Resumen Energa y Medio Ambiente

ResumenEnerga y Medio AmbienteSergio Esteban Mora RiveraSilvestre Martnez AponteCleymer Enrique Florez

Antecedente HistricoDesde tiempos antiguos, el movimiento del sol despert curiosidad en las culturas antiguas, tanto as que el sol se convirti en una deidad religiosa.

El sol se convirti en una unidad de tiempo y esto empez cuando aparecieron los relojes de sombra, el reloj de sombra ms efectivo, es el patentado por Bustabad rey, mediante observacin este reloj fue diseado para que pueda ser utilizando en todo mundo.Partiendo de este principio existieron calendarios solares y puntos de referencias histricos gracias al sol, como por ejemplo las cosechas gracias al sol se poda saber en qu temporada sembrar, que alimentos y cuando preparar a los hombre para recoger los frutos.

La energa solar es inagotable, con esta podemos reproducir varias decenas de miles de veces la energa humana, el problema de la energa solar, es el flujo que es relativamente bajo, por eso es tan costoso, es decir 4 veces ms costoso que la energa normal, que viene de hidroelctricas. En el futuro se estima que la humanidad en su gran mayora utilizar la energa solar como fuente principal de energa.

Los cultivadores son quienes ms aprovechan la energa solar, ya sea de forma pasiva o activa re-direccionndola a los cultivos donde el sol llega por periodos e tiempo cortos no llegan los rayos solares. Tambin la energa solar se aprovecha de forme eficaz y pasiva mediante invernaderos

Otro sistema que aprovecha a la energa pasiva son las galeras o habitaciones gigantescas, en donde el sol propicia un efecto termorregulador excelente, hoy en da se utilizan materiales que aprovechan ms la energa solar .

La arquitectura bioclimtica, permite reducciones de demanda energtica superiores al 50% porque reemplaza calentadores elctricos o aire acondicionado para mantener el ambiente clido.

La energa sola se puede aprovechar.Baja TemperaturaAlta TemperaturaRealiza vapor para hacer electricidadCalefaccinDe piscinasNuevos sistemas se proyectan para realizar el vapor directamente de las tuberas, aumentando el rendimiento en un 20% y reducir costos en un 15 %

La conversin de energa solar a energa elctrica se hace a partir de clulas solares, por medio del proceso fotovoltaico, que hacen los materiales semiconductores, cuando incide una radiacin luminosa en ellos.

Una clula solar esta echa de silicio de gran pureza, trata con boro y fosforo y placas metlicas en las dos caras. Estas clulas se agrupan en paneles para generar suficiente energa para un uso concreto.

Efecto fotovoltaico puede tener diferentes aplicaciones como:Aislada de la red: proporciona alimentacin elctrica a la bombilla de un faro, para asegurar el funcionamiento durante largos periodos sin luz solar.En un municipio un sistema de 24 mdulos proporciona energa suficiente para bombear agua al depsito municipal.Puede solucionar problemas, a estructuras aisladas, y contribuye con el medio ambiente

Hay estaciones fotovoltaicas que producen desde 12 Kilovatios, pasando por los 450 Megavatios hasta llegar a los Gigavatios que puede abastecer a miles de personasLas centrales hidroelctricas se pueden complementar con campo de mdulos fotovoltaicos, porque cuando la central produce menos energa, ya sea por escases de agua o poco flujo de agua el campo fotovoltaico ayuda abastecer y viceversa

Nano materialesSon materiales son propiedades morfolgicas, tan pequeos como un micrmetro

Creacin de nano materialesNano TecnolgaLa nanociencia y la nanotecnologa hoyen da es un sinnimo de innovacin, porque antes eran ideas y proyecciones que solo estaba en la imaginacin. Hoy en da existen las posibilidades de realizar estas ideas como por ejemplo, los nanorobots.

La tecnologa ha tenido dificultades para llegar a la escala de clulas y molculas, pero poco a poco gracias a la evolucin en encoger las dimensiones de los artefactos electrnicos es posible, como lo a mostrado la historia es de los tubos del vaco, el transistor, luego el diodo que incluye millones de transistores, siguiendo esta evolucin existe la posibilidad de llegar al nanomundo. Aunque actualmente hay problemas que detienen ese desarrollo.Entre ms se reduzca la escala ms grande es su rea y menor su volumenLa dimensin de los objetos entre ms pequeas menos probables es que se apliquen las leyes de la fsica clsicaEs donde entra la fsica cuntica que estudia las leyes de las molculas.

HistoriaLa nanociencia y nanotecnologas, tiene sus inicios conceptuales en 1959 donde Feynman propone en su conferencia nuevas posibilidades de objetos disendolos desde muy pequea escala. Luego en 1986 Dexler basndose en la conferencias de Feynman, postulo en el libro (Motores de la Creacin) objetos que podran copiar as mismo, dando resultado al concepto de plaga gris

MeidicinaUnas de las proyecciones de la nanotecnologa, est en la medicina para aplicarlos en los astronautas, por sus viajes tan largos necesitan estar sanos durante largos periodos de tiempo estando a millones kilmetros de la tierra. Cuando la exposicin en gravedad cero y otros ambientes hacen que los msculos y huesos se deterioren, y por ende tienen altas posibilidades de desarrollar cualquier enfermedad incluyendo el cncer, el problema est en que los equipos mdicos necesarios son bastante grandes para transportarlos en las naves que tienen poco espacio, el reto consiste contraer el tamao de estas mquinas o las utilidades de esta

La solucin a este problema est en la nanotecnologa, la idea es crear una capsula, que al ser ingerida libere nano-exploradores y toda una tropa especializada, as podrn estar diagnosticando al astronauta o paciente constantemente, antes de que se desarrolle una enfermedad, y atacar las clulas por donde empieza a contagiar al husped.

ActualmenteActualmente se han diseado maquinas del tamao de un grano de harina, carros millones de veces ms pequeos que los normales, un guitarra cuyas cuerdas son del grosor de unos cuantos tomos. Microchips, cuyos cables son ms finos que un cabello humano

Sper ConductividadHISTORIA Y EVOLUCIN:La superconductividad fue descubierta en 1911 por un fsico Holands llamado Heike Kamerlingh Onnes, quien estudiaba los efectos que producan las temperaturas muy bajas en las propiedades de los metales. En medio de estos estudios descubri que el Mercurio perda toda su resistencia al flujo de electricidad cuando se enfriaba a una temperatura de 4 kelvin.

Este cientfico continuo buscando superconductividad en otros metales, en cada caso el material deba enfriarse a temperaturas prximas al cero absoluto.El enfriamiento se realizaba sumergiendo el material superconductor en Helio lquido, ya refrigerado a esa temperatura se converta en superconductor.Este cientfico hizo pasar corriente por un superconductor al que le haba dado forma de anillo y lo mantuvo refrigerado con Helio lquido un ao despus de haber retirado la fuente de electricidad del superconductor, la corriente an segua fluyendo en l sin haber disminuido

A pesar de la importancia de ste experimento solo se dio aplicacin aos ms tarde, esto debido a que el Helio necesario para conseguir este enfriamiento era caro y complejo, los gastos de refrigeracin siempre han sido mayores que el ahorro de energa, todo esto ocasion que no hubiera incentivos econmicos que impulse a sustituir los conductores convencionales por superconductores.

TEORAS DE LOS MATERIALES SUPERCONDUCTORES A DETERMINADAS TEMPERATURAS

Teora BCS 1957 por J. Bardeen, L. Cooper y J.R. Schrieffer: explica la superconductividad a temperaturas prximas al cero absoluto. Cuando los materiales se refrigeran a estas temperaturas el movimiento de sus tomos se reduce dramticamente. Esta teora afirma que los electrones que fluyen a travs de un superconductor se agrupan en pares llamados pares de Cooper, estos pares electrnicos se producen debido a los phonones que son partculas asociadas a las vibraciones de la red cristalina.

EFECTO MEISSNER

Un material superconductor se convierte en un material magntico perfecto, de modo que el campo magntico en su interior se anula completamente. Si un superconductor se reflejara de acuerdo son su temperatura crtica en el seno de un campo magntico el campo rodea el superconductor pero no penetra en l. El imn induce corriente en el material superconductor, la corriente crea una fuerza magntica opuesta a la del imn que provoca la repulsin de los dos materiales, la expulsin del campo magntico del material superconductor posibilita efectos curiosos como la levitacin de un imn sobre un material superconductor a baja temperatura.

MORFOLOGIA DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD

Conductores tipo 1: metales puros como el plomo o el estao, estos repelen el campo magntico hasta que alcanza una determinada intensidad o campo crtico, una vez el campo magntico alcanza su valor crtico el superconductor vuelve a su estado normal perdiendo sus propiedades.Conductores tipo 2: se comportan de una forma ligeramente distinta, son materiales ms complejos como aleaciones de materiales de transicin en ellos el campo crtico es ms intenso, una vez el campo magntico ha alcanzado su valor crtico el superconductor no repele el campo, pero sigue conduciendo sin ofrecer resistencia.

LA DENSIDAD DE CORRIENTEEs otra de las caractersticas que diferencia un superconductor de otro, el paso de una corriente intensa a travs de un superconductor puede hacer que este pierda sus propiedades, la densidad se mide en amperios por unidad de rea, el valor crtico de la densidad de corriente en un hilo superconductor es de 100 amperios por Cm2, si pasa una corriente ms densa por el hilo, ofrece resistencia.

EFECTO JOSEPHSON(Brian Josephson): demostr la existencia y caractersticas especficas del efecto tnel que podan producirse entre dos materiales superconductores separados con un fin aislante. En este dispositivo llamado unin Josephson los flujos de electrones pueden pasar de un material a otro esquivando el obstculo aislante en cuyo seno provocan una reaccin magntica de muy alta sensibilidad. Este es el origen de una tcnica revolucionaria, SQUID, que consiste en poner en paralelo dos uniones Josephson unidas por una conexin superconductoras. Este descubrimiento es utilizado en el campo mdico avanzado.

OTRAS APLICACIONES DE LA SUPERCONDUCTIVIDADLA CIENCIA Y LA MEDICINA han sido las primeras en aprovechar la tecnologa de superconductores, la construccin de equipos de generacin de imgenesLOS MEDIOS DE TRANSPORTE tambin son y se vern afectados por la superconductividad, algunos trenes en Japn son un claro y amplio ejemplo de esto.LAS DEFENSAS MILITARES el lanzamiento de los misiles con guas superconductoras pueden reemplazar los proyectiles explosivos.

NanocienciaLa nanociencia es un campo de gran potencial de desarrollo ya que tiene gran relevancia entres las disciplinas cientficas como la fsica, la qumica, la medicina y la farmacia y tambin en sus relaciones con las ingenieras como la electrnica, la qumica y materiales.ConceptoLa nanociencia es el estudio de los sistemas que estn entre los 1 y 100 nanmetros de medida.La nanociencia es la que se ocupa de el estudio de los materiales de muy pequeas dimensiones

Propiedades de las NanoparticulasEfecto de confinamiento cuntico: Propone que las propiedades electrnicas, pticas y magnticas de la partcula dependan del tamao como de su forma, independientemente de su composicin.

Propiedades de las NanoparticulasEfecto tnel: muestra como una partcula es capaz de sobrepasar una barrera de energa de potencial, a pesar que la energa cintica de ella sea mayor a la de la partcula.

Propiedades de las NanoparticulasEfecto fotoelctrico: Es la capacidad que tiene un metal de desprender electrones dependiendo de la luz que incide sobre este.

Conductividad: Es la capacidad que tienen los materiales para transportar con facilidad electrones y as generar un flujo.

Propiedades de las NanoparticulasMagnetismo: Al someter un cmulo de partculas a un campo magntico lo suficientemente fuerte provoca que el spin de los electrones ensu interior se alinee con este campomagntico.

Sntesis de NanoparticulasEs el proceso mediante el cual se crean las Nanoparticulas. Existen dos mtodos: mtodo qumico y mtodo fsico.Mtodo QumicoConsiste en la utilizacin de elementos reactivos para la creacin de Nanoparticulas.Ventajas: Disponibilidad de elementos, bajo costo, reproducibilidad.Desventajas: Largos periodos de preparacin y condiciones muy especificas de experimentacin.

Mtodo Fsico Termlisis: Consiste en someter partculas a altas temperaturas para as aumentar su tamao.Sonoqumica: Este proceso reduce las sales metlicas por medio de ultrasonido.Fotoqumica: Proceso parecido al de la Sonoqumica, solo que en este caso se usan pulsos lumnicos.Aplicaciones de la NanocienciaMedicina: en los que se caracterizan por el diagnstico, tratamiento, monitoreo y el control de sistemas biolgicos utilizando nanopartculas.Ciencia y tecnologa: Ha hecho posible avances tecnolgicos con respecto a la electrnica y las telecomunicaciones, mejorando as mltiples elementos con el fin de aumentar la eficacia y reducir el tamao.

Productos Nanotecnolgicos en el mercadoProductoEmpresaCaractersticasAntibacterial KitchenwareNano Care Technolgy, Ltd.Utensilios de cocina con una cubierta de nanopartculas de plata que impiden la proliferacin de bacterias sobre su superficie.All Day Suncare SPF 30Kara VitaSu formulacin basada en nanopartculas ofrece proteccin contra la radiacin UV por ms de 8 hrs.AMD AthlonTM 64 X2 Dual-Core ProcessorAMDLos circuitos al interior de este procesador poseen un ancho de 90 nm.APO-HG binocularMinoxLos lentes poseen nanopartculas que repelen el polvo, el agua y la suciedad.Benny the Bear Plush ToyPure PlushyOso de peluche recubierto de nanopartculas de plata que impiden la proliferacin de bacterias en su superficie.Continental GP4000 Special (Black Chili) TiresContinentalNeumticos para bicicletas fabricados con nanopartculas de carbono que otorgan mayor resistencia y disminuyendo notoriamente su peso.Cotton Rain JacketPro-Idee GmbH & Co. KGChaqueta para la lluvia hecha de algodn incorporando nanopartculas que la hacen 100% impermeable, resistente al viento, repele la suciedad y las arrugas.ConclusionesLa nanotecnologa y la nanociencia ha hecho posible el avance tecnolgico y cientfico que existe el da de hoy y que definir la vida humana en el futuro.La nanotecnologa permite la mejora de los materiales, haciendo que estos cumplan con los propsitos y den los resultados deseados.