son grandes grupos empresariales vinculados a los sectores energéticos e infraestructuras que tienen alta capacidad financiera y de endeudamiento para acometer este tipo de proyectos.

            Pocas empresas específicas y con baja capacidad de suministro de algunos componentes principales.

            No existen fabricantes y suministradores de materiales en España.

            Fabricantes de otros productos están interesados en la fabricación de componentes de estas plantas.