Unidad 7: Recursos energéticos.
Conceptos generales
Carbón.
Petróleo y gas natural.
Energía nuclear
Energía hidráulica.
Energía de la biomasa.
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Energía eólica.
Energía solar.
Energía geotérmica.
Energías del mar
Bibliografía.
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7.1 Conceptos generales.
Definición de energía:
Capacidad para obrar un efecto.
Conceptos energéticos importantes:
La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra.
Aunque la energía no se pierde, se degrada de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica. En un proceso irreversible, el desorden (entropía) de un sistema aislado aumenta y no es posible devolverlo al estado anterior. Así un sistema físico aislado puede cambiar su estado a otro con la misma energía pero dicha energía es en una forma menos aprovechable.
Desde un punto de vista cotidiano, las dos leyes anteriores explican por qué las máquinas y los procesos desarrollados por el hombre funcionan con un rendimiento menor al 100%. Por ello hay que evitar el mayor número posible de transformaciones.
Otro aspecto importante es el transporte por el cual siempre se pierde energía (oleoductos, superpetroleros, camiones cisterna, líneas de alta tensión,…). Por ello la utilización de la energía cerca o en el mismo lugar donde se va a usar, es una importante fuente de ahorro energético.
En el caso concreto del transporte de la electricidad por líneas de alta tensión a grandes distancias, las líneas de corriente continua son más eficaces que las de alterna y por ello se sopesa su construcción. Además, los adelantos en la fabricación de superconductores de alta temperatura podrían suponer en un futuro no muy lejano, el transporte de electricidad a gran distancia por líneas de alta tensión sin apenas pérdidas.
Curiosidades sobre las unidades de energía.
La energía se manifiesta realizando un trabajo. Por eso sus unidades son las mismas que las del trabajo. En el SI (Sistema Internacional de Unidades) la unidad de energía es el julio. Se define como el trabajo realizado cuando una fuerza de 1 newton desplaza su punto de aplicación 1 metro.
En la vida corriente es frecuente usar la caloría. 1 Kcal = 4,186 · 103 julios. Las Calorías (con “C” y no con “c”) con las que se mide el poder energético de los alimentos son en realidad Kilocalorías (mil calorías).
Para la energía eléctrica se usa el kilovatio-hora. Es el trabajo que realiza una máquina cuya potencia es de 1 KW durante 1 hora. 1 KW-h = 36·105 J
Cuando se estudian los combustibles fósiles como fuente de energía se usan dos unidades:
tec (tonelada equivalente de carbón): es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla) 1 tec = 29,3 · 109 J
tep (tonelada equivalente de petróleo): es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de crudo de petróleo. 1 tep = 41,84 · 109 J
Historia de las fuentes de energía:
La construcción en el siglo XVIII de la máquina de vapor nos permite abandonar la Época de Fuentes Preindustriales y entrar en las Época Industrial.
Fuentes de la Época Preindustrial: Muscular, Combustión vegetal., Eólica, Hidráulica y Carbón
Fuentes de la Época Industrial: Solar, Geotérmica, Petróleo, Nuclear, Biomasa y Marina (olas, corrientes, diferencias térmicas y mareas).
Necesidades energéticas.
Con datos de 1991, el 22,6% de la población que vivimos en los países desarrollados consume el 73% de la energía comercial usada en todo el mundo. Esto se traduce en que, de media, cada uno de los habitantes de los países desarrollados usa unas diez veces más energía que una persona de un país no desarrollado. La mitad de la población mundial todavía obtiene la energía principalmente de la madera, el carbón vegetal o el estiércol.
En la actualidad, la producción de energía procede un 37% del petróleo, un 25% del carbón, un 23% del gas, un 6% de la nuclear y el restante 9% de todas las demás formas.
Curiosidades sobre la producción del petróleo.
La teoría del pico de Hubbert, también conocida como cenit del petróleo, petróleo pico o agotamiento del petróleo, es una influyente teoría acerca de la tasa de agotamiento a largo plazo del petróleo, así como de otros combustibles fósiles. Predice que la producción mundial de petróleo llegará a su cenit y después declinará tan rápido como creció, resaltando el hecho de que el factor limitador de la extracción de petróleo es la energía requerida y no su coste económico.
Aún siendo controvertida, esta teoría es ampliamente aceptada entre la comunidad científica y la industria petrolera. El debate no se centra en si existirá un pico del petróleo sino en cuándo ocurrirá, ya que es evidente que el petróleo es un recurso finito y no renovable en escalas cortas de tiempo por lo que en un momento u otro se llegará al límite de extracción. Esto depende de los posibles descubrimientos de nuevas reservas, el aumento de eficiencia de los yacimientos actuales, extracción profunda o la explotación de nuevas formas de petróleo no convencionales.
El año exacto del pico no podrá determinarse hasta que ya haya sucedido. Basándose en los datos actuales de producción, la Asociación para el Estudio del Pico del Petróleo y el Gas, considera que el pico del petróleo ocurrirá en 2010, siendo el del gas natural algunos años posterior. Por el contrario, estimaciones más optimistas arrojan reservas para al menos 100 años más.
Este hecho implicaría importantes consecuencias para los países desarrollados, que dependen en gran medida de petróleo barato y abundante, especialmente para el transporte, la agricultura, la industria química y la calefacción doméstica.
http://es.wikipedia.org/wiki/Teoría_del_pico_de_Hubbert
Energías renovables y no renovables: concepto y clases.
Energías no renovables:
Son las que se encuentran en la naturaleza en una cantidad limitada y una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse.
Combustibles fósiles (carbón y petróleo)
Combustibles nucleares.
Energías renovables:
Son las que se obtienen de fuentes naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales.
Del Sol (solar, calorífica y fotovoltaica, hidráulica, eólica, de las olas, maremotérmica y de la biomasa).
De la gravedad (mareomotriz).
Del interior de la Tierra (geotérmica).
7.2 CARBÓN.
El carbón es una roca que procede de los restos vegetales transformados a lo largo del tiempo. Por lo tanto la energía liberada cuando se quema no es más que la que captaron los vegetales del Sol y que se almacenó en forma de compuestos orgánicos.
Formación del carbón:
Se necesita abundante vegetación.
En medios acuáticos o pantanosos.
Acumulación en el fondo de vegetales y sedimentos finos en ambientes sin oxígeno.
Acumulación de más capas encima.
Fermentación de los restos por bacterias anaerobias y transformaciones debidas a aumento de presión y de temperatura conforme los restos se encuentran a más profundidad. Hay pérdida de agua y gases que hacen que los restos se vayan enriqueciendo en carbono.
Usos.
Tiene muchos usos importantes, aunque los más significativos son la generación eléctrica, la fabricación de acero y cemento y los procesos industriales de calentamiento. En el mundo en desarrollo es también importante el uso doméstico del carbón para calefacción y cocción.
Ventajas.
Abundante: Las reservas de carbón son extensas y están presentes en muchos países.
Seguro: Desde los puntos de vista de su transporte, almacenamiento y utilización.
Suministro Garantizado por la abundancia de las reservas.
Limpio: Usando tecnologías disponibles, puede ahora quemarse el carbón limpiamente en todo el mundo, aunque genera mucho dióxido de carbono.
Económico.
Inconvenientes.
La minería del carbón y su combustión causan importantes problemas ambientales y tienen también consecuencias negativas para la salud humana.
Alteración del paisaje durante su explotación
Aún usando tecnologías limpias, produce gran cantidad de dióxido de carbono.
7.3 PETRÓLEO Y GAS NATURAL
Es una mezcla de hidrocarburos (hidrógeno y carbono, fundamentalmente) en estado sólido (asfaltos y betunes), líquido (petróleo crudo) y gas (gas natural).
Formación del petróleo.
En ambientes marinos, poco profundos.
Acumulaciones de plancton muerto en el fondo del mar, mezclados con sedimentos finos.
También pueden llegar aportes de materia orgánica de los ríos.
Aumento de presión, de temperatura y actividad de bacterias anaerobias.
Usos
Principales fuentes de energía.
Sirve de combustible para máquinas (coches, motos...), en forma de gasolina o gasóleo.
Se aprovechan como combustible en las centrales térmicas para generar electricidad.
Fabricación de muchas sustancias gracias a la industria petroquímica como plásticos, fibras sintéticas, tintes,…
Ventajas
Fáciles de extraer (cada vez menos), transportar y almacenar.
Proporcionalmente a su peso, almacenan gran cantidad de energía.
Inconvenientes.
Causan contaminación tanto al usarlo como al producirlo y transportarlo
Genera mucho dióxido de carbono (en menor medida el gas natural).
7.4 ENERGÍA NUCLEAR.
La radiactividad es un proceso natural y espontáneo por el que se emiten radiaciones (alfa, beta, gamma,…) con la transformación de unos núcleos atómicos en otros.
La energía producida puede obtenerse por:
Fisión nuclear cuando los núcleos de los átomos pesados se rompen para dar otros menores. Fue el primer proceso productor de radiactividad conocido.
Fusión nuclear cuando los núcleos de los átomos ligeros se unen para dar otro más pesado.
Usos.
Obtención de electricidad.
Detección y curación de enfermedades.
Investigación científica.
Ventajas.
Una vez construida la central nuclear, casi no se producen emisiones de anhídrido carbónico.
Aplicaciones médicas y científicas.
Inconvenientes.
Posibles accidentes en las centrales nucleares.
Usos bélicos de los materiales radiactivos generados en las centrales nucleares
Transporte y almacenamiento de los materiales radiactivos.
Curiosidades sobre la obtención de energía nuclear por fusión.
Los neutrones generados en las reacciones de fusión desgastarán los componentes estructurales del reactor además que los volverán radiactivos.
Los combustibles nucleares son el deuterio y el tritio. El primero es abundante, pero el segundo se obtiene como subproducto en las reacciones nucleares.
Una planta de fusión ha de transformar la energía de los neutrones en calor que, a su vez, accione una turbina que generará electricidad. Además, también ha de generar el tritio, ya que, las cantidades generadas en las centrales de fisión son insuficientes para alimentar una de fusión. Para todo ello se deberían aprovechar casi sin pérdidas los neutrones, lo cual parece muy difícil.
Para que una planta de fusión resulte rentable ha de estar el 90% del tiempo operativa y en estos momentos no se ha podido mantener los plasmas ni siquiera un segundo. El plasma se conseguirá al calentar los combustibles nucleares a 150 millones de ºC.
Dados los problemas planteados se han hecho propuestas más factibles consistentes en aprovechar los residuos radiactivos y neutrones de un reactor de fisión para hacer funcionar uno de fusión.
Hasta ahora, la fusión se había considerado como una opción ajena a la contaminación de los combustibles fósiles y de los peligros del uranio: era limpia y pura, una opción que pondría fina a nuestras insaciables necesidades de energía. El enfoque actual no es tan idealista, ya que, se considera como opción más que exigirá decenios de trabajo para que rinda frutos. Quizás estemos cerca de la ignición de un reactor nuclear de fusión, pero en ningún caso a la era de energía sin límites.
“Las dificultades de la fusión nuclear” Michael Moyer. Investigación y Ciencia. Mayo 2010.
7.5 LA ENERGÍA HIDRÁULICA.
Es la que poseen las masas de agua de la Tierra. Hay de dos tipos, la que posee el agua por la diferencia de altura entre su posición inicial y final y la que posee el agua cuando se mueve.
Se puede tener una central hidráulica que genere electricidad de dos formas:
Centrales con embalse por el cual se retiene una cierta cantidad de agua, que se hace caer a una central que está en la base de la presa.
Centrales con fluyentes, donde el agua del río es detenida por un pequeño dique llamado azud y es desviada por un canal hasta la central. Estas centrales también se las llama minicentrales, por ser mucho más pequeñas que las de embalse.
Usos.
Obtención de electricidad.
Obtención de energía mecánica.
Ventajas:
Energía inagotable.
Diversifica la obtención de energía.
Inconvenientes:
Energía intermitente y variable.
Grandes Centrales: ventajas.
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Minicentrales: inconvenientes.
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Energía eléctrica barata.
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Energía eléctrica cara.
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Mucha agua almacenada.
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Poca agua almacenada.
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Regulación del río.
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No hay regulación.
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Otros usos: agua de boca, riego y actividades deportivas.
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No hay más usos.
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Grandes Centrales: inconvenientes.
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Minicentrales: ventajas.
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Gran impacto ambiental por la inundación de valles y la retención de agua y sedimentos.
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Escaso impacto ambiental.
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Largos tendidos eléctricos.
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Cortos tendidos eléctricos.
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Construcción costosa y tecnología avanzada.
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Poco costosas y sencillas.
| 7.6 LA ENERGÍA DE LA BIOMASA.
Es la energía contenida en los seres vivos o en sus restos orgánicos.
La biomasa puede tener varias procedencias:
Biomasa procedente de cultivos o extraída de ecosistemas naturales.
Biomasa residual procedente actividades agrícolas, ganaderas, forestales, alimentarias y de depuradoras.
Usos.
Obtener calor.
Obtener energía eléctrica.
Obtener biocombustibles.
Ventajas.
Energía inagotable.
Diversifica la obtención de energía.
Eliminación de residuos forestales y agrícolas, disminuyendo las posibilidades de incendios y plagas.
Eliminación de residuos orgánicos, fuente importante de contaminación.
Los cultivos energéticos suponen en algunas comunidades rurales una salida económica.
Su combustión produce menos contaminantes que los combustibles fósiles.
Las tecnologías requeridas para su utilización son sencillas y baratas.
Reduce costos en muchas industrias o actividades.
Inconvenientes.
Energía intermitente y variable.
Rendimiento energético bajo.
Algunos tratamientos generan residuos peligrosos.
Las inversiones iniciales pueden ser en algunos casos mayores que con los combustibles fósiles.
Las operaciones de recogida y preparación de la biomasa son caras.
7.7 LA ENERGÍA EÓLICA.
Es la energía producida por el viento.
Las máquinas que aprovechan esta energía se llaman máquinas eólicas. El viento es captado por unas palas unidas a un eje horizontal o vertical. Este eje sirve para generar corriente eléctrica u otros usos.
Usos.
Obtener energía eléctrica.
Obtener energía mecánica.
Ventajas.
Energía inagotable.
Diversifica la obtención de energía.
No produce residuos.
Construcción fácil y manipulación y mantenimiento bajo.
Inconvenientes.
Energía intermitente y variable.
Rendimiento bajo.
Peligrosa para los animales voladores, aves fundamentalmente.
Contaminación acústica.
Alteraciones del paisaje.
7.8 LA ENERGÍA SOLAR.
Es la que nos llega del Sol.
Usos.
Puede haber un aprovechamiento indirecto cuando se utilizan otras energías como la eólica, hidráulica, de biomasa, de las olas, del carbón y del petróleo.
También puede haber un aprovechamiento directo cuando se utiliza la luz y el calor del Sol. Podemos distinguir:
Aprovechamiento solar térmico pasivo en construcciones adecuadas por sus materiales, estructuras protectoras, ventilación y orientación del edificio.
Aprovechamiento solar térmico activo, cuando se construyen colectores solares en donde se calienta aire o agua, normalmente, que se usan directamente o bien para producir electricidad. Puede haber aprovechamiento autónomo o centralizado.
Aprovechamiento solar fotovoltaico cuando se genera directamente electricidad mediante células fotovoltaicas. Puede haber aprovechamiento autónomo o centralizado.
Ventajas.
Energía inagotable.
Diversifica la obtención de energía.
No produce residuos cuando se obtiene.
La energía solar térmica proporciona energía barata con aparataos sencillos en países no desarrollados.
La energía solar fotovoltaica permite la electrificación de zonas aislados donde no resulta económico llevar tendidos de alta tensión.
Mantenimiento fácil y barato de las instalaciones.
Inconvenientes.
Energía intermitente y variable.
Rendimiento bajo.
En la mayor pare de los lugares es intermitente.
La energía solar fotovoltaica es cara.
El rendimiento es bajo.
Los sistemas fotovoltaicos precisan de baterías que contienen sustancias muy contaminantes.
Las grandes instalaciones requieren mucha superficie y por lo tanto alteran gravemente el paisaje.
7.9 LA ENERGÍA GEOTÉRMICA.
Es la que procede del calor interno de la Tierra.
Usos.
Obtención de calor.
Obtención de energía eléctrica.
Ventajas.
Energía inagotable.
Diversifica la obtención de energía.
No produce contaminantes.
Algunos yacimientos son fácilmente explotables.
La energía eléctrica producida es barata
Inconvenientes.
Energía desigualmente distribuida.
Rendimiento bajo.
Frecuentemente la localización de yacimientos es difícil y costosa.
Muchos yacimientos requieren una tecnología costosa.
Se pueden producir diversos impactos ambientales.
7. 10 LA ENERGÍA DEL MAR.
Es la energía contenida en las diferencias de tgemperatura del mar y en los fenómenos marinos (olas, mareas y corrientes).
Según su obtención puede ser:
Energía maremotérmica. Se necesita una plataforma marina situada en un lugar donde la diferencia de temperatura entre el fondo y la superficie sea de 18 a 25ªC. Poseen un motor térmico capaz de producir electricidad por una turbina.
Energía mareomotriz. Consiste en construir una presa que cierre una bahía o estuario que pueda contener agua durante la pleamar o la bajamar. En la presa se encuentran unas turbinas que producirán electricidad al pasar el agua de uno a otro lado.
Energía de las olas. Se produce mediante unos aparatos llamados convertidores capaces de transformar los movimientos debidos a las ondulaciones del mar en energía mecánica.
Energía de las corrientes marinas. Las corrientes marinas son como ríos dentro del mar de las cuales se puede aprovechar su movimiento para mover una turbina que genere electricidad.
Usos.
Obtención de energía eléctrica.
Ventajas.
Energía inagotable.
Diversifica la obtención de energía.
Grandes perspectivas de futuro.
Inconvenientes.
Energía intermitente y variable.
Rendimiento bajo.
Las instalaciones son sensibles a huracanes y tsunamis.
Problemas medioambientales.
Algunas instalaciones son complejas y costosas.
Bibliografía.
Ciencias para el Mundo Contemporáneo. F.J. Ortega Nieto y otros. Edelvives. 2008. ISBN 978-84-263-6503-3.
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_conservación_de_la_energía
http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/07Energ/100Energía.htm#Consumo de energía
http://www.endesaeduca.com/toolbar
http://es.wikipedia.org/wiki/Consumo_y_recursos_energéticos_a_nivel_mundial
http://www.telecable.es/personales/albatros1/quimica/industria/carbon.htm
http://www.monografias.com/trabajos7/carbo/carbo.shtml
http://html.rincondelvago.com/fuentes-de-energia_7.html
“Las dificultades de la fusión nuclear” Michael Moyer. Investigación y Ciencia. Mayo 2010. |
