Energías Renovables (VI). Energía Geotérmica.

La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre 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 caben destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, “Tierra”, y thermos, “calor”; literalmente “calor de la Tierra”.

La siguiente infografía nos aclara los conceptos básicos sobre la energía geotérmica.

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Energías renovables (V). Energía eólica.

La energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, aquella que se obtiene de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire y así mismo las vibraciones que el aire produce.

El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Éolo o Eolo, dios de los vientos en la mitología griega y, por tanto, perteneciente o relativo al viento. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. Es un tipo de energía verde.

Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar, entre el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento. De día, las masas de aire sobre los océanos, los mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre las masas continentales.

Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más frío y más pesado que proviene de los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.

La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas operatrices, como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.

La siguiente infografía nos aclara todos estos aspectos:

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Energías renovables (IV). Energía del mar.

El mar ofrece diversas posibilidades de aprovechamiento energético:

• La energía maremotriz es la que se extrae de las mareas. Se trata de una fuente de energía muy difusa cuyo aprovechamiento requiere unas condiciones muy especiales.

• La energía de las olas es la obtenida a partir del movimiento del oleaje.

• La energía maremotérmica es la que aprovecha la diferencia de temperatura existente entre la superficie y las zonas más profundas del océano.

La siguiente infografía nos permite comprender el funcionamiento de alguna de estas instalaciones.

Puedes descargarte esta infografía para verla a mayor tamaño en tu ordenador aquí.

Energías renovables (III). 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 generación de energía eléctrica en alternadores. La siguiente infografía nos ilustra sobre su funcionamiento y tipos de centrales hidreléctricas.

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Aquí tenemos una animación que nos aclara este tema.

Bueno, una vez conocida la técnica de producción de la energía eléctrica por medio de una central hidroelétrica me gustaría comentar algo sobre los tipos de presas que se construyen para embalsar el agua. Principalmente hay dos tipos:

• Las presas de de arco o bóveda.
• Las presas de gravedad.

Presas de arco o bóveda.

Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga del agua se distribuye por toda la presa hacia los extremos; las paredes de los estrechos valles y cañones donde se suele construir este tipo de presa. En condiciones favorables, esta estructura necesita menos hormigón (por que son mucho más baratas) que la de gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos geográficos donde se puedan construir. A continuación podemos ver algunos ejemplos de presas de bóveda, sin duda el ejemplo más famoso del mundo es la Hoover Dam, la Presa Hoover, ubicada en los EEUU.

Otra presa:

Presas de gravedad.

son todas aquellas en las que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que éste debe ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.

Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi de posición vertical. La razón por la que existe una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presión en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá que soportar más fuerza en el lecho del cauce que en la superficie. Para hacernos una idea gráfica su perfil sería este de la imagen.

Actualmente la presa de gravedad más famosa actualmente es la presa de Las Tres Gargantas, en el rio YangTse, será la obra más grande del mundo a dia de hoy. Si quieres información más exhaustiva de esta presa haz clic en este enlace. (Más información). La siguiente infografía nos ilustra sobre su situación y construcción.

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Imagenes de la presa:

Durante la construcción y prácticamente finalizada:

Si quieres saber más sobre presas puedes hacer clic en el siguiente enlace. (Más información).

Energías renovables (II). Energía solar térmica.

La energía solar térmica o energía termosolar consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y a partir de ella, de energía eléctrica. Esta última es la aplicación que que ilustra la infografía posterior. 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.

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En los siguiente enlaces podemos acceder a vistas aéreas de distintas centrales solares térmicas a través del servicio Google Maps.

• Eurelios situada en Adrano, Sicilia.
• SSPS/CRS situada en Tabernas, Almeria.
• Themis situada en Targasonne, Francia.
• Cesa 1 situada en Tabernas, Almeria. En este enlace tenemos una fotografía de esta instalación
• Solar Two, situada en Barstow, California.

Otra técnica para conseguir energía eléctrica mediante la energía solar térmica es mediante el uso de centrales de cilindros parabólicos.La diferencia con las anteriores está en el modo de recolectar la energía del Sol. En lugar de heliostatos, se emplean espejos de forma cilindro parabólica. Por el foco de la parábola pasa una tubería que recibe los rayos concentrados del Sol, donde se calienta el fluido, normalmente un aceite térmico. Una vez calentado el fluido, el proceso es el mismo que el de las centrales de torre. Actualmente el fluido alcanza temperaturas próximas a 400º C. En el siguiente enlace tenemos una vista aérea de una instalación de estas características.

• Central solar mediante cilindros parabólicos.

Una instalación de este tipo es la siguiente:

Energías renovables (I). Energía solar fotovoltaica.

La energía solar es la energía obtenida directamente del Sol. La radiación solar incidente en la Tierra puede aprovecharse, por su capacidad para calentar, o, directamente, a través del aprovechamiento de la radiación en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como energía verde.

La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es superior a los 1000 W/m² en la superficie terrestre.

Se denomina energía solar fotovoltaica a una forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos.

Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos 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 fotodiodos 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 fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica, operación que es muy rentable económicamente pero que precisa todavía de subvenciones para una mayor viabilidad.

El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compañía.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial no tiene acceso a la energía eléctrica.

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Chernobyl (II). La ciudad fantasma de Pripyat.

Esta ciudad es conocida porque sufrió el peor accidente de la historia de la energía nuclear el 26 de abril de 1986 cuando se produce el sobrecalentamiento y explosión del reactor número 4 de la planta nuclear de Chernobyl, el cual emitió 400 veces más radiación que la bomba atómica que cayó sobre Hiroshima en 1945, por lo que la ciudad se vio afectada por la radiación y debió ser evacuada. La evacuación fue llevada a cabo en tan solo tres horas por el ejército ruso, cuando la mayoría de los habitantes fueron desalojados de sus casas contra su voluntad, y los animales domésticos y de ganado fueron sacrificados.

Fue fundada en 1970 para dar hogar a los trabajadores de la central nuclear de Chernobyl y a sus familias. Debido a su estratégica posición geográfica en un clima relativamente templado y un suelo muy fértil, la ciudad comenzó a desarrollarse, convirtiéndose en una de las zonas más agradables para vivir en toda la antigua URSS. Debido a eso, la población en sólo 16 años creció hasta más de 40.000 personas.

Actualmente no tiene ningún habitante, más que investigadores, científicos y fuerzas de seguridad que custodian la zona de exclusión. La ciudad es ahora un museo de la era soviética tardía, tiene muchos edificios de apartamentos, dentro de los cuales se encuentran abandonadas fotografías, juguetes de niños, ropa, objetos personales, etc. También hay restaurantes, plazas de juego, hospitales, escuelas y gimnasios que también fueron abandonados. Debido al inexistente mantenimiento de las construcciones, dentro de ellas el moho, hongos e incluso plantas han crecido gracias a la humedad producida al derretirse la nieve de invierno.

Por una larga carretera completamente vacía se llega al puesto de control de la zona de seguridad de 30 kilómetros cuadrados resguardada por el ejército alrededor del área del accidente. El terreno que rodea al antiguo reactor está cercado también por un nuevo perímetro de 10 kilómetros cuadrados, que es donde se considera que hay mayor contaminación. Pripyat era una ciudad de unos 50.000 habitantes, que alojaba a los trabajadores de la planta nuclear de Chernobyl, quienes fueron evacuados días después del accidente, el día de la explosión el viento evitó que la nube radioactiva acabase con todos sus habitantes. En la zona de 30 kilómetros alrededor del reactor había unas 94 aldeas y las ciudades de Pripyat y Chernobyl. Actualmente, tras la masiva evacuación de la población, sólo queda un puñado de aldeas y la pequeña urbe de Chernobyl, donde hay unas 7.000 personas, es decir, menos de 5% de lo que había hace 20 años. La ciudad quedó totalmente suspendida, una muestra de ello es que aún se encuentran símbolos comunistas en los panoramas, por ejemplo, en la casa de voto, todavía están las urnas y los carteles que se mostrarían el 1 de mayo. Sobre el edificio de gobierno, aún están los escudos de la URSS y de la República Socialista Soviética de Ucrania; e incluso partes del himno de la URSS escritas en un edificio.

Se estima que la zona no será habitable hasta dentro de varios siglos por las concentraciones de elementos radioactivos. Prácticamente cualquier persona puede entrar a la ciudad pero es recomendable llevar un dosímetro y no quedarse de noche. Las puertas y ventanas han sido abiertas para reducir el riesgo a los visitantes. Pero pese a esta situación, hay quienes han regresado a sus antiguas casas viejas y haciendo caso omiso de los peligros en la zona, han vuelto a cultivar el suelo.

Chernobyl (I).

El accidente de Chernóbil, acontecido en dicha ciudad de Ucrania el 26 de abril de 1986, ha sido el accidente nuclear más grave de la Historia, siendo el único que ha alcanzado la categoría de nivel 7 (el más alto) en la escala INES.

Aquel día, durante una prueba en la que se simulaba un corte de suministro eléctrico, un aumento súbito de potencia en el reactor 4 de la Central Nuclear de Chernóbil, produjo el sobrecalentamiento del núcleo del reactor nuclear, lo que terminó provocando la explosión del hidrógeno acumulado en su interior.

La cantidad de material radiactivo liberado, que se estimó fue unas 500 veces mayor que la liberada por la bomba atómica arrojada en Hiroshima en 1945, causó directamente la muerte de 31 personas, forzó al gobierno de la Unión Soviética a la evacuación de unas 135.000 personas y provocó una alarma internacional al detectarse radiactividad en diversos países de Europa septentrional y central.

La siguiente presentación nos aclara lo sucedido.

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Pero vemos que el dichoso accidente sigue dando problemas.

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Los siguiente videos complementan la infomación:

En el siguiente video vemos imágenes de como era la ciudad de Prypiat (construida para albergar a los trabajadores de la central y a sus familias) antes, durante y después del terrible accidente.

Un video de Greenpeace TV, con algunas experiencias personales:

Energías no renovables (IV): El uranio y la energía nuclear.

El sistema más usado para generar energía nuclear utiliza el uranio como combustible. En concreto se usa el isótopo 235 del uranio que es sometido a fisión nuclear en los reactores. En este proceso el núcleo del átomo de uranio (U-235) es bombardeado por neutrones y se rompe originándose dos átomos de un tamaño aproximadamente mitad del de uranio y liberándose dos o tres neutrones que inciden sobre átomos de U-235 vecinos, que vuelven a romperse, originándose una reacción en cadena.

La fisión controlada del U-235 libera una gran cantidad de energía que se usa en la planta nuclear para convertir agua en vapor. Con este vapor se mueve una turbina que genera electricidad.

El mineral de uranio se encuentra en la naturaleza en cantidades limitadas. Es por tanto un recurso no renovable. Suele hallarse casi siempre junto a rocas sedimentarias. Hay depósitos importantes de este mineral en Norteamérica (27,4% de las reservas mundiales), Africa (33%) y Australia (22,5%).

El mineral del uranio contiene tres isótopos: U-238 (9928%), U-235 (0,71%) y U-234 (menos que el 0,01%). Dado que el U-235 se encuentra en una pequeña proporción, el mineral debe ser enriquecido (purificado y refinado), hasta aumentar la concentración de U-235 a un 3%, haciéndolo así útil para la reacción.

La energía nuclear es una de las más controvertidas que existen, casi todo el mundo tiene una opinión a favor o en contra de la producción de electricidad a partir de la energía nuclear. Estos posicionamientos suelen ser muy firmes e inamovibles. Los detractores nos recuerdan los peligros de la radioactividad, los accidentes nucleares y el peligro latente de los residuos durante miles de años. Aquellos que solicitan su desarrollo esgrimen a su favor su bajo coste de producción y últimamente como la salvación del planeta contra el cambio climático. Lo gracioso del asunto es que probablemente ambos tienen razón.

A continuación disponeis de varios videos sobre la energía nuclear. Los dos primeros son del Foro Nuclear una entidad formada principalmente por las compañias eléctricas cuya principal actividad es fomentar la concienciación para el uso de este tipo de energía. Debido a eso en algunos momentos es algo parcial, pero aún así merece la pena visualizarlo. El tercer video es técnico.

¿Sabías …?

Curiosidades

¿Cuántas plantas atómicas hay en el mundo?

En 2005 había 443 centrales nucleares con licencia internacional repartidas por 31 países. De ellas, 441 están en activo, y en conjunto producen el 17% de la energía eléctrica que se consume en todo el planeta.

¿Cuál fue la primera central nuclear?

La priemra vez que se produjo electricidad en un reactor nuclear fue el 20 de diciembre de 1951 en la estación experimental de Arco, en Idaho (EEUU). El 27 de junio de 1954 comenzó a funcionar la primera central nuclear del mundo en Obnisnks (Rusia).

¿Qué elementos de protección radiológica tienen las centrales?

Normalmente tres. El primero es la propia varilla de combustible, unos tubos de circonio en cuyo interior está el uranio. El segundo es la vasija del reactor: un recipiente cilíndrico de acero al carbono, recubierto interiormente de aceroinoxidable de unos 15 centímetros de grosor, 18 metros de altura y casi cinco metros de diámetro. En su interior está el núcleo del reactor, donde se obtiene el vapor que mueve la turbina. Y el tercero es el edificio del reactor, una estructura de hormigón armado de un metro de espesor y 55 metros de altura (casi un tercio de ellos bajo tierra) diseñado para siportar las condiciones del mayor accidente posible. A eso se suman los sistemas de emergencia, que se activan si se rompen los sistemas de refrigeración.

¿La energía nuclear es la más limpia?

Si se trata de determinar cuál es la energía que produce menos emisiones de gases de efecto invernadero, la nuclear se lleva la palma. Producir un kilovatio/hora con energía nuclear supone emitir a la atmósfera cero gramos de carbono. La energía eólica produce entre 5 y 10 gramos; la biomasa entre 10 y 20; el hidrógeno hasta 60 gramos; la solar entre 30 y 60 gramos, el gas natural entre 120 y 180 gramos; el petróleo entre 220 y 245 gramos y el carbón entre 260 y 355 gramos.

¿La catástrofe de Chernóbil pudo ser peor?

Sí. Tras la explosión inicial del reactor se produjo una nube de partículas radiactivas hacia la ciudad de Priapat, a tres kilómetros de la central, donde vivían 50.000 empleados de la planta y sus familias. Durante los días posteriores a la explosión, los vientos favorables mantuvieron esta nube radiactiva lejos de la ciudad, que aún no había sido evacuada. Si la ciudad hubiera sufrido el impacto directo de la nube, los muertos podrían haber sido miles.

¿Cuál es la central más famosa del mundo?

El honor lo ostenta una planta que no es real: Springfield, la de Los Simpsons, donde Homser Simpson es inspector de seguridad.

2º ESO - Soluciones a los ejercicios Energía (I)

Hola chicos aqui teneis las soluciones de la primera parte de los ejercicios del Tema 4 La enegía y las máquinas térmicas. Debeis corregir los ejercicios con las anotaciones en rojo. El próximo viernes 25 verificaré dichas correcciones.

Solucionario Energía y Máquinas Térmicas (I).