introduccion a las energia renovables

Introduccin a las Energas Renovables

Profesor: Javier Urquizo Guevara

I Termino 2014-2015

Contenido

Conceptos Generales

Energa

Formas de Energa

Uso Histrico de la Energa

Fuentes de Energa

Energas Renovables y Sostenibilidad

Situacin de las Energas en el Ecuador

Legislacin Ecuatoriana

Estadsticas mundiales sobre energa

Energa, Trabajo y Potencia

La energa es la capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento, es decir la capacidad para realizar un trabajo. El Trabajo es una de las formas de transmisin de energa entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que ste se desplace. La Potencia es la relacin entre el trabajo realizado y el tiempo empleado.

Energa, Trabajo y Potencia

La energa es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.

Unidades de Energa

La unidad de energa definida por el Sistema Internacional de Unidades es el Julio, que se define como el trabajo realizado por una fuerza de un newton en un desplazamiento de un m.

J=Julio = Nm; N= Newton = kg*m/s2; m=metro

Unidades de Potencia

La unidad de potencia definida por el Sistema Internacional de Unidades es el Vatio. Es usado para representar la potencia elctrica, la cual se expresa en Gigavatios [GW], Megavatios [MW], Kilovatios [kW], Vatios [W].

Equivalencias Importantes

Caballos de vapor = CV ; 1kW = 1.359 CV kWh = Kilovatio hora: usado habitualmente en

trminos de consumo elctrico; 1 kWh = 3600J TEP = Tonelada Equivalente de Petrleo; 1 TEP =

41840 millones de J BEP = Barril de petrleo Equivalente; 1 BEP =

1700 kWh TEC = Tonelada equivalente de carbn; 1 TEC =

29300 millones de J Cal = Calora; 1 J = 0.2389 Caloras

Formas de Energa

Mecnica

Trmica

Elctrica

Radiante

Quimica

Nuclear

Energa Mecnica

La Energa mecnica es la producida por fuerzas de tipo mecnico, como la elasticidad, la gravitacin, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posicin de equilibrio. Puede ser de dos tipos:

Energa cintica

Energa potencial

Energa Mecnica

Cintica ( =1

22)

La Energa cintica es la energa asociada a los cuerpos que se encuentran en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo.

Energa Mecnica

Potencial ( = )

La Energa potencial es la energa que tiene un cuerpo situado a una determinada altura sobre el suelo.

Energa Trmica

La Energa trmica se debe al movimiento de las partculas que constituyen la materia. La transferencia de energa trmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor.

Energa Elctrica

La Energa elctrica es causada por el movimiento de las cargas elctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energa produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, trmico y magntico.

Energa Radiante

La Energa radiante es la que poseen las ondas electromagnticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La caracterstica principal de esta energa es que se puede propagar en el vaco, sin necesidad de soporte material alguno.

Energa Radiante

Existen diferentes tipos de ondas que componen el espectro electromagntico tales como:

Rayos Gamma Y

Rayos X

Radiacin Ultravioleta

Luz visible

Radiacin infrarroja

Radiacin de Microondas

Ondas de radio

Estas, sumadas a la luz y calor del sol, son consideradas ondas electromagnticas.

Energa Quimica

La Energa qumica es la que se produce en las reacciones qumicas, como la combustin. Una pila o una batera poseen este tipo de energa.

Energa Nuclear

La Energa nuclear es la energa almacenada en el ncleo de los tomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisin y de fusin.

Energa Nuclear

Fusin

La Fusin Nuclear consiste en la unin de varios ncleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) para formar otro ms "pesado" y estable, con gran

desprendimiento de energa.

Energa Nuclear

Fisin

La Fisin nuclear consiste en la fragmentacin de un ncleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en otros dos ncleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutrones.

Caractersticas de la Energa

La Energa se encuentra en constante transformacin, pasando de unas formas a otras. La energa siempre pasa de formas ms tiles a formas menos tiles.

El principio de conservacin de la energa indica que la energa no se crea ni se destruye; slo se transforma de unas formas en otras.


Unas formas de energa pueden transformarse en otras. En estas transformaciones la energa se degrada, pierde calidad. En toda transformacin, parte de la energa se convierte en calor o energa calorfica.

Cualquier tipo de energa puede transformarse ntegramente en calor; pero, ste no puede transformarse ntegramente en otro tipo de energa. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energa.


Se define el Rendimiento como la relacin (en % por ciento) entre la energa til obtenida y la energa aportada en una transformacin.

=

100

Uso histrico de la Energa

Por miles de aos hemos usado diferentes fuentes de energa:

El Sol: iluminacin, calefaccin

Madera: quemada para calefaccin e iluminacin

Animales, Agua y Aire: generar energa mecnica.


Sol: iluminacin, calefaccin


Madera: iluminacin y calefaccin


Animales: agricultura, transporte


Agua: irrigacin


Aire: moler granos, bombeo de agua

Fuentes de Energa - Primaria

Se denomina energa primaria a los recursos naturales disponibles en forma directa (como la energa hidrulica, elica y solar) o indirecta (despus de atravesar por un proceso minero, como por ejemplo el petrleo el gas natural, el carbn mineral, etc..) para su uso energtico sin necesidad de someterlos a un proceso de transformacin.

Fuentes de Energa - Primaria

Las fuentes de energa primaria se pueden dividir en 2 tipos:

Renovables: Son aquellas que se reponen continuamente por procesos naturales en perodos relativamente cortos de tiempo.

No Renovables: Son aquellas con reservas limitadas de que no se renuevan dentro del tiempo de nuestras vidas.

Fuentes de Energa - Secundaria

Se denomina energa secundaria a los productos resultantes de las transformaciones o elaboracin de recursos energticos naturales (primarios) o en determinados casos a partir de otra fuente energtica ya elaborados.

El nico origen posible de toda energa secundaria es un centro de transformacin y, el nico destino posible un centro de consumo.

Fuentes de Energa - Secundaria

Componentes Naturales (Energa Primaria)

Proceso de Transformacin a Energa Secundaria

Petrleo Crudo Petrleos Combustibles, Disel, Gasolina,

Kerosene, Gas licuado, Gas de refinera

Petrleo Crudo, Gas Natural, Carbn, Biogs, Elico, Solar

Electricidad

Petrleo Crudo, Gas Natural, Biogs Gas de ciudad

Carbn Gas de altos hornos

Gas Natural Metanol

Fuentes de Energa por Origen Origen Fuente de Energa Aplicacin Ventajas Desventajas

Solar

Energa Solar Radiante, Elica, Hidroelctrica, Olas, Biomasa

Generacin elctrica, sistemas termales, energa mecnica,

transporte

Renovable, Energa Solar

directa es muy

abundante

Impacto Visual, Hidroelctrica y elica no disponible en todo lado, biomasa puede causar

contaminacin, deforestacin

Gravitacional Energa

Mareomotriz Generacin elctrica,

energa mecnica Renovable

Pocos sitios disponibles, Impactos ambientales,

Sitios econmicamente viables limitados

Calor en el interior de la

Tierra

Energa Geotrmica

Generacin elctrica, sistemas termales

Muy Renovable

Pocos sitios disponibles, impacto visual

Combustibles fsiles

Carbn, Gas, Petrleo

Generacin elctrica, transporte, sistemas

trmicos, energa mecnica

Fuente de energa

concentrada

Productos contaminantes, reservas finitas, problemas polticos sobre su control

Nuclear Uranio Generacin elctrica, transporte (militar)

Fuente de energa sper concentrada

Productos contaminantes, reservas finitas, problemas

polticos, peligro de radiacin

Energa Solar

La Energa solar es la que llega a la Tierra en forma de radiacin electromagntica (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusin nuclear.

El aprovechamiento de la energa solar se puede realizar de dos formas: por conversin trmica de alta temperatura (sistema fototrmico) y por conversin fotovoltaica (sistema fotovoltaico).

Energa Solar

Energa Solar Trmica Energa Solar Fotovoltaica

Energa Elica

La Energa elica es la energa cintica producida por el viento. Es provocada por el calentamiento desigual de la superficie terrestre. Por lo tanto, la energa elica es efectivamente energa solar.

Energa Elica

La energa elica se transforma en electricidad en unos aparatos llamados aerogeneradores (molinos de viento especiales.

Energa Hidroelctrica

La Energa hidroelctrica es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos con diferencia de altura y caudal.

Energa Biomasa

La Energa de la biomasa es la que se obtiene de los compuestos orgnicos mediante procesos naturales. Con el trmino biomasa se alude a la energa solar, convertida en materia orgnica por la vegetacin por medio del proceso de la fotosntesis. Esta energa se puede recuperar por combustin directa o transformando esa materia en otros combustibles, como alcohol, metanol o aceite.

Energa Biomasa

Energa de las olas o Undimotriz

La energa de las olas es aquella que se obtiene a partir de la energa mecnica que se produce por el movimiento de las olas. Las olas son ocasionadas por el movimiento sobre la superficie del mar, por lo tanto es una forma de energa solar.

Energa Mareomotriz

La energa mareomotriz es aquella que se produce por el movimiento de las masas de agua provocada por las subidas y bajadas de mareas. Las mareas son causadas por la atraccin gravitacional de la luna y el sol.

Energa Geotrmica

La energa geotrmica es aquella que se genera en el ncleo de la Tierra. El magma que se encuentra en el interior del mismo posee un gran potencial energtico, el mismo que puede ser extrado en forma de vapor.

Combustibles Fsiles

Problemas Energticos

Incremento de poblacin mundial


Consumo per cpita (BEP)


Seguridad del suministro


Cambio Climtico:

Se define como un incremento medio de la temperatura de la atmsfera cerca de la superficie de la Tierra y en la troposfera, que puede contribuir a los cambios en los patrones climticos globales. El calentamiento global puede ocurrir por una variedad de causas, tanto naturales como inducidos por el hombre. En el uso comn, el "calentamiento global" a menudo se refiere al calentamiento que puede ocurrir como resultado de un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero de las actividades humanas.

Fuente: US Environmental Protection Agency: Glossary of Climate Change Terms


Gases de Efecto Invernadero:

Los gases de invernadero absorben eficazmente la radiacin infrarroja emitida por la superficie de la Tierra, por la propia atmsfera debido a los mismos gases, y por las nubes. Radiacin atmosfrica se emite en todas direcciones, incluyendo hacia abajo a la superficie de la Tierra. As, los gases de invernadero atrapan el calor dentro del sistema superficie-troposfera.

Fuente: IPCC


Los gases de efecto invernadero mas abundantes son los siguientes:

Vapor de agua (H2O) 36-72%

Dixido de Carbono (CO2) 9-26%

Metano (CH4) 4-9%

Oxido Nitroso (N2O)

Ozono (O3) 3-7%

Clorofluorocarbonos (CFCs) Fuente: Sir John Houghton, Global Warming (2004),

Kiehl & Trenberth, Earths Annual Global Mean Energy Budget (1997

Evidencias de Cambio Climtico

El rpido derretimiento del casquete glaciar polar

Septiembre 1979 Septiembre 2005

Evidencias de Cambio Climtico

El retroceso de los glaciares

Glaciar Pasterze, Austria 1875

Glaciar Pasterze, Austria 2004

Reflexiones

Creo que [el cambio climtico] es el mayor problema al que nos enfrentamos en el siglo 21. Es el desafo ms grande que nuestra civilizacin ha tenido que hacer frente

"El cambio climtico es una amenaza mayor para la civilizacin que el terrorismo.

Sir David King Jefe Asesor Cientfico del Reino Unido

Energa Renovable y Sostenibilidad

Ante estos problemas energticos, las energas renovables proveen una oportunidad de generacin de la energa requerida utilizando recursos naturales reduciendo la contaminacin al medio ambiente.

Sin embargo existe una diferenciacin de conceptos entre energa renovable y sostenibilidad. La mayora de las fuentes renovables tambin sern sostenibles pero ocurren excepciones.

Energa Renovable y Sostenibilidad

Un proyecto puede ser renovable, pero no es sostenible - por ejemplo, el esquema de la presa de las Tres Gargantas en el ro Yangtze en China.

Por otro lado, el suministro energtico sostenible no es necesariamente "renovable" - por ejemplo, la recuperacin del calor residual de los motores que utilizan combustibles fsiles.

Energa disponible

Situacin de las Energas en el Ecuador


Actualmente, se encuentra en vigencia el Plan Maestro de Electrificacin 2009-2020. Dicho PME es de cumplimiento obligatorio, y fomentar el compromiso del Pas en los mbitos de la expansin de la generacin, transmisin y distribucin de la electricidad, a fin de asegurar el abastecimiento constante a nivel nacional. En trminos generales, el Plan se enfoca en la aplicacin de las energas renovables, la proteccin del medio ambiente, la eficiencia energtica y la energizacin de las zonas rurales. Fuente: http://www.conelec.gob.ec


En base a lo explicado, se puede inferir que la energa hidroelctrica generada por el Pas no cubre la demanda nacional; por lo que el Estado se ha visto en la necesidad de utilizar centrales trmicas e importar energa desde pases vecinos (Colombia y Per). Es por esto que las fuentes renovables de energa, tales como la solar, la elica, la geotrmica, la biomasa y el Hidrgeno, estn incluidas dentro de la planificacin energtica del PME, ya que constituyen una alternativa fundamental y sustentable para asegurar el abastecimiento nacional.

Legislacin Ecuatoriana Actualmente, la energa elctrica que cubre la demanda nacional es generada por centrales hidroelctricas, por centrales trmicas (motores de combustin interna, Turbo-Gas y Turbo-Vapor), combustin del bagazo de caa de azcar (biomasa), sistemas elicos, sistemas fotovoltaicos y las importaciones de energa desde Colombia y Per. Segn la informacin proporcionada por el Consejo Nacional de Electricidad (CONELEC) en su pgina web, desde Enero hasta Noviembre del ao 2011 la produccin anual total de energa elctrica en el Pas fue de 21.561,51 GWh. Este valor fue generado de la siguiente manera: 11.068,60 GWh por energas renovables, 9.138,31 GWh por energas no renovables y 1.354,60 GWh por interconexiones internacionales con Colombia y Per.

Estadsticas mundiales sobre Energa

Worldwide marketed energy consumption for 1990 to 2007 with projected figures up to 2035 (Source: US Energy Information Administration (EIA))


Worldwide marketed energy consumption by source for 1990 to 2007 with projected figures up to 2035 (Source: EIA)


World electricity generation by fuel, 2007-2035 (trillion kilowatthours)

Cronologa de Energas Renovables

2007-09: Cambio Mundial de lmparas incandescentes por La lmparas fluorescentes, CFLs, y las LED.

2007-10: Apoyo del gobierno estadounidense, a los Biocombustibles.

2009-10: Introduccin al mercado automotriz de vehculos totalmente elctrico e hbridos.

2010: Los vehculos hbridos representarn el 5% del total de vehculos vendidos en Estados Unidos.

2011: 25 % de la electricidad Europea derivar de la energa elica.

Se cubrir zonas de Alaska, Canad, Rusia y en las regiones costeras del norte de Europa con

energa elica

2012: Vehculo totalmente elctrico por menos de 40 mil dlares

2014: Reduccin a la mitad de los precios de paneles solares

2015: coches elctricos de 4 puertas con motores de 240 caballos de fuerza a menos 35 mil USD.

2016: Se habrn construido inmensas granjas solares en diversos desiertos del mundo. La energa solar

representar el 10% de las demanda de energa mundial.

2020: La gasolina slo ser utilizada por un tercio de los automviles de Estados Unidos.

2025-30: La mayora de los coches de pasajeros de Estados Unidos sern alimentados por

electricidad, proveniente de energa limpia, los automviles slo pesaran un 60% de lo que pesaban

los de 2007.

El 75% de la electricidad mundial ser provista por la energa elica, solar u otras energas renovables.

Resumen

Energa es la capacidad para realizar un trabajo.

Formas de energa: Mecnica, Trmica, Elctrica, Radiante, Quimica, Nuclear

Se denomina energa primaria a los recursos naturales disponibles en forma directa o indirecta para su uso energtico sin necesidad de someterlos a un proceso de transformacin.

Se denomina energa secundaria a los productos resultantes de las transformaciones o elaboracin de recursos energticos naturales

Resumen Origen Fuente de Energa Aplicacin Ventajas Desventajas

Solar

Energa Solar Radiante, Elica, Hidroelctrica, Olas, Biomasa

Generacin elctrica, sistemas termales, energa mecnica,

transporte

Renovable, Energa Solar

directa es muy

abundante

Impacto Visual, Hidroelctrica y elica no disponible en todo lado, biomasa puede causar

contaminacin, deforestacin

Gravitacional Energa

Mareomotriz Generacin elctrica,

energa mecnica Renovable

Pocos sitios disponibles, Impactos ambientales,

Sitios econmicamente viables limitados

Calor en el interior de la

Tierra

Energa Geotrmica

Generacin elctrica, sistemas termales

Muy Renovable

Pocos sitios disponibles, impacto visual

Combustibles fsiles

Carbn, Gas, Petrleo

Generacin elctrica, transporte, sistemas

trmicos, energa mecnica

Fuente de energa

concentrada

Productos contaminantes, reservas finitas, problemas polticos sobre su control

Nuclear Uranio Generacin elctrica, transporte (militar)

Fuente de energa sper concentrada

Productos contaminantes, reservas finitas, problemas

polticos, peligro de radiacin

Resumen Energa Renovable: Es la energa que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energa que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Sostenibilidad: Describe cmo los sistemas biolgicos se mantienen diversos y productivos con el transcurso del tiempo. Se refiere al equilibrio de una especie con los recursos de su entorno. Por extensin se aplica a la explotacin de un recurso por debajo del lmite de renovacin del mismo.

Fuente: Wikipedia

Referencias

Introduccin a las Energas Renovables. Douglas Aguirre. Escuela Superior Politcnica del Litoral

Renewable Energy Sources. Yaodong Wang. Newcastle University.

Renewable Energy Policy Politics and Ethics. Ian Arbon. Newcastle University.

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