Energia
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Energía y cambio climático
1. Degradación de energía y generación de potencia eléctrica
2. Fuentes de energía en el mundo
3. Producción de energía a partir de combustibles fósiles
4. Producción de energía a partir de combustibles no fósiles
5. Efecto invernadero
6. Calentamiento global: medidas paliativas
Patricio Gómez Lesarri
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Objetivos
1. Resolver problemas relacionados con densidad de energía2. Diseñar diagramas de Sankey de distintos sistemas de
generación de energía3. Conocer los métodos de generación de energía eléctrica:
centrales térmicas, nucleares, aerogeneradores, centrales hidroeléctricas y células solares
4. Resolver problemas relacionados con transformaciones energéticas
5. Interpretar la gráfica de radiación del cuerpo negro6. Resolver problemas utilizando la le de Stefan-Boltzmann y la de
Wien7. Describir los efectos de la atmósfera sobre la temperatura media
de la Tierra8. Resolver problemas relacionados con emisividad, constante
solar y temperatura media terrestre
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1. Primer principio de la Termodinámica
Calor y trabajo no son funciones de estado: dependen de la forma de realizar el proceso
Energía interna: energía total acumulada en un sistema (suma de las energías de sus partículas)
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1. Proceso isotérmico
∆U = n.Cv.∆T = 0
Q = W
W = nRT lnV2V1
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1. Transformación de energía
Proceso cíclico
Transferencia de energía incompleta: degradación de energía
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1. Degradación de la energíaCantidad de energía que se
transfiere al entorno a baja temperatura
No puede ser aprovechada
Eficiencia combustión 30 %
Eficiencia = Energía_útil
Energía_ consumida
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1. Diagramas de Sankey
Diagramas de flujo
Anchura proporcional a la cantidad de energía
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2. Fuentes de energía mundiales
© www.sankey-diagrams.com
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2. Fuentes de energía EE.UU.
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2. Fuentes de energía U.E.
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2. Fuentes de energía España
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2. Generación de energía eléctrica
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Consumo de combustible
© www.worldmapper.org
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Huella ecológica
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2. Densidad de energía Cantidad total de energía por unidad de masa o volumen (MJ.kg -1, MJ.l-1)
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2. Generación de energía eléctrica
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3. Combustibles fósiles: industrialización
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3. Dependencia petróleo UE
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3. Dependencia del petróleo y precio del barril
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3. Combustibles fósilesVentajas:
Densidad
Económicas
DesventajasImpacto ambiental
Geoestratégicas
Agotamiento: no renovable
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3. Teoría de M. King Hubbert (1956)
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3. Teoría de Hubbert
![Page 23: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/23.jpg)
4. Energía nuclear: fisiónDescubierta en 1938 por L.
Meitner
Neutrones de baja energía (1 eV)
Liberación de tres neutrones y dos átomos más ligeros
Reacción en cadena
Masa crítica: cantidad mínima de masa necesaria para mantener la reacción cadena: unir dos masas
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4. Enriquecimiento de combustible
238U: 99,3 % 235U: 0,7 % fisible
Centrales 235U > 4 %
Bombas 235U > 30 %
Uranio empobrecido 235U < 0,7 %
“Yellow cake”: pasta amarilla UO2
Centrifugadora
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4. Enriquecimiento de combustible
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4. Enriquecimiento de combustible
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4. Central nuclear1. Edificio de contención
3. Reactor /Vasija del reactor
4. Barras de control de cadmio
18. Circuito primario: vapor
19. Circuito secundario
8. Turbinas
PWR /BWR
Suministro de agua de refrigeración
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4. Residuos nucleares
o Plutonio: fisible con periodo de semidesintegración: 24000 años
o Tratamiento de residuos radiactivoso Baja y media actividad
Almacenamiento en contenedores (Cabril)
o Alta actividad
Vitrificación y almacenamiento en bidones
νν ++→++→→+ −− ePueNpUnU 23994
23993
23992
10
23892
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4. Residuos Ventajas
No genera CO2
Densidad energética
Inconvenientes
Residuos
Proliferación nuclear
Recurso no renovable (70 años)
Seguridad
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4. Energía eólicaConversión directa de
energía cinética en energía eléctrica Eficiencia: 45 %
España 4º país productor 23000 MW
Nulas emisiones
Baja densidad energética y gran variabilidad
P = 12.m
tv2 = 12.ρA
tv2 = 12ρAv3
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4. Energía eólica
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4. Energía eólica
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4. Energía solar
Captación solar pasiva
Energía solar térmica a baja temperatura
Uso directo
Temperaturas inferiores a 90º C
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4. Energía solar
Solar térmica a alta temperatura
41 % eficiencia a 600 º C
Almacenamiento de energía térmica con sales fundidas (fluoruros, nitrato de potasio..)
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4. Energía solar fotovoltaicaEnergía solar fotovoltaica: rendimiento de 14-
20 %
Baja densidad energética
Alemania: equivalente a 20 centrales nucleares
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4. Radiación solar en el mundo
![Page 37: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/37.jpg)
4. Radiación solar en Europa
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4. Radiación solar en España
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4. Amortización
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4. Energía geotérmica
Bolsas de agua a 200-300 º C
Eficiencia: 10-23 %
Limitada a bordes entre placas
Calefacción doméstica
Capacidad:11500 MW
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4. Energía hidroeléctrica Aprovechamiento dela energía
potencial y cinética acumulada en una presa
Eficiencia de las turbinas: 90 %
η: eficiencia de la turbina
ρ: densidad del agua
Q: caudal
Ausencia de emisiones
Impacto ambiental: Tres Gargantas
P = η.ρ.Q.gh
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4. Energía mareomotriz/undimotriz
![Page 43: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/43.jpg)
5. Conducción, convección y radiación
Conducción: o Sólidoso Vibración molecular
Conveccióno Fluidoso Flujos materiales: corrientes
de convección
Radiacióno Radiación electromagnética
en el vacío
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5. Radiación del cuerpo negro Ley de Stefan-Boltzmann
A: área
Constante de Sefan-Boltzmann σ= 5,67.10-8 W.m-2.K-4
Ley de Wien
E = A.σ .T 4
λmax.T = 2,898.10−3m.K
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5. Radiación solarPotencia recibida= potencia
irradiada
Constante solar, S: intensidad que llega a la Tierra 1,37 KW.m-2
Luminosidad: potencia total irradiada por el Sol
Ley de Stefan-Boltzmann
A: área
σ= 5,67.10-8 W.m-2.K-4
L = A.σ .T 4
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5. Albedo: reflectancia Porcentaje de radiación reflejada por una superficie, α
Tierra: 37-39 %
Nieve: 89 %, Nubes: 75-50 %
Suelo: 18 %, Océano: 7 %
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5. Emisividad Potencia emitida: cuerpo gris
Emisividad, ε, relación entre la potencia irradiada por un cuerpo y la potencia correspondiente al cuerpo negro de la misma temperatura
Ley de Stefan-Boltzmann
σ =5,67.10-8 W.m-2.K-4
Depende de los gases de efecto invernadero
4.. TAE σε=
![Page 48: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/48.jpg)
5. Absorción de energía
Modos de vibración
Frecuencias características de absorción en el infrarrojo
![Page 49: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/49.jpg)
5. Efecto invernaderoo 1827: J. B. Fourier llama efecto
invernadero al fenómeno de absorción de energía en la atmósfera
o Absorción de radiación infrarroja por los gases:
- dióxido de carbono
- vapor de agua
- metano
- CFC
o Aumento de la temperatura media
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5. Evidencias del cambio climáticoo Sondas en la Antártida.
(EPICA)
o Medidas en Manu Loa (Hawai), C. D. Keeling
![Page 51: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/51.jpg)
5. Evidencias del cambio climático
Aumento sostenido de temperaturas medias
Diez años más calientes registrados en los doce últimos
![Page 52: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/52.jpg)
5. Evidencias: fusión de los glaciares
![Page 53: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/53.jpg)
5. Evidencias: aumento de los huracanes
![Page 54: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/54.jpg)
5. Evidencias: cambios ecológicos
o Migraciones de las aves
o Distribución de plantas, insectos, animales …
o Propagación de enfermedades
![Page 55: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/55.jpg)
5. Evidencias: acidificación de los océanos
![Page 56: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/56.jpg)
6. Predicciones
![Page 57: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/57.jpg)
6. Predicciones en Europao Aumento de temperaturas
mayor en el Mediterráneo y Escandinavia
o Reducción de las precipitaciones en el Sur de Europa
o Aumento de los fenómenos meteorológicos extremos: riadas y sequías
![Page 58: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/58.jpg)
6. El Ebro en Zaragoza
![Page 59: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/59.jpg)
6. Subida del nivel del mar
![Page 60: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/60.jpg)
6. El Ártico sin hielo
![Page 61: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/61.jpg)
6. Medidas paliativas
o 1992: Cumbre de Río. Firma de la Convención Marco de Naciones Unidas sobre cambio Climático
o 1997: Protocolo de Kioto Reducción de un 5 % de emisiones de CO2 con respecto a los niveles de 1990
![Page 62: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/62.jpg)
6. Captura de CO2
Proceso de almacenamiento en profundidad
Consume energía y CO2
Riesgo de fugas
![Page 63: Energia](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022060203/559d53d11a28abde258b45ee/html5/thumbnails/63.jpg)
6 .Carbono acumulado