TEMA 1: PRODUCCIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LAS

DISTINTAS FORMAS DE ENERGÍA:

1.- FUENTES DE ENERGÍA. CLASIFICACIÓN: Fuentes de energía son todas aquellas de las que el hombre, directa o indirectamente puede obtener energía utilizable para su propia actividad. Nuestro interés se centra en la actividad tecnológica, por lo que no consideraremos los alimentos como fuente de energía para el metabolismo de los seres vivos.

Existen distintas clasificaciones, de las que podemos destacar:- Según su origen natural: Las de origen en el Sol, y las de origen en la Tierra.- En base a la tradición de su utilización: Convencionales o no convencionales

(alternativas).- Atendiendo a su grado de regeneración: Energías renovables o no renovables,

siguiendo esta última clasificación establecer el siguiente cuadro:

RENOVABLES NO RENOVABLES

DEL

SOL

HIDRÁULICACOMBUSTIBLES

ORGÁNICOS

CARBÓNDEL MAREÓLICA PETÓLEO Y SUS

DERIVADOSTÉRMICAFOTOVOLTÁICA GAS

NATURALBIOMASADE LA

TIERRAGEOTÉRMICA COMBUSTIBLES

INORGÁNICOSENERGÍA NUCLEARR.S.U.

A partir de esta clasificación estudiaremos las etapas de Producción y Transformación de los grupos indicados.

2.- ENERGÍAS NO RENOVABLES:

2.1.- EL CARBÓN:

2.1.1.- ORIGEN Y TIPOS DE CARBÓN: Podemos clasificarlo en dos tipos principales: Naturales y artificiales.a) Carbones naturales: Son combustibles fósiles que proceden de la transformación de

grandes masas vegetales provenientes del llamado periodo Carbonífero, estos vegetales quedaron enterrados y sufrieron un proceso de respiración anaerobia, como consecuencia del mismo se fue originando metano, dióxido de carbono y agua, aumentando progresivamente su contenido en carbono, cuyo porcentaje será mayor cuanto más antiguo sea el carbón, según este porcentaje podemos tener cuatro tipos de carbones naturales:

- Turba (45-60%C): Es de reciente formación, incluso se puede estar produciendo en estos momentos en zonas pantanosas, con abundante vegetación (turberas). Para su utilización es necesario desecarlo, y se emplea exclusivamente en calefacciones domésticas.

- Lignito (60-75%C): En yacimientos poco profundos, también hay que desecarlo antes de su utilización, produce una llama larga de escaso poder calorífico. Se emplea en calefacción doméstica e industrial.- Hulla (75-92%C): Buenas cualidades como combustible, arde con llama corta y muy calorífica. - Antracita (92-95%C): El carbón más antiguo, arde difícilmente al principio, pero luego proporciona una llama muy calorífica.

En el apartado 2.1.3, veremos más detenidamente las aplicaciones de la hulla y la antracita.

b) Carbones artificiales: - Coque: Se obtiene principalmente a partir de la hulla, se trata de carbono prácticamente puro que se utiliza posteriormente para la fabricación de electrodos, útiles en los altos hornos productores de acero.- Carbón vegetal: Se obtiene por destilación seca de la madera.

2.1.2.- EXPLOTACIÓN DEL CARBÓN: La extracción del mineral de carbón se realiza según dos métodos de explotación:a) Cielo abierto: Consta de los siguientes pasos:

- Retirada del material que recubre el yacimiento, a través de maquinaria para remover el terreno, o en la mayoría de las ocasiones con la utilización de material explosivo.- Extracción del mineral.- Finalizada la extracción sería ideal recubrir el terreno nuevamente para minimizar el impacto sobre la zona lo más posible.

b) Subterránea: Es necesario cavar pozos hasta llegar a la veta y seguidamente galerías para su extracción. Este método de extracción es más complicado y necesita de unas mayores medidas de seguridad, principalmente para evitar:

- Explosiones: Debidas al gas Grisú (bolsas de gases como dióxido de carbono, metano,...) que en contacto con aire y bajo la acción de una chispa pueden ser explosivo.

- Derrumbamiento: Debe ser cuidadosamente asegurada la solidez de las galerías mediante pilares colocados a poca distancia unos de otros.

Una vez extraído el mineral, pasa por diversas instalaciones para separarlo de inertes y así aumentar su poder calorífico, algunos de los procesos que deben seguir son: La trituración, lavado y clasificación. Después de estos procesos pasamos a transladarlo al lugar de consumo, mediante camiones o vagones ferroviarios.

2.1.3.- APLICACIONES: El carbón puede utilizarse directamente como combustible en las centrales térmicas, o puede tratarse a través de una destilación para obtener una gran variedad de productos:

a) Directamente: Centrales térmicas. Estas disponen de un espacio colindante a la central para ir almacenando el carbón que llega de la mina, mediante una cinta transportadora se traslada y cae en la tolva, y pasa a través de un molino pulverizador. Seguidamente se mezcla con chorros de aire precalentados y se introduce en la caldera, donde se provoca la combustión generando

energía calorífica que convierte en vapor sobrecalentado al agua que circula por los tubos que rodean las paredes de la caldera, este vapor se dirige a gran velocidad hacia las turbinas y las hace girar. Este giro se transmite al rotor del generador y se produce la energía eléctrica, que adquiere la tensión adecuada en los transformadores y se transporta mediante las líneas de alta tensión a los centros de consumo.

b) Indirectamente: Destilación seca. De esta destilación se obtiene:

- Un producto sólido, denominado coque, que se utiliza principalmente para obtener arrabio en el horno alto.- Un producto gaseoso o volátil, dentro del cual se encuentra la brea, el

amoniaco y el gas ciudad, este último también utilizado como fuente de energía en las cocinas domésticas.

- Carbón prácticamente puro, que constituye el grafito, utilizado en la fabricación de electrodos.

2.2.- EL PETROLEO:

2.2.1.- ORIGEN Y TIPOS DE PETROLEO: El petróleo es un combustible natural, constituido por una mezcla de hidrocarburos líquidos que llevan en disolución hidrocarburos sólidos. El petróleo es de origen fósil. Procede de la transformación, por la acción de determinadas bacterias, de enormes masas de plancton y vegetales muertos, estos procesos se produjeron en ausencia de oxígeno y bajo capas de sedimentos en cuencas marinas próximas a la costa, a elevadas temperaturas y presiones. Normalmente se encuentran formando “bolsadas” a profundidades que oscilan entre los 10 y 5000 m.

a) Se da el nombre de crudo o aceite petrolífero a la fracción líquida que mana del pozo petrolífero, siendo su composición es muy variable de unos yacimientos a otros. Por esta razón podemos hablar de distintos tipos enceno.

b) Petróleos de base asbástica: Contienen al menos un 60% de asbastos (estructuras de CHOS).

c) Petróleos de base mixta: Tipo medio de al menos dos de los anteriores.

2.2.2.- EXPLOTACIÓN DEL PETROLEO: Prospección, explotación y transporte.

a) Prospección: Es la etapa de investigación con el objetivo de detectar la localización de las acumulaciones de petróleo de valor comercial, aunque aún no se ha descubierto ningún método infalible, existen algunos que nos pueden ayudar:

- Profundos estudios geológicos: Mediante fotografías aéreas, conocimientos paleontológicos, geofísicos,...- Pruebas sísmicas: Se provocan pequeñas explosiones a poca profundidad y se mide la velocidad de las ondas sísmicas producidas tras la explosión, dicha velocidad depende de la densidad del terreno, dato relevante para conocer la existencia real de petróleo.- Pruebas gravimétricas: Se mide el campo gravimétrico desde aviones, dicho campo depende al igual que en el punto anterior de la densidad del terreno más próximo.

b) Explotación: Una vez localizado el yacimiento estable, es necesario perforar el pozo hasta alcanzarlo para ello, existen dos métodos más utilizados:

- Método de percusión: Mediante una sonda de acero, que se eleva y desciende rítmicamente, cuando el fondo se llena de fragmentos o bien se para y se extraen o se utilizan sistemas de circulación de agua que arrastran estos fragmentos. Se utiliza en pequeñas perforaciones y con rocas poco duras, permeables.- Método de rotación: Se emplea un trépano muy duro, que al girar a una gran velocidad va disgregando la roca. El trépano va en el interior de unos tubos de acero, que se van añadiendo a medida que se desciende. Por dentro de los tubos se hace circular una corriente de lodo que además de eliminar el calor producido arrastra los materiales disgregados, los cuales se analizan en el exterior para conocer la naturaleza del estrato.

La maquinaria externa empleada en la perforación se sitúa en las plataformas, según donde estén colocadas estas plataformas la extracción puede ser terrestre o marítima, en esta última, la plataforma flotante es arrastrada por medio de remolcadores e instaladas mediante anclajes.

Una vez que se accede al petróleo, su extracción se puede realizar aprovechando la presión a la que se encuentra debido a la presencia de gases existentes en el yacimiento, inyectando gas en el pozo o por bombas hidráulicas o eléctricas.

c) Transporte: Los medios de transporte utilizados pueden clasificarse en los siguientes:

- Oleoductos: Soldando tubos de acero de unos 80 cm de diámetro, parten de los yacimientos o de las refinerías y finalizan en los puertos de embarque o grandes centros de consumo. - Petroleros: Tienen su espacio de carga dividido, por medio de tabiques transversales y longitudinales, y existen algunos que pueden llevar hasta 500.000 toneladas.- Por ferrocarril y carretera: Suelen representar la parte final del transporte hacia centros de consumo del interior, en la mayoría de las ocasiones se transportan productos muy elaborados (gasolinas, gas-oil, fuel-oil,....).

2.2.3.- APLICACIONES: El petróleo que se obtiene en los pozos tiene muy pocas aplicaciones directamente. Para su utilización se requiere de un tratamiento previo. El resultado es una gran variedad de productos, unos para uso energético y otros para uso industrial. En nuestro caso, sólo estamos interesados en los primeros, pasamos a continuación a describir brevemente los procesos a través de los cuales se obtienen a partir del crudo.En el mismo campo petrolífero, se realizan las siguientes operaciones:a) El primer tratamiento, para eliminar el agua salada y los sólidos en suspensión en un

proceso conocido como desalación que se basa en el lavado del crudo con agua dulce y decantado posterior.

b) A continuación, el segundo tratamiento, denominado estabilización, cuyo objetivo es eliminar los gases presentes y que se realizan mediante destilación. De este tratamiento se obtienen tres fracciones:

- Gases ligeros: C1-C3 y SH2.- Gasolinas ligeras: C4-C6.- Crudo estabilizado.

El crudo estabilizado es enviado a la refinería, para recibir los siguientes tratamientos:a) Separar el crudo en fracciones, actividad que se denomina fraccionamiento y se

realiza mediante destilación atmosférica y al vacío.b) Aumentar la cantidad de fracciones volátiles (gasolinas) mediante un proceso

denominado craqueo.c) Modificar la naturaleza de los hidrocarburos de las fracciones volátiles obtenidas en

el craqueo, para elevar su poder carburante, mediante una técnica denominada reformado.

d) Eliminación de las fracciones o componentes no deseados, mediante el refino, que incluye varias actividades: desulfuración, desparafinado, desasfaltado.

Los combustibles que se obtienen mediante estos procesos son los siguientes:- Combustibles líquidos:

- Gasolina: Utilizada en motores de dos y cuatro tiempos.- Gasóleo: Utilizada en motores diesel.- Queroseno: Para motores de reacción (aviones de medio y gran tonelaje).- Fuel: En centrales térmicas, cuyo funcionamiento es similar al explicado para el carbón.

- Combustibles gaseosos: Gas ciudad, gas butano comercial, gas propano comercial y metalúrgico.

2.3.- GAS NATURAL:

2.3.1.- ORIGEN DEL GAS NATURAL: El gas natural esta compuesto principalmente de metano (70%), y también por etano, propano y butano, y en menor proporción por monóxido y dióxido de carbono, nitrógeno, helio, ácido sulhídrico,.... Su origen es similar al del petróleo, al cual en ocasiones acompaña (gas húmedo), encontrándose encima del mismo o disuelto. Pero también se puede encontrar aislado (gas seco) en los llamados campos gasíferos.

2.3.2.- EXPLOTACIÓN DEL GAS NATURAL: Su explotación también es similar a la del petróleo, aunque en este caso una vez que llegamos a él, resulta más cómodo su extracción ya que debido a su presión tiende a subir.

Una vez extraído, se purifica con objeto de eliminar el agua, los productos sulfurosos, y el petróleo. Los principales problemas que plantea el gas natural es su transporte, que se debe realizar a través de:- Gasoductos: Tuberías por las que circula a una elevada presión.- Buques cisterna: Donde es necesario licuar el gas, en instalaciones situadas en el

mismo puerto. Al llegar al puerto de destino, se vuelva a regasificar y se distribuye por medio de gasoductos o tuberías a baja presión.

2.3.3.- APLICACIONES DEL GAS NATURAL: La principal aplicación del gas natural es la de servir de combustible doméstico e industrial, aunque también:

- Combustible en centrales térmicas.- Obtención de gasolinas.- En programas de cogeneración.

2.4.- ENERGÍA NUCLEAR:

2.4.1.- ORIGEN DE LA ENERGÍA NUCLEAR: La energía nuclear se libera como resultado de una reacción nuclear, es decir, una reacción en el que se encuentra involucrado el núcleo del átomo (sus protones y neutrones). Existen dos tipos fundamentales de reacciones nucleares:- Reacción de Fisión: Es la división de un núcleo atómico pesado, por reacción con un

neutrón, en dos núcleos más pequeños. - Reacción de Fusión: La reacción entre dos núcleos ligeros que quedan unidos dando

como resultado otro núcleo más pesado. En ambas reacciones se produce una disminución neta de la masa, la cual se ha transformado según la teoría de Einstein, en una gran cantidad de energía (E=mc2). Aunque solo la primera de ellas está dominada de manera suficiente para ser utilizada a escala industrial.

Los combustibles nucleares que pueden emplearse en un reactor nuclear son el uranio, plutonio, y el torio. Pero de los tres, solo el primero se encuentra accesible en la naturaleza. El uranio es principalmente una mezcla de dos isótopos, U235 y U238, siendo solo el primero el que produce espontáneamente la fisión, y solo se encuentra en una proporción del 0,7% en dicha mezcla.

2.4.2.- EXPLOTACIÓN DEL URANIO: Debido al bajo porcentaje del U235, en la mezcla de isótopos es necesario tratar el mineral para obtener un producto realmente útil. Este tratamiento, junto a su utilización y su proceso posterior se conoce como ciclo del combustible nuclear, que pasamos a describir a continuación:1.- Minería: Extracción de las minas de manera convencional para los minerales metálicos.2.- Producción de concentrado de uranio: Contiene al elemento en forma de óxido de uranio en cantidades del orden del 70%.3.- Conversión de hexafluoruro: Los óxidos se transforman en UF6.4.- Enriquecimiento: Las características distintas de los hexafluoruros de ambos isótopos hacen posible su separación, y por lo tanto el enriquecimiento del isótopo 135.5.- Fabricación de elementos combustibles: Se vuelve a transformar el hexafluoruro en óxido de uranio, se trata dicho óxido para que adquiera la forma de pastillas cerámicas, se introducen las pastillas en tubos de zicaloy y se sellan, y por último, se colocan los cabezales, rejillas,....6.- Utilización en las centrales nucleares: Hablaremos de este punto, en el apartado de aplicaciones.7.- Almacenamiento provisional de combustible utilizado.8.- Reelaboración y reutilización de partes útiles del combustible utilizado.

2.4.3.- APLICACIÓN DE LAS REACCIONES NUCLEARES:

El aprovechamiento de la energía liberada en las reacciones nucleares para fines prácticos, se realiza en las centrales nucleares, pasamos a describir cada uno de los pasos que tienen lugar en dicha central, empezando por su reactor nuclear:

a) Características de un reactor nuclear: La parte central del reactor se llama núcleo, y contiene el material combustible y los elementos necesarios para iniciar (fuente de neutrones) y controlar la reacción de fisión (material moderador y barras de control). El combustible suele estar recubierto de una capa protectora, llamada vaina, generalmente metálica y que lo aísla del exterior, a su vez, también suele estar rodeado de un reflector, el cual por último, esta rodeado con un blindaje de hormigón de varios metros de espesor.

b) Funcionamiento del reactor: Ponemos en marcha la fuente de neutrones, estos neutrones chocan contra el material combustible, y producen reacciones nucleares de fisión, cuyo resultado además de energía calorífica es la producción de nuevos neutrones, que a su vez provocan una reacción en cadena al chocar nuevamente con el material combustible. Debido a esta reacción en cadena, es muy importante disponer de los medios necesarios para controlar la reacción y no transcurra de una forma demasiado violenta, estos medios para controlar la reacción son los siguientes:

- Material moderador: Disminuimos la velocidad de los neutrones, al hacerlos chocar con sustancias como el agua, grafito o berilio.

- Barras de control: Son barras móviles de boro o cadmio que se pueden introducir más o menos en el núcleo del reactor, modificando así el número de fisiones que se producen por unidad de tiempo, es decir, si las barras de control están totalmente introducidas, la reacción se detiene, y a medida que se van extrayendo la velocidad de reacción aumenta hasta el valor adecuado.

c) Obtención de energía eléctrica: Una vez que se ha producido el calor en el reactor, este calienta el fluido refrigerante a alta presión (agua o anhídrido carbónico, según el reactor), en el caso de que el fluido sea el agua, este pasa a estado de vapor a alta presión y se dirige a las turbinas donde se transforma en vapor a baja presión, encaminándose a la cámara de condensación (se refrigera con agua de río o mar que posteriormente se vierte al mismo), y tras la condensación vuelve de nuevo al reactor para seguir en ciclo. La energía cinética de rotación de las turbinas se convierte en energía eléctrica en el generador y, luego, mediante transformadores se eleva su tensión y se distribuye por la red a los lugares de consumo.

d) Residuos: Pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos.- Residuos gaseosos: Una vez tratados para eliminar parte de su radiactividad y las

partículas sólidas, se envían directamente a la atmósfera.- Residuos líquidos: Principalmente estamos hablando del agua de refrigeración, este

se vierte directamente al río o mar del que se ha obtenido.- Residuos sólidos:

- De baja y media radiactividad (ropa, herramientas, desechos,..) se mezclan con hormigón y se introducen en bidones, que se almacenan primero en la central y luego se trasladan a su lugar definitivo.

- De alta radiactividad (combustible gastado): Se almacena primero en la propia central, en piscinas de hormigón llenas de agua, y después se conducen a fábricas de reprocesamiento en las que se recupera el material combustible no consumido (uranio no reaccionado, plutonio utilizado en los reactores nucleares rápidos), y el resto se transporta a zonas geológicamente estables y carentes de corrientes subterráneas.

3.- ENERGÍAS RENOVABLES:

En contraposición con las anteriores, estas fuentes no son agotables ya que dependen de los yacimientos finitos sino de ciclos naturales que se repiten continuamente. El gran motor de estos ciclos como veremos a continuación es el Sol. La única excepción a esta afirmación la encontraremos en la Energía Geotérmica.

3.1.- ENERGÍA HIDRÁULICA:

3.1.1.- ORIGEN DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA: La energía del Sol evapora agua de los océanos, mares, lagos y ríos y la eleva sobre la Tierra formando nubes y por tanto, aumentando su energía potencial. Cuando éstas se enfrían, se condensan formando lluvia y nieve que se vierte sobre la Tierra, cerrando el ciclo. El agua en su transcurso a través de la superficie terrestre tiende a ocupar posiciones más bajas perdiendo la energía potencial, la cual podemos aprovechar para obtener energía utilizable para el consumo doméstico e industrial.

3.1.2.- EXPLOTACIÓN DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA: Las centrales hidroeléctricas son aquellas instalaciones que transforman la energía potencial del agua de los ríos en energía eléctrica. A continuación expondremos los tipos y el funcionamiento de centrales que nos podemos encontrar.a) Tipos: Tenemos distintas formas de clasificar a las centrales hidroeléctricas.- Según las características del caudal del río, tendremos dos grandes grupos:

- Centrales de agua embalsada: Si el caudal del río es variable, se acumula el agua mediante un embalse para conseguir una producción de energía regular.- Central de agua fluyente: Si el caudal es prácticamente constante, la energía potencial del agua se aprovecha directamente o por medio de un embalse de reducidas dimensiones.

- Según la potencia generada: - Minicentrales hidráulicas: Su potencia está comprendida entre 250 KW y 5000 KW. Se construyen en pequeños ríos para suministrar energía a pequeños pueblos.- Macrocentrales: La potencia que suministran es superior a 5000 KW, se sitúan en cuencas de ríos caudalosos y se aprovecha para la producción de energía a gran escala.

- Según la estructura de la central:- Centrales de aprovechamiento por derivación de las aguas: Se desvía el agua del río hacia un canal que la conduce hasta un depósito que recibe el nombre de cámara de carga. Desde aquí el agua se dirige a la sala de máquinas, donde se

obtiene la energía eléctrica. Al final, el agua se conduce de nuevo al río por un canal de descarga.- Centrales de aprovechamiento por acumulación de las aguas: Se construye una presa, y una vez que se utiliza para el suministro de energía en la sala de máquinas, se devuelve al cauce del río.- Centrales de bombeo: Se componen de dos embalses, cuando la demanda de energía es muy elevada, el agua pasa a la sala de máquinas donde se obtiene la energía, y de hay al embalse inferior. Cuando la demanda de energía disminuye, la energía sobrante se utiliza para bombear agua del embalse inferior al superior para poder aprovechar esta agua de nuevo, para ello, se puede utilizar las turbinas si son de funcionamiento reversible o un grupo motor-bomba adicional.

Las presas que se construyen (de hormigón generalmente), pueden clasificarse en distintos tipos:- Presas de gravedad: Contrarrestan con su peso el empuje del agua, su sección es

triangular o trapezoide, fáciles de construir, pero caras debido a la cantidad de materiales empleados y además se corre el peligro de formación de grietas. Pera evitar ambos inconvenientes, a veces se aligeran dotándolas de estructura hueca.

- Presas de arco o de bóveda: Su parte convexa está dirigida aguas arriba, en general son de sección triangular. Se construyen cuando el terreno es suficientemente sólido ya que la presa soporta el empuje en el agua, transmitiendo dicho empuje a las laderas del valle.

En ambos tipos, una vez alcanzada la cota máxima debe asegurarse que el agua en exceso pueda salir libremente, ya sea por encima (rebose), o a través de aliviaderos (compuertas).

b) Funcionamiento: La presa sirve de contención al agua del embalse, que fluye a través de una tubería forzada hasta la sala de máquinas, el caudal de agua que circular por la tubería se regula a través de válvula asegurando que sea regular, además deben existir una serie de filtros para evitar que entren en las turbinas elementos extraños que las puedan dañar). Al llegar a los grupos turbina-alternador el agua hace girar a la turbina, produciéndose una corriente alterna de alta intensidad y bajo voltaje, que a través de los transformadores podemos convertir en corriente de baja intensidad y alto voltaje.

3.2.- ENERGÍA DEL MAR: El agua del mar recibe continuamente una gran cantidad de energía en forma de radiación procedente del Sol. Por otra parte debido a la atracción gravitatoria de la Luna y del Sol, se producen las mareas, con las consiguientes variaciones de energía potencial gravitatoria del agua. Así mismo, las olas provocadas por los vientos y corrientes marinas constituyen una fuente de energía también aprovechable.

3.2.1.- Energía Mareomotriz: Para el aprovechamiento de la e chamiento de la energía cinética de las olas resulta difícil y costoso, y los diferentes métodos ensayados aún se encuentran en fase de experimentación.

3.3.- ENERGÍA EÓLICA: 3.3.1.- ORIGEN DE LA ENERGÍA EÓLICA:

El origen de la energía eólica radica en el Sol. Al calentarse desigualmente las masas de aire de la atmósfera, se producen diferencias de presión que originan el movimiento del aire desde las zonas de altas presiones a las de bajas presiones. Desde el principio de la Historia el hombre a utilizado este tipo de energía, para la propulsión a vela de las embarcaciones, en los molinos de viento para la molienda, bombeo, irrigación,.... En la actualidad la mayoría de las veces el objetivo es su transformación en energía eléctrica.

3.3.2.- TIPOS DE INSTALACIONES: Se pueden distinguir cuatro tipos, en función de la aplicación de la energía del viento:a) Instalaciones de gran potencia con objeto de verter la energía a la red eléctrica. Por

lo tanto, están constituidos por un gran número de aerogeneradores.b) Instalaciones de apoyo para centros de consumo importantes con objeto de reducir el

consumo de la red. Los aerogeneradores se conectan directamente al sistema del consumidor.

c) Instalaciones específicas para equipos de desalación o a bombas de pozos.d) Instalaciones de pequeño tamaño como suministro de energía a consumidores

aislados. En las tres últimas instalaciones, para asegurar en todo momento un suministro de energía eléctrica, es necesario disponer de una fuente auxiliar.

3.3.3.- TIPOS DE AEROGENERADORES: Son aquellos dispositivos destinados al aprovechamiento de la energía del viento, transformándola en energía eléctrica o mecánica. Existen dos tipos más importantes de aerogeneradores:- Máquinas eólicas de eje horizontal: Son las más desarrolladas, ya que permiten obtener un rango mayor de potencias. Pueden estar formadas por:

- 12-24 aspas: Son lentos, aportan potencias bajas, se utilizan para bombear agua de los pozos y para suministrar energía eléctrica a viviendas en zonas rurales.- 2-3 aspas: Son rápidos, aportan potencias elevadas, adecuadas para la producción de gran cantidad de corriente eléctrica.

- Máquinas eólicas de eje vertical: Tienen la ventaja de que se adaptan a cualquier dirección del viento, sin necesidad de dispositivos de orientación empleados en los anteriores. Producen potencias bajas.

3.3.4.- EXPLOTACIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA: El viento incide sobre la hélice del aerogenerador y la hace girar; este movimiento de rotación se transmite al generador, que produce la electricidad, la cual se transporta por medio de cables conductores hasta un centro de control, donde se almacena en acumuladores, o bien se distribuye hasta los lugares de consumo por medio de las líneas de alta tensión. Para regular la velocidad de las aspas de la hélice, con independencia de la velocidad del viento, se puede utilizar un volante de inercia que actúa como carga de frenado. Por último, con objeto de eliminar la electricidad estática generada por el rozamiento del viento con las aspas, el generador se conecta a tierra. Además en los campos eólicos, dada la gran cantidad de aerogeneradores y la gran distancia que hay entre ellos existe una gran caída de tensión, por esta razón los aerogeneradores se suelen conectar en grupos para disminuir las pérdidas.

3.4.- ENERGÍA SOLAR:

Se denomina así al aprovechamiento directo de la radiación solar, dicho aprovechamiento se puede realizar desde dos perspectivas distintas: Aprovechamiento del calor (conversión térmica) o aprovechamiento de la luz (conversión fotovoltáica), hablaremos de cada una de ellas a continuación:

3.4.1.- CONVERSIÓN TÉRMICA: Cuando un cuerpo se expone al Sol, parte de las radiaciones que inciden sobre él son reflejadas y otra parte son absorbidas, los casos extremos los encontramos en los cuerpos de color negro que absorben prácticamente toda la radiación, mientras que los de color blanco prácticamente reflejan la totalidad de la misma.

La conversión térmica se basa en la absorción de la radiación solar, concentrándola en un fluido caloportador que se calienta, dependiendo de la temperatura que alcanza dicho fluido podemos hablar de conversión térmica de baja, media y alta temperatura:a) Conversión de baja temperatura: Suele utilizarse en este caso un colector de placa

plano, que consta de una caja metálica, dentro de la cual hay una lámina también metálica, pintada de negro, que absorbe la radiación solar.

Sobre la lámina se apoya un sistema de tubos, por los que circula agua. La parte superior de la caja está recubierta de una placa de vidrio o plástico que deja pasar la luz solar pero no deja salir la radiación infrarroja, produciendo un efecto invernadero. De esta forma, se calienta el agua que va por los tubos, pudiéndose alcanzar temperaturas de hasta 80ºC. Estos captadores planos suelen utilizarse para calefacción, viviendas e invernaderos, climatización de piscinas,....b) Conversión de media temperatura: Se emplean concentradores, que envían hacia el

captador propiamente dicho la radiación solar, estos concentradores se pueden clasificar en reflectores (espejos cóncavos) o refractores (lentes convergentes). Gracias a estos concentradores que pueden ser móviles, para poder lograr una captación solar más efectiva, se pueden alcanzar temperaturas hasta de 300ºC. Se pueden utilizar para obtención de sal o potabilización del agua de mar.

c) Conversión de alta temperatura: En este caso estamos hablando de temperaturas de 6000ºC. Lo cual se puede lograr gracias a:

- Hornos solares: Formados por un espejo parabólico que concentra en su foco los rayos procedentes de la reflexión de las radiaciones solares.- Centrales Solares: Formadas por un campo de espejos debidamente orientados (heliostatos) que reflejan la radiación sobre una caldera independiente situada en lo alto de una torre central.

3.4.2.- CONVERSIÓN FOTOVOLTÁICA: En este caso se transforma directamente la radiación solar en energía eléctrica, lo cual se realiza en las llamadas células fotovoltáicas, las cuales están constituidas por un material semiconductor (silicio), al incidir la radiación sobre dicho material, se genera un flujo de electrones, gracias a la creación de una pequeña diferencia de potencial, para aumentar dicha diferencia de potencial es necesario conectar varias de ellas en serie. Se obtienen de esta forma los llamados módulos o paneles fotovoltáicos. Las células son protegidas por unas cápsulas de silicona y estas, a su vez, por un cristal. Toda la estructura esta recubierta de un marco soporte, que permite el acoplamiento de unos paneles con otros y su fijación al suelo, techos,...

Las instalaciones fotovoltáicas deben ir provistas de acumuladores, capaces de almacenar la energía eléctrica no utilizada en forma de energía química (baterías de plomo o niquel-cadmio). La explotación de la energía eléctrica, a partir de la radiación solar se produce en:- Las centrales solares fotovoltáicas aún se encuentran en fase de experimentación,

pues la energía eléctrica que se obtiene aún no es rentable.- Pequeñas instalaciones: Que se encuentran alojadas de las redes de distribución

(faros, teléfonos de carretera, calles de pueblos sin suministro eléctrico, sistemas de emergencia,...).

- Viviendas: Autoabastecimiento energético de viviendas, bien de forma totalmente autónoma, o de forma mixta, es decir, conectadas a la red para asegurar el suministro cuando aumenta el consumo.

- Satélites: La mayor parte del complejo instrumental de investigación existente en los satélites lanzados al espacio.

3.5.- BIOMASA:

3.5.1.- DEFINICIÓN Y TIPOS DE BIOMASA: Se conoce con el nombre de biomasa a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo la obtenida a partir de ésta mediante transformaciones naturales o artificiales. Esta materia orgánica tiene su origen en el proceso de fotosíntesis que llevan a cabo las plantas, las cuales consiguen retener la energía solar en dicha biomasa, el resto de seres vivos que forman parte de las cadenas tróficas, se alimentan directamente o indirectamente de dicha biomasa, liberando la energía almacenada. Podemos clasificar la biomasa, de la siguiente manera:- Biomasa natural: Se produce en los ecosistemas naturales.- Biomasa residual: Residuos o subproductos de las explotaciones ganaderas,

agrícolas, forestales, y de las industrias agroalimentarias.- Cultivos energéticos: Se realizan con el fin exclusivo de obtener materiales

destinados a su aprovechamiento energético.

3.5.2.- CONVERSIÓN ENERGÉTICA DE LA BIOMASA: Su aprovechamiento puede llevarse a cabo por métodos termoquímicos o bioquímicos.

a) Métodos termoquímicos:- Combustión directa: Al quemar la biomasa en presencia de oxígeno, en ocasiones

requiere de unos procesos previos como trituración, secado, briquetado, para mejorar tanto sus cualidades caloríficas y las posibilidades de almacenamiento y transporte. Se puede emplear para calentar viviendas, granjas, industrias, e incluso puede servir como sustituto al carbón o petróleo en las centrales térmicas.

- Pirólisis: Descomposición de la biomasa a elevada temperatura (500ºC) y en ausencia de oxígeno, se obtiene una fracción sólida compuesta principalmente por carbono, y una fracción líquida y gaseosa que también puede ser utilizada como combustible.

b) Métodos bioquímicos: Son procesos en los que intervienen microorganismos:- Fermentación alcohólica: Transformación provocada por enzimas en presencia de

oxígeno, que conviertan los hidratos de carbono en etanol. El etanol puede emplearse como carburante en motores de vehículos como sustitutivo de la gasolina.

- Digestión anaerobia: Tiene lugar por la acción de determinadas bacterias que, en ausencia de oxígeno, transforman la biomasa en biogás, constituido principalmente por metano y dióxido de carbono, y que se puede utilizar en motores de combustión.

- Transesterificación: Se consigue un combustible de origen vegetal que puede sustituir al gasóleo en los motores diesel, se denomina biodiesel, y se trata de un éster metílico de aceites brutos, sin refinar, obtenidos a partir de semillas de girasol, soja, colza,...).

- Fotoproducción de combustibles: A partir de agua y algunos compuestos orgánicos se puede obtener hidrógeno, para utilizarlo como combustible o producir energía eléctrica.

3.6.- GEOTÉRMICA: 3.6.1.- ORIGEN Y TIPOS: La energía geotérmica se puede considerar como el calor almacenado en el interior de la Tierra, y cuyo origen se debe principalmente al vulcanismo y a la radiactividad de las rocas. Aunque parte de este calor se transmite por conducción a la superficie y allí se disipa a la atmósfera, otra parte queda retenida, debida a la baja conductividad térmica de los materiales que se encuentra en su camino.

Existen dos tipos de energía geotérmica: La de alta energía y la de baja energía, la temperatura límite entre una y otra esta en 150 ºC, ya que se considera que por debajo de dicha temperatura es muy difícil obtener energía eléctrica de forma rentable.

3.6.2.- EXPLOTACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA: Existe una zona de magma situada entre 1500- 10000 m, que en ocasiones está cubierta por materiales impermeables al calor, además puede ocurrir que estén en contacto con aguas subterráneas (dichas aguas pueden permanecer bajo el suelo durante varios años) que pueden a través de grietas o poros llegar a la superficie en forma de vapor, este vapor es conducido hacia turbinas para poder generar corriente eléctrica de forma similar a como se realizaba en las centrales térmicas o nucleares. Cuando no existe contacto entre estas zonas de magma y aguas subterráneas se debe realizar perforaciones similares a las de petróleo, por estas perforaciones se inyecta agua fría la cual se recupera por medio de otro pozo de extracción.

Cuando el vapor que se obtiene es de una temperatura inferior a 150 ºC, se utiliza por lo general en calefacciones de viviendas e industrias, para lo cual, previamente se pone a través de un cambiador de calor en contacto con otro fluido para evitar así problemas en los equipos de calefacción derivados de la gran cantidad de sales disueltas en las aguas termales.

En lugares como Italia o Islandia este tipo de energía tiene una gran utilización, debido a la gran actividad volcánica que poseen, en el caso de Islandia es el único lugar terrestre en el que coinciden la placa Americana, Europea y Africana.

3.7.- R.S.U.: Son todas aquellas sustancias sólidas producidas como consecuencia de la actividad humana en las zonas urbanas y consideradas como inservibles.

Se calcula que cada persona es responsable de 2000 Kg de este tipo de residuos al año, y hay que tener en cuenta que el 50% de los mismos corresponden a materia orgánica, y otra parte muy importante esta constituida por cartón y papel. Para el aprovechamiento energético de los mismos, se pueden utilizar los siguientes procesos:- Compostaje: Consiste en la fermentación de los residuos para su uso posterior como

abono, o para la obtención de biogás, utilizable como combustible.- Incineración: Se queman directamente, pudiéndose aprovechar para calefacción, o

bien para transformarse en otros tipos de energía.