FUENTES ALTERNAS DE ENERGIA

La energa es una magnitud derivada del S.I. y su unidad el joule (J). Es la energa

necesaria para mover un objeto una distancia de un metro aplicndole una fuerza de un

newton; es decir, fuerza por distancia. J = N m

La energa se manifiesta en los cambios fsicos, por ejemplo, al elevar un objeto,

transportarlo, deformarlo o calentarlo. Tambin en los cambios qumicos, como al quemar

un trozo de madera o en la oxidacin de algn metal.

INTRODUCCION

Las Fuentes de energa son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad

puede obtener energa utilizable en sus actividades, se clasifican en dos grandes grupos:

renovables y no renovables; segn sean recursos "ilimitados" o "limitados".

FUENTES DE ENERGA RENOVABLES. Son aquellas que, tras ser utilizadas, se pueden

regenerar de manera natural o artificial. Algunas de estas fuentes renovables estn

sometidas a ciclos que se mantienen de forma ms o menos constante en la naturaleza.

Existen varias fuentes de energa renovables, como son:

Energa mareomotriz (mareas)

Energa hidrulica (embalses)

Energa elica (viento)

Energa solar (Sol)

Energa de la biomasa (vegetacin)

La energa solar directa permite conversin trmica y conversin fotovoltaica. La biomasa

es generada por la conversin fotosinttica de la energa solar a energa qumica

almacenada en tejidos de plantas (fotosntesis). La energa elica aprovecha el movimiento

de masas de aire inducido por el calentamiento de las masas por la radiacin solar y por la

desigualdad de velocidad tangencial en diversos puntos latitudinales de la tierra. La

evaporacin de agua superficial por calentamiento solar y su ascenso, acoplado con el

subsecuente desplazamiento y precipitacin en zonas altas genera el potencial de energa

hdrica.

FUENTES DE ENERGA NO RENOVABLES. Son aquellas que se encuentran de forma

limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneracin.

Existen varias fuentes de energa no renovables, como son:

Los combustibles fsiles (carbn, petrleo y gas natural)

La energa nuclear (fisin y fusin nuclear)

Debido a que se empez a apreciar la agotabilidad de los recursos energticos

(principalmente los fsiles), hoy en da es necesario aprovechar, conservar y restaurar los

recursos naturales, se debe evitar la degradacin, proteger la capacidad lmite de su

naturaleza, favorecer la restauracin y evitar los efectos adversos sobre la calidad del aire,

agua y tierra, con el fin de perpetuar la oferta ambiental de los ecosistemas.

La conciencia mundial sobre el uso de recursos y la creciente preocupacin sobre los

impactos ambientales, est aumentando el protagonismo de las Fuentes Renovables de

Energa. Sin embargo, esta misma sensibilizacin ocasiona que los nuevos proyectos de

energizacin con Fuentes Renovables, sean analizados con una perspectiva ms estricta en

todos sus impactos.

La creciente demanda de electricidad se ha estado cubriendo por medio de quemar

hidrocarburos, pero las reservas de petrleo y gas se agotarn en un futuro cercano a no ser

que se realicen fuertes inversiones; las reservas de carbn son tambin limitadas y su uso es

contaminante; el potencial hidroelctrico promete un desarrollo todava aceptable en el

corto plazo pero no en el mediano, por ser Mxico un pas en lo general semirido y contar

con escasas corrientes de agua; la geotermia, la energa solar y los biocombustibles ofrecen

perspectivas limitadas y sus tecnologas requieren de inversiones importantes.

En cambio, la utilizacin de la energa elica es altamente promisoria debido a que no es

contaminante y tanto su inversin como su generacin son baratas, esta opcin est siendo

utilizada por cada vez mayor nmero de pases en grande escala y de manera creciente.

Las causas del acelerado crecimiento de la demanda son fundamentalmente tres:

La creciente dependencia de la vida moderna a la electricidad, tanto en las actividades econmicas como en el consumo de las familias.

La gradual mejora de los niveles de vida.

La imitacin ilgica de los patrones de consumo de los pases desarrollados que contemplan cada vez ms de cerca las familias gracias a los modernos medios de

comunicacin, lo cual da por resultado, por ejemplo, la multiplicacin de

electrodomsticos en los hogares (computadora, televisin, telfonos celulares e

inalmbricos, consolas de juego, etctera).

Los 3 principales retos de las fuentes alternas de energa son:

Satisfacer la demanda energtica sin afectar nuestro entorno ambiental.

El desarrollo y mejoramiento de nuevas tecnologas (alternativas) dado que el energtico fsil es finito y contaminante.

Facilitar la distribucin de energa a las poblaciones ms alejadas.

A continuacin se mencionan las barreras ms comnmente percibidas, en la

implementacin de fuentes alternas de energa de acuerdo a lo observado en pases con

mayor experiencia en el tema.

Altos Costos: La escasez de demanda por micro unidades de generacin ha restringido la

industria y sus posibilidades de explotar economas de escala, as como tambin el

aprendizaje de los efectos de producir e instalar estas unidades. Esto ha significado que el

costo de estos productos se mantenga tan alto como para frenar la masificacin de la

demanda, dejando a la industria en un crculo vicioso: la demanda es baja debido a los altos

costos iniciales de inversin, sin embargo es difcil disminuir los costos sin un aumento en

la demanda. En la mayora de los casos, el desarrollo natural del mercado eventualmente

har que los precios disminuyan a un nivel en que sean en teora atractivos a los

consumidores.

Falta de Informacin: La difusin poco adecuada y la falta de conocimiento por parte de

los consumidores o potenciales micro generadores es una gran barrera para la incorporacin

de micro generacin. En la actualidad existen muy pocos pases que han centralizado la

entrega de informacin respecto de la micro generacin y esto debe ser parte de una

estrategia mayor que impulse la incorporacin de generacin domiciliaria. En particular, es

relevante contar con informacin acerca de los beneficios, obligaciones, aspectos de

seguridad, conocimiento del mercado local, proveedores, costos etc.

Dificultades Tcnicas: Debido a que las redes de distribucin y en particular las redes de

baja tensin no fueron diseadas para recibir inyecciones de potencia, se han detectado

varios efectos en la red derivados de la conexin de micro generadores. Estos efectos varan

con el tipo de generador instalado, as como tambin con la cantidad de potencia instalada.

Los efectos ms comnmente observados son: Flujos de potencia inversos, alzas de voltaje,

cambio en niveles de corto circuito, distorsiones debido a contaminacin por armnicos y

desbalances de voltaje.

Barreras Regulatorias: Una de las barreras ms fuertes al considerar la incorporacin

masiva de micro generacin es la de aspectos regulatorios. A quien corresponde la

responsabilidad de autorizar la instalacin de unidades, que condiciones deben cumplir las

instalaciones, procedimientos de conexin, e incluso posibles condiciones de venta de

excedentes al sistema son temas que aun en pases con un nmero importante en

instalaciones de micro generacin no han sido solucionados. La suma de estos aspectos

ciertamente crea un obstculo al momento de querer instalar una pequea unidad a nivel

domiciliario.

Energa Micro y Minihidrulica

La energa hidrulica se obtiene a partir de la energa cintica y/o potencial de un volumen

de agua en movimiento y/o almacenada para salvar un desnivel que se refleja en una

presin proporcional a ese desnivel. Esta energa se transforma en energa elctrica por

medio de turbinas que son empujadas por la masa de agua que pasa por su interior. Las

turbinas transmiten la potencia mecnica de su rotacin mediante un eje a un generador de

electricidad.

Los costos de instalacin de las plantas minihidrulicas son bajsimos comparados con

otras, sin embargo, esta tecnologa slo significa una muy pequea contribucin a la

solucin de satisfacer la creciente demanda nacional de electricidad.

Para establecer el potencial de un sitio se requiere de informacin meteorolgica,

hidromtrica y topogrfica particular al sitio donde se establecer la planta. La informacin

meteorolgica permite definir los volmenes de precipitacin en lo puede constituir una

cuenca hidrolgica, mientras que la informacin topogrfica sirve para establecer los

cauces y los volmenes que pasan por un punto dado, adems de permitir establecer la

localizacin de una posible represa.

POTENCIA (kW) TIPO

0 50 Micro central

50 500 Minicentral

500 5000 Pequea Central

Clasificacin de PCH segn potencia instalada.

Energa Elica

Los aerogeneradores funcionan bajo el mismo principio de las alas de un avin: llega el

viento y se divide al chocar contra la parte gruesa de las aspas, pasando por abajo y arriba.

Por arriba, el viento se distribuye de manera irregular, creando un rea de baja presin en

comparacin con la parte de abajo, donde el viento se reparte uniformemente empujando

hacia arriba. De la misma manera, el viento actuando en las aspas provoca su movimiento.

Para que se puedan obtener los resultados esperados, se necesita una cierta velocidad, que

tiene que ser, al inicio, de 4 m/s, y ya en funcionamiento requerido, de un mximo de 25

m/s.

Esta velocidad produce que las aspas giren alrededor de un eje llamada rotor. Este giro

conlleva cierta velocidad angular, de aproximadamente 22 rev/min. Dicha mantiene a lo

largo de un conector interno, que va a dar a lo que se llama caja multiplicadora o de

engranajes. Como su nombre lo indica, multiplica el nmero de revoluciones por minuto

que viene de las aspas. Esto se hace para lograr la produccin de energa necesaria. En la

caja, se encuentra todo un sistema de engranes que aumentan hasta 50 veces las

revoluciones entrantes.

De la caja multiplicadora sale un acoplador, que va a dar directamente al generador. En el

generador se encuentra lo que se conoce como alternador, el cual es un arreglo de imanes y

embobinados.

Son varias las razones que explican el auge que est teniendo en el mundo la electricidad

elica, entre las que se pueden listar las siguientes:

1. Depende de una fuente de energa segura y renovable.

2. No produce emisiones a la atmsfera ni genera residuos.

3. Utiliza instalaciones mviles

4. Requiere de un rpido tiempo de construccin (inferior a 6 meses).

5. Su instalacin y la electricidad que genera son sumamente econmicos.

6. Se reduce la dependencia de combustibles fsiles.

7. Los niveles de emisiones contaminantes, asociados al consumo de combustibles fsiles

se reducen en forma proporcional a la generacin con energa elica.

Un sistema conversor de energa elica se compone de dos partes principales:

(i) el rotor, que convierte la energa cintica del viento en un movimiento rotatorio en la flecha principal del sistema;

(ii) un sistema de transmisin, que acopla esta potencia mecnica de rotacin de acuerdo con el tipo de aplicacin (aerobomba, aeromotor, aerogenerador)

En la actualidad, la generacin de electricidad es la aplicacin ms importante de este tipo

de sistemas. Los aerogeneradores comerciales alcanzan desde 500 hasta 1,000 kW de

potencia nominal.

Biocombustibles

Entre estos se encuentra el biogs, trmino con el que se designa a la mezcla de gases

resultantes de la descomposicin de la materia orgnica realizada por accin bacteriana en

condiciones anaerbicas (sin presencia de oxigeno).

El biogs se puede obtener directamente de los rellenos sanitarios de basura, plantas de

compostacin, plantas de tratamiento de aguas residuales, fosas spticas, etctera. El

proceso consiste en succionar los gases emitidos, comprimirlos, eliminar el agua arrastrada

a travs de la condensacin y envasarlos en cilindros a presin.

Tambin se pueden construir plantas especficas para producir biogs; ste se produce en

un recipiente cerrado o tanque denominado biodigestor, este posee un conducto de entrada

a travs del cual se suministra la materia orgnica (por ejemplo, estircol o heces humanas,

aguas sucias de las ciudades, residuos mataderos) y un conducto de salida en el cual el

material ya digerido por la accin bacteriana abandona el biodigestor. El proceso de

digestin libera la energa qumica contenida en la materia orgnica la cual se convierte en

biogs (gas metano).

Este gas se puede utilizar como fuente de energa elctrica o para cocinar y es un tipo de

energa renovable y no contaminante, adems de traer otros beneficios tales como:

Transformar los desechos orgnicos en fertilizantes de alta calidad.

Mejorar las condiciones higinicas por la reduccin de patgenos, huevos de moscas, etctera.

Favorecer la proteccin del suelo y vegetacin logrando menor deforestacin.

Beneficios macroeconmicos a causa de la sustitucin de energa y fertilizantes, aumento de los ingresos e incremento de la produccin agropecuaria.

A continuacin se muestra una explicacin bsica de las principales

tecnologas posibles para la produccin de energa a partir de la biomasa:

Gasificacin: Conversin de la biomasa en combustible gaseosos para producir calor y electricidad a partir de la utilizacin de motores gaseosos

generadores.

Combustin: La combustin de la biomasa produce calor y electricidad empleando generadores de turbinas de vapor.

Pirlisis: Descomposicin termal de la biomasa sometindola a altas temperaturas en ausencia de aire y oxgeno.

Co-generacin: Es la combustin de la biomasa como sustituto parcial del carbn.

Fermentacin alcohlica: Produccin de combustible alcohlico a partir de la transformacin del almidn en azcar y de la fermentacin de azcar a

alcohol.

Gasificacin o Sntesis de Combustible: Empleo de la gasificacin y del proceso de refinado de los combustibles para la produccin de metanol.

Transesterificacin: Implica la combinacin de aceites orgnicos y alcohol para formar steres lipdicos como el etil o metil ster. Se denomina

biodiesel al combustible final.

Energa solar

El sol es una fuente de energa limpia, inagotable y gratuita. La transformacin de energa

solar en energa trmica o elctrica puede realizarse en el propio lugar de consumo, sin tener

que transportarse ni depender de otras infraestructuras.

Los sistemas fotovoltaicos pueden aplicarse en sitios remotos interconectados a red para alivio

de ramales saturados, especialmente en regiones donde el pico de demanda coincida con el

pico de radiacin solar. El potencial de energa solar en Mxico es uno de los ms altos del

mundo

Mxico tiene un futuro altamente promisorio en este tipo de generacin de electricidad, ya

que ms de las tres cuartas partes de su territorio disfrutan de una insolacin media capaz

de producir 5 KWh diarios por metro cuadrado de suelo.

La conversin de energa solar a electricidad a base de celdas fotovoltaicas apenas tiene

ahora una eficiencia de un 15%, an as un metro cuadrado de celda es capaz de hacer

funcionar un televisor. Para usar la electricidad durante la noche se requieren bateras para

acumular la energa no acumulada durante el da, pero en una planta de tamao mayor no es

costeable instalar bateras por lo que la energa se conecta a la red elctrica para ser

consumida de inmediato; en este caso las plantas solares slo sirven para apoyar durante el

da a las plantas convencionales.

Con la tecnologa existente a base de paneles fotovoltaicos es posible la instalacin en

nuestro territorio de un sinnmero de pequeas plantas para electrificar localidades aisladas

no conectadas a la red nacional de transmisin; la capacidad solar instalada est ya

proporcionando energa para bombear agua, iluminacin domstica en comunidades

rurales, telefona rural y sealamiento terrestre y martimo, esta circunstancia hace atractiva

la inversin a pequeas y medianas empresa de capital nacional para surtir de electricidad a

este tipo de municipios y comunidades.

Geotrmica

Mxico es el 4 pas productor de electricidad geotrmica despus de Estados Unidos,

Filipinas e Indonesia; sin embargo el potencial de crecimiento es cada vez menor y el costo

de la energa no es muy atractivo.

La energa geotrmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Su

temperatura est comprendida entre 150C y 400C, se produce vapor en la superficie que

enviando a las turbinas, genera electricidad. Se requieren varios parmetros para que exista

un campo geotrmico: un techo compuesto de un cobertura de rocas impermeables; un

deposito, o acufero, de permeabilidad elevada, ente 300 y 2.000 metros de profundidad;

rocas fracturadas que permitan una circulacin convectiva de fluidos, y por lo tanto la

trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmtico, entre 3 y

10 kilmetros de profundidad a 500-600C.

La explotacin de un campo de estas caractersticas se hace por medio de perforaciones

segn tcnicas casi idnticas a las de la extraccin del petrleo.

La energa geotrmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuferos

estn a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150C. Por consiguiente, la

conversin vapor-electricidad se realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse como

intermediario un fluido voltil. Pequeas centrales elctricas pueden explotar estos

recursos. La energa geotrmica de baja temperatura es aprovechable en zonas ms amplias

que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente

geotrmico. Los fluidos estn a temperaturas de 60 a 80C.

La energa geotrmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan

a temperaturas comprendidas entre 20 y 60C. Esta energa se utiliza para necesidades

domsticas, urbanas o agrcolas. La frontera entre energa geotrmica de alta temperatura y

la energa geotrmica de baja temperatura es un poco arbitraria; es la temperatura por

debajo de la cual no es posible ya producir electricidad con un rendimiento aceptable 120 a

180C.