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Contenido
Energías renovables
- Introducción
- Energía solar
- Energía hidráulica
- Energía eólica
- Energía geotérmica
- Energía marina
- Ventajas y desventajas
- Actividades1
- Actividades2
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Introducción
La energía renovable es la energía que puede ser renovada o regenerada naturalmente. Pueden ser utilizada sin límite de tiempo y es inagotable, mientras que la energía no renovable es la que proviene de reservas que se agotan (que se acaban).
Entre las energías renovables se encuentran la eólica, hidroeléctrica, geotérmica y marina.
- Historia
Las energías renovables han constituido una parte importante de la energía utilizada por los humanos desde tiempos remotos, especialmente la solar, la eólica y la hidráulica. La navegación a vela, los molinos de viento o de agua y las disposiciones constructivas de los edificios para aprovechar la del sol, son buenos ejemplos de ello.
Con el invento de la máquina de vapor por James Watt, se van abandonando estas formas de aprovechamiento, por considerarse inestables en el tiempo y caprichosas y se utilizan cada vez más los motores térmicos y eléctricos, en una época en que el todavía relativamente escaso consumo, no hacía prever un agotamiento de las fuentes, ni otros problemas ambientales que más tarde se presentaron.
Hacia la década de años 1970 las energías renovables se consideraron una alternativa a las energías tradicionales, tanto por su disponibilidad presente y futura garantizada (a diferencia de los combustibles fósiles que precisan miles de años para su formación) como por su menor impacto ambiental en el caso de las energías limpias.
Energía solar
La energía solar es una fuente de energía de origen renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.
La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias.
La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Actualmente, y gracias a los avances tecnológicos, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica ya es igual al de producirla con las fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas.
Existen tres tipos de energía solar :
Energía solar fotovoltaica
Los paneles solares atrapan los rayos del sol que luego se convierten en electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar. La energía solar se utiliza para proporcionar electricidad a los hogares.
- Panel fotovoltaico
Un panel fotovoltaico está formado por un conjunto de celdas encapsuladas en dos capas de plástico entre una lámina frontal de vidrio y una capa posterior de un termoplástico., (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos (energía solar fotovoltaica).
Este conjunto es enmarcado en una estructura de aluminio con el objetivo de aumentar la resistencia mecánica del conjunto y facilitar el anclaje del módulo a las estructuras de soporte.
Las células más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos son de silicio.
El panel fotovoltaico se puede instalar en un tejado o en el suelo. Es más rentable si está orientado hacia el sur(si vives en el hemisferio Norte), pero también puede ser al sureste o suroeste ( el rendimiento disminuye en aproximadamente un 10 % ). Cuidando de que no le den las sombras de la vegetación circundante o de otro edificio cercano.
El panel solar produce corriente continua. Un inversor convierte la corriente continua en corriente alterna que es la que se usa en instalaciones eléctricas domésticas de las casa y ciudades.
La corriente eléctrica producida de este modo se puede consumir enteramente por el productor ( autoconsumo ). Sin embargo, la que sobra puede ser vendida a un distribuidor de electricidad. También se puede optar por vender toda la electricidad producida por la instalación.
El rendimiento de corriente máxima de un panel fotovoltaico es aproximadamente del 20% de la energía luminosa recibida.
- Aplicaciones
- Centrales conectadas a red para suministro eléctrico.
- Sistemas de autoconsumo fotovoltaico.
- Electrificación de pueblos en áreas remotas (electrificación rural).
- Corriente eléctrica para viviendas aisladas de la red eléctrica.
- Sistemas de comunicaciones de emergencia.
- Estaciones repetidoras de radio.
- Sistemas de vigilancia de datos ambientales y de calidad del agua.
- Faros, boyas y balizas de navegación marítima.
- Balizamiento para protección aeronáutica.
- Señalización ferroviaria.
- Postes de SOS (Teléfonos de emergencia en carretera).
- Parquímetros.
- Vehículos eléctricos
Energía solar térmica
En este caso, los paneles se utilizan para capturar el calor para suministrar sobre todo agua caliente.
- Funcionamiento de los colectores planos
Los colectores solares planos funcionan aprovechando el efecto invernadero —el mismo principio que se puede experimentar al entrar en un coche aparcado al sol en verano—.
El sol incide sobre el vidrio del colector, que siendo transparente a la longitud de onda de la radiación visible, deja pasar la mayor parte de la energía. Esta calienta entonces la placa colectora que, a su vez, se convierte en emisora de radiación en onda larga o (infrarrojos). Pero como el vidrio es opaco para esas longitudes de onda, a pesar de las pérdidas por transmisión, (el vidrio es un mal aislante térmico), el recinto de la caja se calienta por encima de la temperatura exterior.
Al paso por la caja, el fluido caloportador que circula por los conductos se calienta, y transporta esa energía térmica a donde se desee.
- Aplicaciones
- Preparación de agua caliente para usos sanitarios
- Climatización de piscinas
- Calefacción
- Frío solar
- Crear vapor
- Cocinar
- Esterilización
- Pasteurización
- Desalinización
- Lavado
- Secado
Tanto a nivel doméstico como industrial.
Energía solar termodinámica
Aquí, la radiación del sol calienta el agua que se transforma en vapor. Este vapor mueve una turbina: la energía de la turbina en movimiento se convierte en energía eléctrica.
Es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 º C hasta 1000 º C, y obtener así un rendimiento aceptable, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato.
Una central térmica solar (figura 1) se compone de tres elementos principales:
- Una torre solar de concentración que genera más de 500 kW de energía. Capaz de alcanzar temperaturas máximas de más de 1000 ° C;
- Un conjunto de paneles solares que genera un fluido caliente a temperaturas alrededor de 250 ° C;
- Una sala de control que albergará las comunicaciones del centro y los sistemas de control.
Energía hidráulica
Se denomina energía hidráulica, energía hídrica o hidroenergía a aquella que se obtiene del aprovechamiento de la energía de la corriente del agua, saltos de agua o mareas. Es considerada una forma de energía renovable.
Se puede transformar a muy diferentes escalas. Existen, desde hace siglos, pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río, con una pequeña presa, mueve una rueda de palas y genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas de presas.
Centrales hidroeléctricas
En general, estas centrales aprovechan la energía que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica.
Aprovechamiento de la energía hidráulica
Los antiguos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Durante la Edad Media, las enormes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos.
La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó a las industrias textiles y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX
Las formas más frecuentemente utilizadas para explotar la energía hidráulica son:
- Desvío del cauce de agua
El principio fundamental de esta forma de aprovechamiento hidráulico de los ríos se basa en el hecho de que la velocidad del flujo de estos es básicamente constante a lo largo de su cauce, el cual siempre es descendente. El conjunto de obras que permiten el aprovechamiento de la energía anteriormente mencionada reciben el nombre de central hidroeléctrica o hidráulica.
- Interceptación de la corriente del agua
Este método consiste en la construcción de una represa o embalse de agua que retenga el cauce de agua causando un aumento del nivel del río en su parte anterior a la presa de agua, el cual podría eventualmente convertirse en un embalse.
Características de una central hidroeléctrica
Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:
- La potencia, que está en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación.
- La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen del embalse, y de la potencia instalada.
La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios), como en el caso de las minicentrales hidroeléctricas, hasta decenas de miles, como en los casos de la Itaipú, entre Brasil y Paraguay, que tiene una potencia de 14 000 MW, o la Presa de las Tres Gargantas, en China, con una potencia de 22 500 MW.
Energía eólica
La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de energía para las actividades humanas (El término eólico viene del latín «Aeolicus», perteneciente o relativo a Eolo, dios de los vientos en la mitología griega).
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir electricidad mediante aerogeneradores, conectados a las grandes redes de distribución de energía eléctrica.
Pequeñas instalaciones eólicas pueden, por ejemplo, proporcionar electricidad en regiones remotas y aisladas que no tienen acceso a la red eléctrica, al igual que hace la energía solar fotovoltaica.
El auge de la energía eólica ha provocado también la planificación y construcción de parques eólicos marinos, situados cerca de las costas. La energía del viento es más estable y fuerte en el mar que en tierra, y los parques eólicos marinos tienen un impacto visual menor, pero los costes de construcción y mantenimiento de estos parques son considerablemente mayores.
La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar fuentes de energía a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. El impacto ambiental de este tipo de energía es además, generalmente, menos problemático que el de otras fuentes de energía.
Historia
La energía eólica no es algo nuevo, es una de las energías más antiguas junto a la energía térmica. El viento como fuerza motriz se ha utilizado desde la antigüedad. Así, ha movido a barcos impulsados por velas o ha hecho funcionar la maquinaria de los molinos al mover sus aspas. Sin embargo, tras una época en la que se fue abandonando, a partir de los años ochenta del siglo XX este tipo de energía limpia experimentó un renacimiento. La energía eólica crece de forma imparable ya en el siglo XXI.
- Los primeros molinos
Los primeros molinos de uso práctico fueron construidos en Sistán, Afganistán, en el siglo VII. Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares. Aparatos hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para moler trigo o extraer agua.
- Aerogenerador
Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.
Energía geotérmica
Se llama energía geotérmica a la energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.
El término “geotérmico” viene del griego geo (‘Tierra’), y thermos (‘calor’); literalmente ‘calor de la Tierra’.
El interior de la Tierra está caliente y la temperatura aumenta con la profundidad. Las capas profundas, pues, están a temperaturas elevadas y, a menudo, a esa profundidad hay capas freáticas en las que se calienta el agua: al ascender, el agua caliente o el vapor producen manifestaciones en la superficie, como los géiseres o las fuentes termales, utilizadas para baños desde la época de los romanos. Actualmente, el progreso en los métodos de perforación y bombeo permiten aprovechar la energía geotérmica en numerosos lugares del mundo.
- Uso para generación eléctrica
1. Depósito de agua caliente en el interior de la Tierra
2. Extracción del agua caliente
3: Generación de energía eléctrica (con un generador)
4: La electricidad generada alimenta la red
5: Después de esto el resto del agua caliente todavía se puede utilizar para calefacción
6: La energía térmica puede ser reutilizada
7: El agua ya fría alimenta de nuevo al ciclo al ser recalentada en el interior de la Tierra
Se produjo energía eléctrica geotérmica por primera vez en Larderello, Italia, en 1904. Desde ese tiempo, el uso de la energía geotérmica para electricidad ha crecido mundialmente a cerca de 8.000 megavatios de los cuales Estados Unidos genera 2.700 MW.
- Clasificación según la temperatura del agua
- Energía geotérmica de alta temperatura. La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura está comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera electricidad. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.
- Energía geotérmica de temperaturas medias. La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C. Su mejor aprovechamiento es para sistemas urbanos de reparto de calor para su uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción).
- Energía geotérmica de baja temperatura. La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 °C.
- Energía geotérmica de muy baja temperatura. La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 °C. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas, como la climatización geotérmica (bomba de calor geotérmica).
Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima está entre 120 y 180 °C, pero las fuentes de temperatura más baja son muy apropiadas para los sistemas de calefacción urbana y rural.
Energía marina
La energía marina o energía de los mares (también denominada a veces energía de los océanos o energía oceánica ) se refiere a la energía renovable transportada por las olas del mar, las mareas, la salinidad y las diferencias de temperatura del océano. El movimiento del agua en los océanos del mundo crea un vasto almacén de energía en movimiento. Esta energía se puede aprovechar para generar electricidad que alimente las casas, el transporte y la industria.
El término energía marina abarca tanto la energía de las olas - la energía de las olas de superficie y la energía mareomotriz - obtenida a partir de la energía de grandes cuerpos de agua en movimiento. La energía eólica suele confundirse como una forma de energía marina, pero en realidad es derivada de la del viento, aunque los aerogeneradores se coloquen sobre el agua.
Los océanos tienen una enorme cantidad de energía y están muy cerca a muchas, sino a la mayoría, de la concentraciones de población. Bastantes investigaciones muestran que la energía oceánica tiene el potencial de proporcionar una cantidad sustancial de nuevas energías renovables en todo el mundo.
- Formas de energía de los océanos
- Energía de las corrientes
Es la energía obtenida de las corrientes oceánicas. La energía del movimiento de las corrientes marinas se pueden convertir en su mayor parte, de la misma forma que una turbina eólica extrae energía del viento, utilizando varios tipos de generadores de turbina. El potencial de generación de energía eléctrica a partir de las corrientes marinas de la marea es enorme.
- Energía mareomotriz
Es la energía de las masas de agua en movimiento. Una forma de generación de energía hidroeléctrica mediante su empalme a un alternador, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética segura y aprovechable.
Es un tipo de energía renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una penetración notable de este tipo de energía.
*Funcionamiento
El funcionamiento de una planta mareomotriz, es sencillo, cuando se eleva la marea se abren las compuertas del dique la cual ingresa en el embalse. Después cuando llega a su nivel máximo el embalse, se cierran las compuertas. Después, cuando la marea desciende por debajo del nivel del embalse alcanzando su amplitud máxima entre este y el mar se abren las compuertas dejando pasar el agua por las turbinas a través de los estrechos conductos. - Energía olamotriz
Es la energía de las olas superficiales. Es uno de los tipos de energías renovables más estudiada actualmente, y presenta enormes ventajas frente a otras energías renovables debido a que en ella se presenta una mayor facilidad para predecir condiciones óptimas que permitan la mayor eficiencia en sus procesos. Es más fácil llegar a predecir condiciones óptimas de oleaje, que condiciones óptimas en vientos para obtener energía eólica, ya que su variabilidad es menor.
Ventajas y desventajas
Ventajas
- Las fuentes de energía renovables son muy abundantes. Se considera que el Sol abastecerá estas fuentes de durante los próximos cuatro mil millones de años.
- No producen gases de efecto invernadero ni otras emisiones, contrariamente a lo que ocurre con las no renovables. Algunas fuentes renovables no emiten dióxido de carbono adicional, salvo los necesarios para su construcción y funcionamiento, y no presentan ningún riesgo suplementario, tales como el riesgo nuclear.
Inconvenientes
No obstante, algunos sistemas de energía renovable generan problemas ecológicos particulares.
- Los primeros aerogeneradores eran peligrosos para las aves, pues sus aspas giraban muy deprisa, mientras que las centrales hidroeléctricas pueden crear obstáculos a la emigración de ciertos peces, un problema serio en muchos ríos del mundo (en los del noroeste de Norteamérica que desembocan en el océano Pacífico, se redujo la población de salmones drásticamente).
- Las energías renovables son de naturaleza difusa, no se encuentran concentradas en gran cantidad con la excepción de la energía geotérmica, la cual, sin embargo, solo es accesible donde la corteza terrestre es delgada, como las fuentes calientes y los géiseres.
- Irregularidad: la producción de energía eléctrica permanente exige fuentes de alimentación constantes o medios de almacenamiento como baterías eléctricas. Así pues, debido a los elevados costos de almacenamiento de la energía, un pequeño sistema autónomo resulta caro
- Un inconveniente evidente de las energías renovables es su impacto visual en el ambiente local. A algunas personas no les gusta la visión de los generadores eólicos y mencionan la conservación de la naturaleza cuando hablan de las grandes instalaciones solares eléctricas fuera de las ciudades. Sin embargo, todo el mundo encuentra encanto en la vista de los "viejos molinos de viento" que, en su tiempo, eran una muestra bien visible de la técnica disponible.
Actividades1
1.- Puedes colorear el dibujo y escribir las partes de una central hidroeléctrica.
2.- Explica el proceso de transformación de la energía del agua en electricidad en una central
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3.- Completa:
Los antiguos aprovechaban ya la energía del .............; utilizaban ........ hidráulicas para
moler trigo. Durante la ................, las enormes ruedas hidráulicas de madera
desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos.
La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la ............. ............. Impulsó a
las industrias ................ y del cuero y los talleres de construcción de ............... a
principios del siglo ...............
4.- ¿ Cuáles son las formas más frecuentemente utilizadas para explotar la energía hidráulica ?
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5.- ¿ En qué unidad se mide la potencia de una central hidroeléctrica ?
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6.- Puedes colorear el dibujo y escribir las partes de una turbina eólica.
2.- Explica el proceso de transformación de la energía del viento en electricidad en un aerogenerador .................................................................................
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Actividades2
1.- Puedes colorear y poner los nombres en los números
2.- ¿ De dónde procede el la palabra geotérmica ?
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3.- ¿ Cuáles son las manifestaciones que produce el agua caliente o el vapor en la superficie de la Tierra ?
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4.- Explica la clasificación de la energía geotérmica según la temperatura del agua.
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5.- Explica cómo está construida una célula solar y su funcionamiento
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6.- ¿ Cómo está formada un panel solar ?
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7.- Explica cómo convierte la energía solar en electricidad una central termosolar de torre
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