REPASO ENERGIAS RENOVABLES.docx

**REPASO ENERGIAS RENOVABLES** **Introducción** Energía = actividad/operación Energía Térmica: energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior) debido a una diferencia de temperatura, también conocida como calor. Mecanismos de transferencia de calor: Conducción --...

**REPASO ENERGIAS RENOVABLES** **Introducción** Energía = actividad/operación Energía Térmica: energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior) debido a una diferencia de temperatura, también conocida como calor. Mecanismos de transferencia de calor: Conducción -- Convección - Radiación Energía Mecánica: forma de energía que se puede convertir completamente en trabajo. Energía Eléctrica: es la diferencia de potencia que se genera entre dos puntos. Energía Química: energía en el movimiento de los átomos, moléculas y enlaces químicos Energía Nuclear: energía relacionada con los enlaces dentro del núcleo del átomo. - Fisión: División de átomos en otros elementos. - Fusión: Combinación de dos núcleos pequeños en otro de más grande. Las fuentes de energía pueden clasificarse, **[por su disponibilidad]**, en renovables y no renovables:  - Las [energías renovables] aquellas cuyo potencial es inagotable, ya que provienen de la energía que llega a nuestro planeta de forma continua, como consecuencia de la radiación solar o de la atracción gravitatoria de la Luna. - Las [energías no renovables] aquellas que existen en la naturaleza en una cantidad limitada. No se renuevan a corto plazo y por eso se agotan cuando se utilizan. Por **[su aprovechamiento]**, se puede clasificar en energía en primaria, secundaria y útil: - [Energía primaria:] se obtiene directamente de la naturaleza y corresponde a un tipo de energía almacenada o disponible - [Energía secundaria] (también conocida como energía final): se obtiene a partir de transformaciones de la energía primaria. - [Energía útil:] es la que obtiene el consumidor después de la última conversión realizada por sus propios equipos de demanda, Ranking de reservas petróleo: Venezuela, Arabia Saudita, Canadá, Irán, Irak, Kuwait. **La lluvia ácida:** La quema de combustibles fósiles libera una importante cantidad de óxidos de azufre y de nitrógeno que sufren transformaciones químicas en la atmósfera al ser absorbidos por el agua de las nubes y las gotas de lluvia, originando ácidos muy corrosivos. Problemas: Erosión del suelo, Afecciones en hojas, dificultando la fotosíntesis, Corrosión de estructuras. Efectos del Calentamiento Global: - Cambios climáticos muy rápidos. - Deshielo progresivo de los casquetes polares, con la subsecuente elevación del nivel de los océanos. - Disminución de los glaciares. - Alteración del ciclo hidrológico, por mayor evaporación del agua. sequías de 5% a 50% para el 2050. - Afectados los bosques tropicales y la diversidad ecológica, sobre todo en las mismas zonas polares. - Aumento de enfermedades tropicales, por aumento de temperatura planeta que obliga insectos a migrar. - Contaminación de acuíferos, recesión de costas y tierras húmedas - Disminución del suministro de agua dulce. - Mayor frecuencia de desastres naturales, como huracanes, tornados y maremotos. - Olas de calor en algunos lugares del planeta. - Aumento de las zonas desérticas. - Cambios en los ecosistemas de corales. - No sólo está cambiando la temperatura del planeta, sino también la del mar. ¿Qué podemos hacer? - Ahorrar agua y luz eléctrica. - Utilizar medios de transporte masivos. - Planificar adecuadamente los sistemas de transporte en las ciudades. - Evitar el uso de energía en calefacción y aire acondicionado, en la medida que sea posible. - Desarrollar políticas gubernamentales para implementar nuevas formas de generación energética. - Diversificar la matriz energética - Aplicar leyes que sancionen el desperdicio de energía, agua y el daño al ambiente. - Tomar la decisión de disminuir ciertos estándares de comodidad. **[Termoeléctricas: ]**En este tipo de generación se convierte la energía química de un combustible en energía eléctrica. Todas las centrales térmicas constan, en su forma más simple, de una [caldera y de una turbina] que mueve un [generador eléctrico]. (El calor llo proporciona la quema del combustible, ya sea [carbón, fuel o gas].) **El rendimiento de estos sistemas no suele sobrepasar el 33%** **[Hidroeléctricas]**: Son centrales que generan electricidad mediante la energía potencial del agua embalsada en una presa. La generación de energía eléctrica se produce al dejar caer el agua desde una cierta altura; esta agua mueve los álabes de una turbina que, a su vez, acciona un generador, produciendo electricidad. [**Nucleares**:] Una central nuclear de fisión, emplea eléctrica elementos químicos pesados, como el **uranio o el plutonio**, los cuales, mediante una reacción nuclear, proporcionan calor. calor se emplea para producir vapor y el resto de los procesos en la central son análogos a los de una central térmica convencional CENTRALES DE ENERGÍAS RENOVABLES **[Parques eólicos]**: Aprovecha las corrientes de aire para la generación de energía. se considera una "energía limpia": - no requiere una combustión que produzca residuos contaminantes - ni destruir recursos naturales. **[Solares fotovoltaicos]**: Los paneles solares fv transforman la **radiación solar directamente en electricidad**. Las plantas o centrales sfv están constituidas por una serie de paneles fv conectados **en serie y/o en paralelo**, que vierten la electricidad producida a la red eléctrica. **[Solares térmicas de alta temperatura]**: Utilizan el calor de la radiación solar para **calentar un fluido y producir vapor** para mover un generador, como en una central térmica convencional, pero en la que el combustible es el Sol **[Centrales marinas/maremotrices]**: aprovechan los cambios de altura de las mareas para mover las turbinas, mientras que las de olas utilizan el movimiento de éstas con el mismo fin.  **[Centrales geotérmicas]**: procede del calor interno de la Tierra. El calor concentrado en el interior tiende a escapar de forma natural como ocurre en las **fuentes hidrotermales o en los géiseres**. extraer de perforaciones en yacimientos localizados en el subsuelo. Imagen que contiene captura de pantalla Descripción generada con confianza muy alta **EL Sol como fuente de energía** El Sol, de forma directa o indirecta, es el origen de todas las energías renovables, exceptuando la energía mareomotriz y la geotérmica. Radiación solar llega a nuestro planeta de dos formas distintas: **[Radiación directa:]** llega directamente del Sol; sin haber incidido con nada por el camino y, haberse desviado ni cambiado de dirección. Es la que produce las sombras. Tipo de radiación predominante en un día soleado.  **[Radiación difusa:]** llega después de haber incidido con cualquier elemento de la atmósfera (polvo, nubes, contaminantes, etc.), por lo que ha cambiado de dirección. Tipo de radiación predominante en un día nublado. **[Radiación reflejada o albedo:]** es la reflejada por la superficie terrestre; en **las zonas con nieve, con agua** (como cerca del mar o de una presa).  **[La radiación global:]** radiación directa + radiación difusa. El Sol puede aprovecharse energéticamente de dos formas conceptualmente diferentes: - **[Como fuente de calor:]** energía solar térmica de baja y media temperatura.  **[Como fuente de electricidad:]** energía solar fotovoltaica y solar térmica de alta temperatura. Funcionamiento: la radiación solar se capta y el calor se transfiere a un fluido (generalmente agua o aire). El colector es el elemento que capta la energía solar. Normalmente consta de los siguientes elementos: - Cubierta frontal transparente, por lo general vidrio.  - Superficie absorbente, por donde circula el fluido de color negro. - Aislamiento térmico, para evitar las pérdidas de calor.  - Carcasa externa, para su protección. basa su funcionamiento en el efecto invernadero: la **radiación solar** --**rayos solares-- (onda corta**) incide en el vidrio y es absorbida por una superficie que se calienta, **calor --radiación térmica-- (onda larga**); no obstante, onda no puede atravesar el vidrio, se queda atrapada dentro del colector. Tipos de energía solar térmica **1.- Baja temperatura:** (aplicaciones de \< 90 ºC), como, por ejemplo, la producción de agua caliente sanitaria (ACS) para viviendas y polideportivos, apoyo a la calefacción de viviendas, calentamiento de agua para piscinas, etc. **2.- Media temperatura:** (aplicaciones 80 ºC - 250 ºC), calentamnto procesos indstrls y desalinización de agua de mar. **3.- Alta temperatura:** (aplicaciones \> 250 ºC) generación de vapor para la producción de electricidad **1.-Sistemas de circulación forzada:** para hacer circular el agua entre el colector y el acumulador se utiliza una bomba se hace necesario un aporte externo de energía. **2.-Sistemas termosifón:** Este tipo de sistemas funcionan sin aporte externo de energía, ya que aprovechan el denominado efecto termosifón Las tres tecnologías solares térmicas (de alta temperatura) que se utilizan para la generación de electricidad: **[1.-Sistema solar con torre central receptor con heliostatos:]**  **Serie de espejos** (denominados heliostatos) que reflejan los rayos solares hacia una torre central, concentrando la radiación solar en un solo punto, temperaturas llegar a los 1000 ºC. Diversos tamaños, desde 0,5 a 10 MW. **[2.- Colectores cilindro-parabólicos]** un **espejo cilindro-parabólico** que refleja la radiación solar sobre un tubo de vidrio temperaturas de 400 ºC, y se producir vapor alimenta una turbina y genera energía eléctrica **[3.-Discos parabólicos (stirling)]** constituidos por **espejos parabólicos** en cuyo foco se sitúa el receptor solar. capaz de producir 10 kW. sistemas con una potencia que va desde 7 kW hasta 50 kW Aplicaciones de la energía solar térmica: - **Agua caliente sanitaria (ACS) doméstica:** 45 ºC. - **Climatización de piscinas:** 26 ºC. - **Sistemas combinados de ACS y calefacción:** 45 ºC para el ACS y 65 ºC para su uso en calefacción - **Secado sola** - **Cocinas solares** - **Refrigeración solar** - **Aplicaciones en industrias**: - **Desalinización solar:** la destilación solar ha sido utilizada tradicionalmente en lugares con escasez de agua y alto índice de radiación solar, como en desiertos.  - **Producción de electricidad:** temperaturas de 1000 ºC.  **Las características generales** que debe reunir un captador solar térmico son: - Resistente a las condiciones exteriores (ambientes marinos, polvo nieve, granizo, etc.). - Resistencia a temperaturas altas y bajas. - Estable y duradero. - Fácil de montar. - Eficiente conversión de energía. Los intercambiadores de calor sirven para **transferir la energía térmica** entre diferentes fluidos, que se mantiene separados entre sí. instalaciones pequeñas, **hasta unos 10 m^2^ de captadores** El método f-Chart, también conocido como el método de las curvas f, es una herramienta que permite estimar el desempeño promedio a largo plazo de un sistema solar térmico **Energía solar fotovoltaica** Descubrimiento del efecto fotovoltaico del Si en 1941 Primera célula solar fotovoltaica en 1954 gracias a Chapin, Fueller y Pearson Células solares: Unidad principal del módulo fotovoltáico. Funcionamiento basado en la formación de uniones entre semiconductores con distintos voltajes Al poner en contacto un tipo n con un tipo p: los e- de n se difunden a p, los huecos de p se difunden a n. Aparece una diferencia de potencial entre ambas regiones (0,5V para Si) Efecto fotovoltáico: Conversión directa de radiación electromagnética en corriente eléctrica mediante una célula Tipos de células solares: - De Silicio monocristalinas (c-Si) - De Silicio policristalinas (mc-Si) - De capa delgada: Silicio amorfo, CuInSe~2~/CdS y CdTe/CdS \[Presentan bajas eficacias (6-8%)\] Instalación fotovoltaica: Según potencia: \- Instalación pequeña 1-5kW \- Instalación mediana 5-100 kW \- Instalación grande 100 kW- 1 MW \- Centrales fotovoltaicas 1- 50 MW Según autonomía: \- Instalaciones autónomas de la red eléctrica: señalización, aplicaciones agrícolas, electrificación doméstica \- Instalaciones conectadas a la red eléctrica **Componentes de un sistema fotovoltaico** - Sistema de captación de energía - Sistema de acumulación de energía - Sistema de regulación - Sistema de adaptación del suministro eléctrico. Energía Eólica Forma indirecta de energía solar, las diferencias de temperatura y presión en la atmósfera por absorción de la radiación generan el viento. **Las zonas más favorables[, regiones costeras] y grandes estepas (**grandes extensiones de terreno con clima semiárido o seco**), donde hay vientos constantes, velocidad media \>30 Km/h** Depende de: la densidad del aire, del área de barrido del rotor y de la velocidad del viento. Variables a tener en cuenta: - Velocidad media del viento y distribución de frecuencias de la velocidad - Distribución de frecuencias en las diferentes direcciones **(rosa de vientos)** - Variación del viento con la altura - Valores extremos (ráfagas). ¿Cómo funciona un aerogenerador de eje horizontal? Torre Rotor Multiplicador (50 veces más rápido) Generador Sistema hidráulico Sistema eléctrico Anemómetro y veleta +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Ventajas | Inconvenientes | +===================================+===================================+ | - Fuente de energía segura y | - Impacto visual: su | | renovable. | instalación genera una alta | | | modificación del paisaje | | - No produce emisiones a la | | | atmósfera ni genera residuos, | - Impacto sobre la avifauna: | | salvo los de la fabricación | principalmente por el choque | | de los equipos y el aceite de | de las aves contra las palas, | | los engranajes | efectos desconocidos sobre | | | modificación de los | | - Se trata de instalaciones | comportamientos habituales de | | móviles, cuya desmantelación | migración y anidación | | permite recuperar totalmente | | | la zona | - Impacto sonoro: el roce de | | | las palas con el aire produce | | - Rápido tiempo de construcción | un ruido constante, la casa | | (inferior a 6 meses) | más cercana deberá estar al | | | menos a 200 m. (43dB(A)) | | - Es una buena fuente de | | | energía para sitios aislados. | - Imposibilidad de ser zona | | | arqueológicamente interesante | | - Su instalación es compatible | | | con otros muchos usos del | - Fuente de energía aleatoria e | | suelo | intermitente, resulta | | | arriesgado depender de ella | | | si no se cuenta con algún | | | sistema que la acumule | +-----------------------------------+-----------------------------------+ Biomasa Es aquella materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los residuos y desechos orgánicos, susceptible de ser aprovechada energéticamente. La biomasa se caracteriza por tener un bajo contenido de carbono, un elevado contenido de oxígeno y compuestos volátiles y son los que concentran una gran parte del poder calorífico de la biomasa. - 3000 -- 3500 kcal/kg para los residuos ligno -- celulósicos - 2000 -- 2500 kcal/kg para los residuos urbanos - 10000 kcal/kg para los combustibles líquidos provenientes de cultivos energéticos. +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Ventajas | Inconvenientes | +===================================+===================================+ | - fuente de energía renovable. | - Requiere espacio | | | | | - Neutral respecto a las | - Destinan amplias zonas | | emisiones de carbono | forestales o silvícolas, | | | destruyendo hábitats de gran | | - Mínimo precio | valor ecológico. | | | | | - La biomasa es abundante | - En ciertas zonas y en ciertas | | | condiciones, la extracción de | | - No aumenta los GEI | biomasa puede ser cara. | +-----------------------------------+-----------------------------------+ Tipos de biomasa: [Biomasa Seca:] obtenerse en forma natural con un tenor de **humedad \< 60%**, como la leña, paja, etc. Se presta mejor a ser utilizada energéticamente mediante [procesos termoquímicos y fisicoquímicos] [Biomasa Húmeda:] **humedad \> 60%,** como por ejemplo en los restantes vegetales, residuos animales, vegetación acuática, etc. Resulta especialmente adecuada para su tratamiento mediante [procesos químicos, o procesos físicos] **Procesos de la conversión de la biomasa en energía:** [Procesos termoquímicos: ] - Combustión: Las tecnologías utilizadas para la combustión directa de la biomasa son desde el sencillo fogón a fuego abierto (aún utilizado en vastas zonas para la cocción de alimentos) hasta calderas de alto rendimiento utilizadas en la industria. - Gasificación: Consiste en la quema de biomasa (fundamentalmente residuos foresto industriales) en presencia de oxígeno, en forma controlada, de manera de producir un gas combustible denominado "gas pobre" por su bajo contenido calórico - Pirólisis: Consiste en la descomposición de la biomasa por acción del calor y ausencia del oxígeno, para obtener como producto una combinación variable de combustibles sólidos (carbón vegetal o bio-char), líquidos (efluentes piroleñosos o bio) y gaseosos (gas pobre) [Procesos Bioquímicos:] se basan en la degradación de la biomasa por la acción de microorganismos, y pueden dividirse en dos grandes grupos: los que se producen en ausencia de aire (anaeróbicos) y los que se producen en presencia de aire (aeróbicos). - Proceso Anaeróbicos: microorganismos descomponen material biodegradable en ausencia de oxígeno. carbono y el metano **\[hidrolizar -\> acidogénicas -\> acético -\> metanogénicas\]** - Proceso Aeróbico: La fermentación aeróbica de biomasa de alto contenido de azúcares o almidones da origen a la formación de alcohol (etanol) Ejem: la caña de azúcar, mandioca, sorgo dulce y maíz  BIOGAS -- relacionado a la biomasa es una mezcla de diferentes gases producidos por el proceso de digestión anaeróbica. Su composición beneficios de la misma son: - Reducción significativa de malos olores. - Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero - Obtención de Minerales. - Producción de energía renovable (eléctrica y térmica)  *Biodigestor:* tanque cerrado, hermético e impermeable dentro se deposita materia orgánica para su degradación. BIODIESEL Biocombustibles: aquel combustible de origen biológico que *no se ha fosilizado.* la paja, la madera, el carbón vegetal, los aceites combustibles fósiles: PETRÓLEO, GAS NATURAL Y CARBÓN **biocombustibles líquidos: Estos se pueden obtener de tres tipos de cultivos** **Biosintesis del Etanol** **GLUCOSA** Glucólisis **PIRUVATO** Piruvato descarboxilasa. Mg2+. Pirofosfato de tiamina **ACETALDEHIDO + CO2** Alcohol deshidrogenasa.NADH2 **ETANOL** HIDRAULICA ***Norias*** -\> ***primer molino de agua -\> Ruedas hidráulicas -\> rueda hidráulica de eje vertical -\>*** ***turbinas radiales***. En 1860, Pelton ideó una turbina para aprovechar ***grandes saltos de agua***. *energía hidráulica*: aquella energía que tiene el agua cuando se mueve a través de un cauce o río **debido al desnivel** del terreno o potencial que se transforma en energía cinética.  **según** por el cauce de un río, y aquellas otras a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano. Se denominan: **Centrales de agua fluente (energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella)**, Centrales de agua embalsada, (es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.} Centrales de Regulación, (servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo) Centrales de Bombeo. (Acumulan caudal mediante bombeo) **Según la altura del salto** de agua o desnivel existente: Centrales de Alta Presión, (salto hidráulico \> 200 m de altura. Los caudales pequeños, 20 m3/s por máquina) Centrales de Media Presión, (200-20 metros & 200 m3/s por turbina.) Centrales de Baja Presión (saltos hidráulicos \< 20 m & caudal \> 300m3/s) Micro hidráulica si la central es menor de 1 MW. Mini hidráulica si la central tiene entre 1 y 5 MW. Pequeña central si la central tiene entre 5 y 30 MW. +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Ventajas | Inconvenientes | +===================================+===================================+ | - Es renovable | - Los costos por kW instalado | | | son muy altos. | | - No se consume. Se toma el | | | agua en un punto y se | - Como las plantas están lejos | | devuelve a otro a una cota | de los centros de consumo las | | inferior. | inversiones crecen adicional | | | a la central hidroeléctrica. | | - Es autóctona y, por | | | consiguiente, evita | - La construcción lleva más | | importaciones del exterior. | tiempo que una central | | | termoeléctrica. | | - Es completamente segura para | | | personas, animales o bienes. | - La disponibilidad fluctúa | | | durante las diferentes | | - No genera calor ni emisiones | estaciones del año, año con | | contaminantes (lluvia ácida, | año. | | efecto invernadero...) | | | | - **Las represas: obstáculos | | - Genera puestos de trabajo en | insalvables**. Salmones y | | su construcción, | otras especies que tienen que | | mantenimiento y explotación. | remontar los ríos para | | | desovar se encuentran con | | - Genera experiencia y | murallas que no pueden | | tecnología fácilmente | traspasar. | | exportables a países en vías | | | de desarrollo. | - **\"Contaminación\" del | | | agua**. El agua embalsada no | | - | tiene las condiciones de | | | salinidad, gases disueltos, | | | temperatura, nutrientes, y | | | demás propiedades del agua | | | que fluye por el río. | | | | | | | | | | | | - **Privación de sedimentos al | | | curso bajo**. Los sedimentos | | | se acumulan en el embalse | | | empobreciéndose de nutrientes | | | el resto de río hasta la | | | desembocadura. | | | | | | - En muchos casos inunda | | | poblaciones, que tienen que | | | ser desplazadas con el | | | consiguiente problema para | | | sus habitantes | | | | | | - Esta energía depende de las | | | precipitaciones en forma de | | | lluvia, nieve etc., del | | | caudal del río, de la | | | corriente etc. En los sitios | | | o zonas donde el clima es | | | seco acumulan el agua de la | | | temporada lluviosa para | | | después proporcionarla a la | | | central hidráulica en la | | | temporada seca. | | | | | | - Sus instalaciones son muy | | | costosas. | +-----------------------------------+-----------------------------------+ **HIDROELECTRICAS EN EL ECUADOR** A finales de 1998 concluyó la vida Institucional del Instituto Ecuatoriano de Electrificación (INECEL) que, a lo largo de 37 años de actividades había edificado el sector eléctrico del Ecuador. Después de la extinción del INECEL, se crearon empresas de generación eléctrica como: Hidropaute, Hidroagoyán, Hidropucará, Electroguayas, Termopichincha, y una de transmisión; Transelectric. Como resultado del nuevo esquema administrativo y de gestión, sobrevino un estancamiento del sector eléctrico ecuatoriano, que se reflejó en la falta de obras de generación. Entre las prioridades actualmente establecidas por el Gobierno Nacional, dentro del Plan Nacional para el Buen vivir, se contempla una profunda modificación de la matriz energética, para reducir la participación del petróleo y sus derivados, y propiciar el uso intensivo de las fuentes renovables de energía primaria, entre las que se destaca la hidroeléctrica. Se ha previsto reducir en 10 puntos porcentuales (de 92% a 82%), la participación del petróleo en la oferta energética, en favor de las fuentes de energía renovable, que se incrementarán de 9 a 24 millones de Barriles Equivalentes de Petróleo (BEP). ENERGÍA GEOTÉRMICA **energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra** Este calor interno calienta hasta las capas de agua más profundas: al ascender, el agua caliente o el vapor producen [géiseres o las fuentes termales], utilizadas para calefacción desde la época de los romanos. Hoy en día, los progresos en los [métodos de perforación y bombeo] permiten explotar la energía geotérmica Ventajas Inconvenientes ---------- ---------------- Cómo funciona **Partes de la central geotérmica** **Preguntas que me acuerdo** 1.Historia de las Energías Renovables en Ecuador 2.Funcionamiento de una turbina 3.La mejor energía renovable y como pueden ser aplicadas en Ecuador 4.Tres formas de afrontar la emergencia de la energía eléctrica en Ecuador 5.Qué energía renovable sustituye a las de combustibles fósiles Ninguna puede sustituir esa matriz energética pero las hidroelectricas no son la mejor opción y deberíamos migrar de esas 6.Donde recomiendan poner un colector solar en Ecuador y por qué? 7\. Definición de: Enzima, Protozoo, Metabolito, Eucariota 8\. Crecimiento de microorganismos: Fase **Latente -\> Exponencial -\> Estacionaria -\> Endógena**