Tema 3. Energias renovables

Tema 3. Energias renovables

1. Contaminantes

2. No contaminantes

   • Hidraulica
     • Es la energía del agua cuando se mueve a través de un cauce (energía cinética) o cuando se encuentra embalsada a cierta altura (energía potencial). Cuando se deja caer el agua, la energía potencial se transforma en energía cinética que puede mover unas turbinas que a su vez mueven un generador eléctrico.
     • Componentes
       • Embalse
         • Embalse: es la acumulación de agua que se logra obstruyendo el cauce de un rio. Para retenerla se construye un muro grueso de hormigón llamada presa.
         • Tipos
           • Presa de gravedad
             • Suele ser recta o un poco cóncava y con su peso contrarresta el empuje del agua. Su sección transversal es triangular.
           • Presa de boveda
             • Son de forma convexa y sus extremos se apoyan en las laderas de montañas, de manera que el empuje del agua se transmite a las laderas de las montañas.
       • Compuertas
         • Es una placa móvil que al levantarse deja pasar el agua cuando hay agua en exceso. El agua que evacua no pasa por la sala de máquinas.
       • Tuberias
         • Suele estar colocada a 1/3 de la altura de la presa para que los fangos y lodos no sean arrastrados a las turbinas.
       • Sala de maquinas
         • Albergan las turbinas y el alternador.
         • Turbinas
           • Es un motor rotativo que transforma la energía cinética del agua en energía mecánica de rotación. Las más utilizadas son las Kaplan y Pelton.
           • Turbina Kaplan
             • Es una turbina de eje vertical que lleva 5 ó 6 aspas encerradas en una cámara cilíndrica por cuya parte superior llega el agua. Tienen un rendimiento entre el 93 y 95 %.Están diseñadas para trabajar con saltos de agua pequeños y con grandes caudales.
           • Turbina Pelton
             • Es una rueda en cuya periferia se colocan una Especies de cucharas. Las cucharas reciben el agua en un sentido y la expulsan en sentido contrario. Tienen un rendimiento del 90 %.Están diseñadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeños.
         • Alternador-generador
           • Va unido al eje de la turbina y es una máquina eléctrica que transforma la energía mecánica de rotación en energía eléctrica (es un motor a la inversa). Consiguen una corriente alterna de 20.000 V.
       • Transformadores
         • Elevan la tensión de salida del alternador hasta 400.000 V (alta tensión)
       • Lineas de transporte
         • Llevan la corriente eléctrica producida hasta los centros de consumo.
     • Potencia y energia
       • Energia
         • La energía está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.
       • Potencia
         • La potencia, que está en función del desnivel de agua y del caudal, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación.
     • Impacto ambiental
       • 1
         • Los embalses de los sistemas a gran escala inundan extensas regiones, destruyen hábitats de la vida silvestre, desplazan pobladores, disminuyen la fertilización natural de los terrenos agrícolas situados agua abajo de la presa.
       • 2
         • No producen emisiones de dióxido de carbono ni contaminantes del aire atmosférico.
     • Tipos de centrales
       • Minicentrales
         • En España hay actualmente 1135 minicentrales. Su producción está en pequeños pueblos.
         • Centrales "de agua fluyente".
         • Centrales "a pie de presa".
       • Grandes centrales
         • Se sitúan en las cuencas de los ríos con caudales grandes.
         • De bombeo mixtas
         • De bombeo puro
   • Energia solar
     • La energía solar es un tipo de energía renovable que convierte la energía del sol en otra forma de energía (térmica, eléctrica)
     • Tipos
       • Energía solar térmica
         • Es usada para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
         • Colectores planos
         • Horno solar
         • Invernaderos
       • Energía solar termoeléctrica
         • Es usada para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico).
         • Campo de heliostatos
         • Colectores cilindro- parabólicos
       • Energía solar eléctrica
         • Es usada para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.
         • Placas fotovoltaicas
     • Energía solar térmica de baja temperatura
       • Colectores o captadores planos
         • Son cajas metálicas en cuyo interior van una serie de tubos, pintados de color negro mate (absorben la radiación) y por los que circula agua que será calentada. En la parte superior llevan un cristal, que permite el paso de los rayos y hace de aislante con el exterior. El interior va aislado térmicamente mediante fibra de vidrio o poliuretano. Es la utilizada en los tejados de las viviendas y edificios comerciales, para calentar agua directamente con la radiación solar, y utilizarla para calefacción o agua caliente sanitaria.. Se llaman de baja temperatura porque el agua no alcanza más de los 80 grados centígrados. Cuando el colector va aislado en su interior mediante el vacio, se consiguen temperaturas de hasta 120oC. Se emplea para usos industriales, en los que se necesita agua a alta temperatura.
       • Invernaderos
         • Los plásticos o vidrio permiten la entrada de radiaciones electromagnéticas, que quedan retenidas al intentar salir, provocando un aumento de temperatura.
     • Energía solar térmica de alta temperatura
       • Horno solar
         • Se concentran los rayos mediante espejos reflectantes. Una primera serie de filas de espejos orientables, recogen los rayos solares y los transmiten hacia una segunda serie de espejos "concentradores" que forman la enorme parábola en un edificio principal. Se pueden obtener temperatura muy elevadas, hasta 4000oC. Principalmente se utilizan en investigación, como el caso de fusión de materiales.
     • Energía solar termoeléctrica de media o alta temperatura
       • Este tipo de energía se presenta en forma de grandes centrales de, como mínimo 10Mw de potencia. Las temperaturas alcanzadas en estas centrales van desde los 300oC, hasta los 800oC, por tanto estas centrales no pueden trabajar con agua líquida, y lo hacen normalmente con aceites térmicos, y en algún caso experimental con vapor de agua.
       • Campo de heliostatos
         • La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de heliostatos, que son espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido en una caldera. El fluido es un aceite térmico (preparado para altas temperaturas). Este aceite caliente, va a un intercambiador de calor donde pasa sus calorías al agua, este agua se evapora, formando vapor de agua caliente, que mueve una turbina-alternador de vapor que genera electricidad. El fluido es condensado en un aerocondensador para repetir el ciclo.
       • Colectores cilindro-parabólicos
         • La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos de forma parabólica que concentran los rayos solares en una tubería que lleva un aceite térmico. El fluido transmite el calor desde los colectores hasta un intercambiador de calor donde pasa sus calorías al agua, este agua se evapora, formando vapor de agua caliente, que mueve una turbina-alternador de vapor que genera electricidad.
     • Energía solar eléctrica
       • Placas fotovoltaicas
         • La energía solar fotovoltaica es la energía obtenida por la radiación electromagnética del sol al convertirse la luz en energía eléctrica de corriente continua. Las células fotovoltaicas Son dispositivos formados por metales sensibles a la luz (diodos semiconductores) que desprenden electrones cuando los fotones inciden sobre ellos. Cada célula es capaz de generar una corriente de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 Voltios. Hay que tener en cuenta que una sola célula produce poca electricidad, por lo que en cada módulo fotovoltaico se montan varias células en serie, y luego a mayor escala, estos módulos se agrupan de cara a formar un generador fotovoltaico, con el que se consigue una potencia y corriente suficiente para suministrar energía a las demandas que se requieran. La corriente eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico llamado inversor e inyectar en la red eléctrica (para venta de energía) o bien en la red interior (para autoconsumo).
   • Energia eolica
     • La energía eólica procede de la energía del sol (energía solar), ya que son los cambios de presiones y de temperaturas en la atmósfera los que hacen que el aire se ponga en movimiento, provocando el viento, que los aerogeneradores aprovechan para producir energía eléctrica a través del movimiento de sus palas (energía cinética). Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), y que no supere los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada. Los aerogeneradores están formados por: palas (suelen ser tres), rotor, tren multiplicador de velocidad (caja de engranajes que convierte la baja velocidad de giro y alta potencia del eje principal en una mayor velocidad de giro a costa de la potencia), generador eléctrico (es donde el movimiento mecánico del rotor se transforma en energía eléctrica) y controlador electrónico (permite el control de la correcta orientación de las palas del rotor y también en caso de cualquier contingencia como sobrecalentamiento del aerogenerador lo para) El eje del rotor gira a velocidades de entre 22 y 64 r.p.m., según el modelo de aerogenerador y las condiciones de viento. Sin embargo un motor estándar de generación eléctrica necesita velocidades de giro de entorno a las 1500 r.p.m., por lo que es necesario un multiplicador que aumente la velocidad de giro transmitida.
     • Aeroturbinas de eje vertical
       • Sus principales ventajas son que no necesita un sistema de orientación y que el generador y tren multiplicador, son instalados a ras de suelo, lo que facilita su mantenimiento y disminuyen sus costes de montaje. Sus desventajas frente a otro tipo de aerogeneradores son sus menores eficiencias. Las palas de este aerogenerador están girando en un plano paralelo al suelo.
     • Impacto ambiental
       • No producen emisiones de dióxido de carbono ni contaminantes del aire atmosférico. Impacto visual cuando se trata de grandes instalaciones, pudiendo además afectar al ecosistema (principalmente a las aves).
     • Aeroturbinas de eje horizontal
       • Tienen una mayor eficiencia energética y alcanzan mayores velocidades de rotación por lo que necesitan un tren de engranajes con menor relación de multiplicación de giro, además debido a la construcción elevada sobre torre aprovechan en mayor medida el aumento de la velocidad del viento con la altura. Llevan el tren de potencia en la parte superior junto al eje de giro de la turbina eólica. Las palas de este aerogenerador están girando en un plano perpendicular al suelo.
   • Energia de biomasa
     • El término biomasa se refiere a toda la materia orgánica que proviene de árboles, plantas y desechos de animales que pueden ser convertidos en energía; o las provenientes de la agricultura (residuos de maíz, café, arroz), del aserradero (podas, ramas, aserrín, cortezas) y de los residuos urbanos (aguas negras, basura orgánica y otros. El aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo, por combustión), o por transformación en otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde como combustibles o alimentos. Por su naturaleza, la biomasa tiene una baja densidad relativa de energía; es decir, se necesitan grandes volúmenes para producir potencia, en comparación con los combustibles fósiles, Por eso, es necesario transformarla en un combustible de mayor poder calorífico.
     • Extracción directa
       • Se basa en el hecho de la existencia de ciertas especies vegetales que producen en su metabolismo hidrocarburos o compuestos muy hidrogenados, con un poder calorífico elevado. Su obtención se lleva a cabo mediante la extracción (aplastamiento) y añadiéndoles ciertos compuestos químicos.
     • Proceso de transformación de la biomasa seca
       • Combustión
         • El proceso se lleva a cabo con aire abundante. Al quemar la biomasa en presencia de oxígeno, se desprende calor; éste puede emplearse directamente en viviendas, granjas, industrias, etc. Incluso la biomasa, previamente prensada en forma de briquetas, puede servir como sustituto del carbón o del petróleo en las centrales térmicas, sin más que realizar pequeños cambios en la instalación. La biomasa seca da unos rendimientos muy altos, sin embargo, conforme va aumentando el grado de humedad de la biomasa, se reduce notablemente su rendimiento.
       • Pirolisis
         • Si la combustión se realiza en ausencia de aire, la materia orgánica se descompone debido al calor. Se obtienen hidrocarburos, alcoholes, carbón y alquitrán.
       • Gasificación
         • cuando la combustión se hace con poco aire, se produce CO, CO2, H2 y metano. A esta mezcla se le denomina gas pobre. Se utiliza en algunos motores. Cuando se emplea como comburente oxígeno puro, el resultado es una mezcla de CO, H2 e hidrocarburos, que se denomina gas de síntesis. Lo importante de este gas es que se tiene la posibilidad de transformarlo en combustible líquido (metanol y gasolina)
     • Proceso de transformación de la biomasa húmeda
       • Fermentación alcoholica
         • Cualquier producto que contenga azúcares y almidón se puede transformar en alcohol etílico, mediante la acción de levaduras y hongos. Puede usarse como carburante en motores en sustitución de la gasolina.
       • Fermentación anaerobia
         • Tiene lugar en ausencia de oxígeno y mediante la acción de determinadas bacterias. Se obtiene un biogás (metano y CO2). Puede usarse como carburante en motores o como combustible para la obtención de calor.
     • Impacto ambiental
       • Producen emisiones de dióxido de carbono monóxido de carbono y humus.
   • Energia geotérmica
     • La energía geotérmica se puede utilizar para climatizar y obtener agua caliente sanitaria de forma ecológica. La climatización geotérmica cede o extrae calor de la tierra, según queramos obtener refrigeración o calefacción, a través de un conjunto de colectores enterrados en el subsuelo por las que circula una solución de agua con glicol. La climatización geotérmica funciona de la siguiente manera: para refrigerar un edificio en verano, el sistema geotérmico transmite el calor excedente del interior de la edificación al subsuelo. Por otra parte, en invierno el equipo geotérmico permite calentar un edificio con el proceso inverso: extrayendo calor del suelo para transmitirlo a la edificación por medio de los colectores.
     • Producción de energia geotérmica
       • La conversión de la energía geotérmica en electricidad consiste en la utilización de un vapor, que pasa a través de una turbina que está conectada a un generador, produciendo electricidad. El principal problema es la corrosión de las tuberías que transportan el agua caliente.
     • Impacto ambiental
       • Impacto visual cuando se trata de grandes instalaciones, pudiendo además afectar al ecosistema.
   • Energia mareomotriz
     • La energía mareomotriz se produce gracias al movimiento generado por las mareas, esta energía es aprovechada por turbinas, las cuales a su vez mueven la mecánica de un alternador que genera energía eléctrica, finalmente este último está conectado con una central en tierra que distribuye la energía hacia la comunidad y las industrias.
     • Impacto ambiental
       • No tienen apenas impacto ambiental.