BREVE HISTORIA DE LA ENERGIA.-
El hombre, a lo largo de su historia evolutiva ha realizado mediante su propio esfuerzo físico actividades que consumían energía, apoyándose adicionalmente en los animales domésticos como los caballos, bueyes, etc. Hasta la llegada de la Revolución Industrial, la utilización de sistemas mecánicos para proporcionar energía se limitaban a los molinos de viento o de agua. Cualquier aplicación de estas tecnologías para la realización de trabajos resultaba de poco rendimiento.
De las fuentes de energía, la primera y más importante de las utilizadas por el hombre fue la leña, gracias a la abundancia de bosques que proliferaban por todas partes del mundo. Otras fuentes puntuales solamente se utilizaban allí donde eran accesibles, tales como filtraciones superficiales de petróleo, carbón o asfaltos.
En la edad media comenzó a utilizarse la leña para fabricar carbón vegetal con cuyas menas se obtenían metales, y que posteriormente vendría a ser sustituido por el carbón mineral en los principios de la revolución industrial.
Durante el primer tercio del siglo XIX, aproximadamente hacia 1825-30, se pudo avanzar en la aplicación práctica de la máquina de vapor, que daría comienzo a la era contemporánea; se trataba de la primera herramienta que no utilizaba fuerzas o tracción de origen animal, y que comenzó a emplearse industrialmente. Junto con la llegada y desarrollo de los motores de combustión interna y la utilización del gas para calefacción y alumbrado, se produjeron grandes avances en la generación práctica de energía eléctrica.
DEFINICIONES BASICAS 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.
DURACIÓN DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS.-
La imagen muestra la duración que tendría cada fuente de energía, suponiendo que ella sola cubriese todas las necesidades energéticas de nuestra civilización y que dichas necesidades energéticas se mantuvieran al nivel actual de consumo.
ENERGIAS RENOVABLES
El término, energía renovable, engloba una serie de fuentes de energía que en teoría no se agotarían con el paso del tiempo. Una energía renovable es una energía alternativa a las que utilizamos actualmente (ecológicamente hablando). Al encontrarse en cantidades infinitas puede renovarse tan pronto como es consumida. Existen energías renovables que apenas aprovechamos, generalmente motivado por el rendimiento. Sin embargo, sólo es necesario ver a nuestro alrededor para darnos cuenta que estamos rodeados de energía.
Las Energías Renovables
ENERGÍA GEOTÉRMICA.-
Es la manifestación de la energía térmica acumulada en rocas o aguas que se encuentran a elevada temperatura en el interior de la tierra.
Se le asigna carácter renovable en función de la baja agresión al entorno que supone su recuperación.
La energía acumulada en zonas volcánicas o de anomalía térmica se aprovecha haciendo circular a su través agua o vapor que transporta hasta la superficie el calor almacenado en las zonas calientes.
La temperatura del fluido portador puede ser baja, media o alta dependiendo de la tipología del yacimiento geotérmico. Sólo este último caso permite disponer de suficiente vapor para la generación eléctrica en turbinas, el uso de las otras dos modalidades es el de calentamiento de agua y calefacción.
LA INAGOTABLE FUENTE DE ENERGIA DEL SOL.-
El sol por ejemplo, emite una ingente cantidad de energía que es aprovechada por las plantas para realizar la fotosíntesis, y para otros muchos procesos físicos del ciclo ecológico, no en vano se trata de una energía totalmente limpia y 100% renovable. Más aun, salvo por su intervención en el ciclo ecológico, los humanos aprovechamos una ínfima parte. A pesar de ello, existe una gran diversidad de sistemas que permiten aprovechar esta energía.
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
El sistema de aprovechamiento de la energía del sol para producir energía eléctrica se denomina conversión fotovoltaica.
Para ello se utilizan unas células fotovoltaicas, construidas con un material cristalino semiconductor, el silicio.
Estas células están dispuestas en paneles que transforman la energía solar en energía eléctrica.
El desarrollo de estos sistemas está ligado en origen a la técnica de los satélites artificiales, debidos a la fiabilidad de su funcionamiento y su reducido peso.
Actualmente existen dos formas de utilización de la energía fotovoltaica:
- Instalaciones en lugares aislados de la red pública, la producción eléctrica así obtenida se emplea para autoconsumo de la propia instalación.
- Instalaciones que se conectan a la red eléctrica, la producción eléctrica obtenida con las células fotovoltaicas se inyecta a la red publica eléctrica.
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 al fluido.
Existen tres técnicas diferentes entre sí en función de la temperatura que puede alcanzar la superficie captadora.
- Baja temperatura, la 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 100º C.
- Alta temperatura, captación de alto índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada.
SUS APLICACIONES
Las aplicaciones de la energía solar suelen estar relacionadas con el empleo de sistemas térmicos, tales como producción de agua caliente, calefacción industrial, generación de vapor, generación de electricidad y otros usos variados.
· LIMITACIONES PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA DEL SOL.
La aplicación práctica de la energía solar tiene no obstante sus limitaciones técnicas, generalmente relacionados con el rendimiento obtenido, además de que no todos los habitantes de nuestro planeta tienen las mismas oportunidades para su aprovechamiento. El Sol ilumina la Tierra de forma desigual, y con diferente ángulo e intensidad según la región terrestre de que se trate, la estación del año y el ciclo día/noche. Lo ideal es disponer de una zona que se encuentre iluminada durante la mayor parte del año, eso implica que determinados lugares quedan al margen de su aprovechamiento, tal es el caso de los países nórdicos, en detrimento de los más próximos al Ecuador, que se ven altamente beneficiados.
Energía Eólica
El viento es un movimiento del aire desde áreas de presión más altas, hacia áreas de baja presión. Estas diferencias de presión son causadas por diferencias de temperaturas. Generalmente, las temperaturas más frías desarrollan presiones más altas, debido al aire fresco que se desplaza en dirección a la superficie de La Tierra. Las bajas presiones se forman por el aire caliente que se irradia desde la superficie terrestre. En resumen, el viento se produce al existir una variación de temperatura entre dos puntos.
La existencia de viento pone a nuestro alcance una energía totalmente renovable, la energía eólica, aunque siempre estaremos a merced de su variabilidad, lo que nos obligará en muchos casos a disponer de otras fuentes alternativas para poder mantener un régimen continuo de consumo.
La energía eólica es de las más antiguas empleadas por el hombre. En sus inicios el viento solamente era utilizado para ser transformado en energía mecánica, tales como extracción de agua o en molinos de harina. Hoy día su aplicación más extendida es la generación de electricidad, ya que ésta puede ser fácilmente distribuida y empleada en la mayoría de fines.
Empleo de los generadores eólicos...
Aplicaciones de la Energía Eolica.-
Los generadores eólicos se emplean generalmente para la producción de energía eléctrica, tienen además la ventaja de que su potencia puede aumentarse incrementando también la velocidad de giro de su rotor; ello mejora el rendimiento, pues estos generadores precisan muy poca fuerza para funcionar. Sin embargo, si el uso a que se le destina es el de generar potencia mecánica, por ejemplo en la extracción de agua u otros sistemas hidráulicos, entonces es preciso reducir la velocidad, lo cual no resulta un problema, ya que se ve compensado por una mayor potencia transmitida y por tanto un mayor rendimiento .
Energía Biomasa
El término biomasa en su acepción más amplia incluye toda la materia viva existente en un instante de tiempo en la Tierra. La biomasa energética también se define como el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. La biotecnología ha permitido que de la biomasa puedan extraerse combustibles absolutamente ecológicos; mediante su destilación, gasificación, hidrólisis o digestión aeróbica.
¿Quiénes proveen la Biomasa?.-
Los organismos fotosintéticos, tales como plantas y algas, proveen la mayor biomasa de la Tierra, con un volumen estimado cercano al 80% del total; algo menos de la mitad corresponde a los bosques y zonas arboladas. Para dar una idea de la ingente cantidad de biomasa agrícola y forestal que se produce anualmente mediante la fotosíntesis, basta decir que supone todo el consumo de energía del mundo multiplicado por 10, o 200 veces todo el volumen de alimentos dispuestos. Los organismos fotosintéticos marinos y terrestres convierten la energía del sol en materia orgánica de forma continuada, por tanto constituye una auténtica fuente de energía renovable.
1 Cultivo y recolección de madera
2 Transporte
3 Astillado
4 Preparación
5 Almacenamiento de combustible grueso
6 Almacenamiento de combustible fino
7 Dosificador
8 Entrada de aire
9 Almacenamiento de combustible líquido
10 Caldera
11 Economizador
12 Cenizas
13 Electrofiltro
14 Tanque de agua de alimentación
15 Tanque de condensado
16 Generación de calor
17 Generador
18 Turbina
19 Transformadores
20 Líneas de transporte de energía eléctrica
Generación de Biomasa
Una de las posibles clasificaciones que pueden realizarse de la biomasa atendiendo a su origen es la siguiente:
- Residuos forestales o agrícolas.
- Residuos sólidos urbanos.
- Residuos animales.
- Residuos de industrias agrícolas.
En cuanto a las perspectivas del aprovechamiento de la biomasa, se puede aprovechar de dos maneras:
- Aplicaciones domésticas e industriales que pueden considerarse tradicionales o habituales y que funcionan mediante la combustión directa de la biomasa.
- Aplicaciones vinculadas a la aparición de nuevos recursos y nuevas técnicas de transformación que últimamente han alcanzado un cierto grado de madurez. Entre las nuevas tecnologías disponibles puede citarse la gasificación de la biomasa, que permite utilizarla en centrales de cogeneración de ciclo combinado.
Biocarburantes
Constituyen una alternativa a los combustibles tradicionales en el área del transporte, con un grado de desarrollo desigual en los diferentes países.
Bajo esta denominación se recogen dos líneas totalmente diferentes, la del bioetanol y la del biodiesel.
Biocombustible.
Con las demandas de los combustibles fósiles, decayeron vertiginosamente las investigaciones en materia de biocombustibles. Hasta entonces el biocombustible principal y más utilizado era la madera, tanto para su uso como fuente propulsora en vehículos de transporte, como para calefacción. Asimismo, muchos vehículos utilizaban biocombustibles a base de metanol y etanol mezclado con gasolina. Solo las crisis surgidas en los sectores de combustibles fósiles en los últimos tiempos, ha permitido que se renueven las esperanzas y se comience a investigar de nuevo en este tipo de energías.
Antes de que comenzaran las demandas de combustibles fósiles, el principal biocombustible y más utilizado hasta entonces era la madera. En la imagen: un horno de leña para producir carbón vegetal.
Bioetanol
Las principales aplicaciones van dirigidas a la sustitución de la gasolina ó a la fabricación de ETBE (Etil- ter-butil eter, aditivo oxigenado de elevado índice de octano que se incorpora a la gasolina)
En el caso del etanol, y en lo que se refiere a la producción de materia prima, actualmente se obtiene de cultivos tradicionales como el cereal, maíz y remolacha, que presentan un alto rendimiento en alcohol etílico. En el futuro se apunta a obtener cultivos más baratos ó variedades de los citados anteriormente orientadas a optimizar su uso en aplicaciones energéticas.
La novedad tecnológica en los procesos de transformación, podría venir por la aplicación de procesos de hidrólisis a productos lignocelulósicos, con lo cual se obtendría una materia prima barata de cara a los procesos de fabricación de etanol.
Biodiesel
La principal aplicación va dirigida a la sustitución de gasóleo.
Las tecnologías para la producción de biodiesel, en la actualidad parten del uso de las variedades comunes de especies convencionales como el girasol y la colza. En un futuro se apunta a variedades orientadas a favorecer las cualidades de producción de energía.
Paralelamente se irán incorporando nuevos productos agrícolas y aceites usados como materias primas.
Su uso suele ser mezclado con gasóleo en proporciones inferiores al 50%.
Biogás
El biogás se obtiene por la acción de un determinado tipo de bacterias sobre los residuos biodegradables, El proceso consiste en degradar anaeróbica mente la materia orgánica mediante microorganismos, o aprovechar directamente el que se produce en un vertedero controlado. El digestor, que es la vasija hermética en donde se produce la degradación bioquímica, debe mantenerse a unos 50º C. para favorecer la actividad de los microorganismos. Entre 10 y 25 días se desarrollan tres fases principales: la hidrólisis, que favorece la acidez de la biomasa; la acetogénesis; y la metanogénesis. El biogás obtenido (metano en su mayor parte) puede ahora ser empleado para generar energía eléctrica o mecánica mediante su combustión, sea en plantas industriales o para uso doméstico.
Dentro de los residuos biodegradables se engloban:
- Los residuos ganaderos
- Los lodos de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR)
- Los residuos biodegradables de instalaciones industriales (Son industrias como la cervecera, azucarera, conservera, alcoholera, la de derivados lácteos, la oleícola, la alimentaria y la papelera las que generan éste tipo de residuos)
- La fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU)
¿Cuan Rentable es la Bioenergia?
El ejemplo más visible de como el biocombustible puede llegar a ser mas que rentable para nuestra maltratada naturaleza, lo encontramos en Brasil donde, desde hace muchos años, se produce etanol a gran escala a partir de melazas de caña de azúcar o pulpa de mandioca. Este biocombustible se mezcla al 20% con la gasolina que utilizan los automóviles, lo que supone un considerable ahorro en la factura de petróleo, además de una verdadera buena noticia para el medio ambiente, al ser éste un combustible que no emite residuos contaminantes a la atmósfera.
Energia Hidraulica
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 lo demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia fueron construyéndose a orillas de los ríos.
Recientemente se aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad, y de hecho fue una de las primeras formas que utilizaron 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.
Existen dos grandes tipos de centrales hidroeléctricas que son:
- Convencionales, aprovechan la energía potencial del agua retenida en una presa. Pueden ser por derivación de agua o por acumulación de agua.
- Bombeo, estas centrales disponen de dos embalses situados a diferentes alturas. En las horas del día que se registra una mayor demanda de energía eléctrica, la central opera como una central hidroeléctrica convencional. Durante las horas del día en las que la demanda es mas baja el agua almacenada en el embalse inferior puede ser bombeada al embalse superior para volver a realizar el ciclo productivo.
ENERGÍAS NO RENOVABLES
Fuentes de energía 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. Prácticamente todas las actividades que se desarrollan en la moderna sociedad tecnológica utilizan fuentes de energía no renovables. El origen de esa energía es el carbón, petróleo, gas natural o fisión nuclear del uranio, los cuales precisan en su mayoría ser transformadas antes de ser consumidas. Estas fuentes de energía no son renovables porque no tienen posible sustitución una vez agotadas o, dicho de otro modo, el ciclo cronológico de formación es tan largo que no es posible su restauración. El carbón o el petróleo existen en cantidades limitadas y se consumen a un régimen mayor que el de su producción; estas materias necesitan miles de años para formarse, sin embargo al ritmo actual de consumo su agotamiento se estima en unos pocos cientos de años.
PETRÓLEO
Los yacimientos petrolíferos se deben a la descomposición de grandes acumulaciones de restos animales (peces principalmente) y vegetales (algas) reunidos en el fondo de mares antiguos; comprimidos por movimientos geológicos y sometidos a acciones bacterianas, presiones y temperaturas elevadas.
El petróleo, tal y como mana del yacimiento, tiene pocas aplicaciones. Para obtener a la vez productos de características precisas y utilizar de la manera más rentable las diversas fracciones presentes en el petróleo,
es necesario efectuar una serie de operaciones que reciben el nombre de refino de petróleo. Las dos operaciones básicas de este proceso son:
- La destilación: en ella, a partir del petróleo bruto obtenemos toda una gama de productos comerciales que van desde gases y gasolinas a los asfaltos y al coque.
- La destilación no puede proporcionarnos más que los productos que estén presentes en el crudo de forma natural, lo cual puede no satisfacer la demanda de un producto concreto... Por esta razón se emplean otras técnicas, una de las usuales es el craqueo o pirólisis, que consiste en la ruptura de una molécula pesada (por ejemplo, fuel) en varias moléculas ligeras, no necesariamente idénticas entre ellas (gasolina y gasóleo).
A principios del siglo XX, aumentó el consumo de petróleo de forma espectacular, convirtiéndose, el petróleo y sus derivados, en el principal combustible en el sector de transporte y uno de los combustibles más importantes en la generación eléctrica.
Las estimaciones de duración de las reservas actuales de petróleo, están en torno a 35 años.
CARBÓN.-
El carbón es un término muy general que engloba a gran variedad de minerales ricos en carbono.
El carbón se compone principalmente de Carbono, aunque también contiene Hidrógeno, Oxígeno y una cantidad variable de Nitrógeno, Azufre y otros elementos.
Se forma en la naturaleza por descomposición de la materia vegetal residual acumulada en los pantanos o en desembocaduras de grandes ríos.
Existen distintos tipos de carbón que se pueden clasificar en dos grandes grupos:
- Carbones duros: totalmente carbonizados, entre los que están la antracita y la hulla.
- Carbones blandos: pertenecen a épocas posteriores al carbonífero y que no han sufrido proceso completo de carbonizados . Entre ellos están los lignitos, pardos y negros y la turba
Otra clasificación de los carbones, atendiendo a su grado de metamorfismo (cambio de la forma y estructura debido a las acciones del calor, la presión y del agua) sería:- Antracita: son los de mayor calidad, contienen del 85% al 98% en peso de carbono.
- Hullas: dentro de esta clasificación aparece una amplia gama de carbones cuyo contenido en carbono abarca desde el 40% hasta el 85%.
- Lignitos: son los de peor calidad, con contenidos en carbono inferior al 40%.
- Turbas: No se consideran carbones según la ASTM (American Society for Testing and Materials), tienen un contenido en humedad muy alto (90%).
Históricamente el carbón fue la fuente que impulsó la primera fase de la industrialización. A partir del principio del siglo XX ha sido paulatinamente sustituida por el petróleo.
Las estimaciones de duración de las reservas actuales de carbón, están en torno a 300 años.
Actualmente se utiliza para la producción eléctrica, la industria siderúrgica y la calefacción.
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