2.1. Fuentes de energía
Fuentes de energía.
¿Que es una fuente de energía?
-Son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad puede obtener energía utilizable en sus actividades.Por ejemplo el viento, el agua y el sol, entre otros.
¿ Cuantos tipos o clases de energía hay hoy en la actualidad?
- ENERGÍA EÓLICA
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La energía eólica es la que se obtiene del viento, 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.
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 climatologías siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.
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-ENERGÍA GEOTÉRMICA
La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotérmico, el calor radio génico, etc.
Se obtiene energía geotérmica por extracción del calor interno de la Tierra. En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas basales o dentro de rocas sedimentarias. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor (flashing). El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente rentable.
ENERGÍA HIDRÁULICA
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: 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: Esta debe estar 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. 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 bahía.
ENERGÍA NUCLEAR
Una central nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.
Estas centrales constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas de minerales con algún elemento fósil (es decir, que puede fisionarse) o fértil (que puede convertirse en fósil por reacciones nucleares), usualmente uranio, y en algunos combustibles también plutonio, generado a partir de la activación del uranio. En el proceso de fisión radiactiva, se establece una reacción que es sostenida y moderada mediante el empleo de elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada. La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo. A cambio, no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto invernadero, ni precisan el empleo de combustibles fósiles para su operación. Sin embargo, las emisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos (se denomina gestión a todos los procesos de tratamiento de los residuos, incluido su almacenamiento) no son despreciables. |
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ENERGÍA SOLAR FOTO VOLTAICO
La energía solar fotovoltaica es la obtención de energía eléctrica a través de paneles foto voltaicos Los paneles, módulos o colectores foto voltaicos 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 foto diodos 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 foto voltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica.
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 climatologías.
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 climatologías 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.
ENERGÍA TERMOELÉCTRICA
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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. 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.
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 helióstato Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser útiles para otros usos (agrícolas, forestales, etc.).
¿ Cual es el uso de cada tipo de energía?
- Usos de la energía eólica
En principio, la energía eólica podría aplicarse a
cualquier uso final puesto que la energía del viento es
transformada y entregada a través del eje de la turbina
en forma de energía mecánica, la cual eventualmente
podría utilizarse de muchas formas de acuerdo a la
necesidad que se presente.
Como vimos, los principales usos de este recurso
energético han sido: bombeo de agua, molienda de
granos y generación de electricidad. Podemos decir
que las dos primeras aplicaciones tienen muchos años
en la historia de la humanidad, mientras que la
generación de electricidad es un tema de mucha
importancia actual.
El mayor aporte de la energía eólica en bombeo de
agua ha sido para uso doméstico y abrevar ganado.
Miles de pequeñas granjas en diversas partes del
mundo y en especial en los estados Unidos, Australia,
etc., pueden confirmar esto; mientras que el bombeo
de agua con fines de irrigación ha tenido una
aplicación limitada, inclusive en los últimos años, en
los que ha merecido una atención importante por parte
de los grupos de desarrollo y cooperación técnica
internacional.
La molienda de granos utilizando molinos de viento
actualmente ha pasado a segundo plano.
USO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
Esta energía ya existía mucho antes de que las
personas le adjudicaran un nombre. Donde existían
aguas termales o fuma rolas naturales, la gente las
utilizaba para cocinar sus alimentos, darse baños con
agua caliente, y calentar viviendas, invernaderos y
establos; los minerales que contienen las aguas
termales se utilizaban con fines médicos. En el siglo
XIX la energía geotérmica se empezó a aprovechar
industrial mente con los avances tecnológicos de esta
época. El fundador de la industria geotérmica fue el
francés Francois Larderel; él fue quien utilizó los
líquidos en un proceso de evaporación en lugar de
quemar la madera y de esta forma dió inicio a lo que
hoy conocemos como la energía geotérmica.
USO DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA
Las finalidades de las represas de embalse son; la provisión de agua y para usos de energía hidráulica domésticos y sanitarios. Otros de los usos de la energía hidráulica muy importante para la vida en una comunidad es el riego, la navegación, el uso industrial, obviamente el uso de la energía eléctrica, la recreación, la atenuación de crecidas. Una de las cosas de mucha importancia en cuanto al uso de la energía hidráulica, es indudablemente que para adecuar el escurrimiento de agua modificado por el funcionamiento de una central ubicada aguas arriba, se construye una represa llamada represa de compensación. La represa de nivelación, no permite la nivelación del caudal del río porque no forma un embalse, sino que asegura un nivel de agua tal que permite su descarga desde la represa por un canal o por un conducto, cerrado hacia el lugar de la utilización.
USO DE LA ENERGÍA NUCLEAR
La radiactividad natural es un fenómeno espontáneo producido por la
desintegración de los núcleos atómicos de determinados elementos,
mientras que la radiactividad artificial resulta inducida por el hombre. Ambos
procesos tienen en la actualidad importantes aplicaciones, estudiaremos:
• La producción de energía eléctrica.
• Aplicaciones industriales.
• Aplicaciones clínicas.
• Datación de fósiles.
USO DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Son dos los sistemas principales para obtener energía sistemas térmicos y sistemas fotovoltaico.
Estos sistemas se diferencian en sus distintas formas de almacenamiento y, por sus diferentes aplicaciones.
Los sistemas térmicos se utilizan en sistemas de calefacción o la obtención de agua caliente, mientras que los sistemas fotovoltaicos transforman la energía solar en electricidad.
Energía mediante agua caliente
En este sistema los paneles absorben el calor del sol, el colector, normalmente plano, transforma el calor en energía térmica, mediante el "efecto invernadero". El calor se almacena manteniendo la temperatura alta del agua que se utilizará cuando sea necesaria.
Sistema fotovoltaico
Este mecanismo puede ser de dos tipos: aislado y
conectado a la red. Los aislados están compuestos por
generadores fotovoltaicos, que producen la energía a
partir de la que reciben del Sol, y acumuladores que la
almacenan hasta el momento de su utilización.
Es necesario en ambos sistemas que los rayos incidan
perpendicularmente en los paneles. Así, al incidir en la
superficie, producen el voltaje que se aprovechará.
USO DE LA ENERGÍA TERMOELÉCTRICA
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.
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