LA ENERGÍA - IES La Bureba

TEMA 6 ENERGÍAS RENOVABLES
OBJETIVOS:
- Conocer qué es la energía
- Distinguir las distintas formas de energía.
- Comprender las transformaciones de la energía.
- Distinguir entre conservación y degradación de la energía.
- Clasificar las fuentes de energía.
- Conocer las fuentes de energía no renovables.
- Conocer las fuentes de energía renovables.
- Conocer las ventajas e inconvenientes del empleo de distintas fuentes de
energía.
6.1 LA ENERGÍA
La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se
manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.
La energía se manifiesta en los cambios físicos (por ejemplo, al elevar un
objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo) y también en los químicos
(como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua
mediante la corriente eléctrica).
La energía es una magnitud cuya unidad de medida en el S.I. es el julio (J).
6.2 FORMAS DE ENERGÍA
La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de
movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de
radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se
denomina:
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Energía mecánica ( cinética y/o potencial)
Energía térmica
Energía eléctrica
Energía radiante
Energía química
Energía nuclear
6.2.1 LA ENERGÍA MECÁNICA
La Energía mecánica es la producida por fuerzas de tipo mecánico,
como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho
de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede
ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial (gravitatoria y
elástica):
Energía cinética
Energía
potencial gravitatoria
Energía
potencial elástica
LA ENERGÍA CINÉTICA
La Energía cinética es la energía asociada a los cuerpos que se
encuentran en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo.
Ej.: El viento al mover las aspas de un molino.
LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA
La Energía potencial gravitatoria es la energía que tiene un cuerpo
situado a una determinada altura sobre el suelo. Ej.: El agua embalsada, que
se manifiesta al caer y mover la hélice de una turbina.
6.2.2 ENERGÍA TÉRMICA
La Energía térmica se debe al movimiento de las partículas que
constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía
térmica que otro que esté a mayor temperatura.
La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una
diferencia de temperatura se denomina calor.
6.2.3 ENERGÍA ELÉCTRICA
La Energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas
eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía
produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético.
6.2.4 ENERGÍA RADIANTE
La Energía radiante es la que poseen las ondas electromagnéticas
como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos
infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se
puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. Ej.: La
energía que proporciona el Sol y que nos llega a la Tierra en forma de luz y
calor.
6.2.5 ENERGÍA QUÍMICA
La Energía química es la que se produce en las reacciones químicas.
Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el
carbón y que se manifiesta al quemarlo.
6.2.6 ENERGÍA NUCLEAR
La Energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los
átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de fusión, ej.:
la energía del uranio, que se manifiesta en los reactores nucleares.
Energía nuclear
controlada en una central nuclear
Energía nuclear
incontrolada en una bomba atómica
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN
La Fisión nuclear consiste en la fragmentación de un núcleo "pesado"
(con muchos protones y neutrones) en otros dos núcleos de,
aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios
neutrones. Los neutrones que se desprenden en la fisión pueden romper
otros núcleos y desencadenar nuevas fisiones en las que se liberan otros
neutrones que vuelven a repetir el proceso y así sucesivamente, este
proceso se llama reacción en cadena.
ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN
La Fusión nuclear consiste en la unión de varios núcleos "ligeros" (con
pocos protones y neutrones) para formar otro más "pesado" y estable, con
gran desprendimiento de energía. Para que los núcleos ligeros se unan, hay
que vencer las fuerzas de repulsión que hay entre ellos. Por eso, para iniciar
este proceso hay que suministrar energía (estos procesos se suelen producir
a temperaturas muy elevadas, de millones de ºC, como en las estrellas).
6.3 PROPIEDADES DE LA ENERGÍA
Energía es sin lugar a dudas el término científico con más presencia
en la vida cotidiana tanto a nivel individual como colectivo. El concepto de
energía está ligado a aspectos tan diversos como la alimentación, el
consumo doméstico, la contaminación del medioambiente, el ahorro
energético, etc.
La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que
tienen los cuerpos para provocar transformaciones en sí mismos o en
otros cuerpos (generar calor, emitir luz y sonido…).
La energía es un concepto básico debido a su propiedad fundamental:
La energía total de un sistema aislado permanece constante, por lo tanto
en el universo no puede existir creación o desaparición de energía, sino
transferencia de un sistema a otro o transformación de una forma a
otra.
Una de las dificultades con que nos enfrentamos para comprender el
principio de conservación de la energía surge de expresiones cotidianas
como “crisis energética”, “consumo energético”, etc., incompatibles con la
idea de conservación. Esto se debe a que en cualquier transformación la
energía además de conservarse se degrada, entendiéndose como tal la
pérdida de calidad que sufre la energía en cualquier proceso real.
La idea de pérdida de calidad se explica admitiendo que las
diferentes formas en que se manifiesta la energía no son iguales, así por
ejemplo la energía eléctrica tiene mayor calidad que la térmica ya que
puede transformarse en más tipos de energía y con mayor rendimiento.
Esto nos lleva a temas como el ahorro energético, creando planes
encaminados a la reducción de consumos individuales (bombillas,
aislantes, velocidad moderada, etc.) o colectivos (reciclado, transporte
público, etc.).
 Propiedades de la energía:
 Se transforma: Se presenta bajo formas diversas como cinética,
potencial, eléctrica, luminosa, química, nuclear, que se pueden
transformar entre sí.
 Se transfiere: Pasa de unos cuerpos a otros en forma de calor y
trabajo.
 Se conserva.
 Se degrada: Lo que origina problemas energéticos debido a la
limitación de los recursos. Estos problemas energéticos exigen la
búsqueda de nuevos recursos y el ahorro energético.
6.4
FUENTES DE ENERGÍA
La única fuente energética que llega del espacio al planeta Tierra es
la radiación solar. Además esta es el origen de toda fuente energética
directa o indirectamente, con excepción del calor interno de la Tierra y
la energía nuclear.
La energía solar se genera en el seno de la estrella debido a la
conversión de hidrógeno en helio produciéndose a una temperatura de 14
millones de grados en el interior de la misma. Esta energía llega a la
Tierra en forma de radiación electromagnética, y puede ser usada
directa o indirectamente, pero uno de los problemas fundamentales
reside en poder transformar la luz en otros tipos de energías utilizables.
Para clasificar las distintas fuentes de energía se pueden utilizar
varios criterios:
a) Renovables y no renovables:
 Renovables: Se regeneran de forma continua (solar, eólica,
biomasa, etc.)
 No renovables: No se renuevan a corto plazo y por eso se agotan
cuando se utilizan (carbón, petróleo, gas natural, etc.)
b) Convencionales y no convencionales:
 Convencionales: Tienen una participación importante en los
balances energéticos de los países industrializados (carbón,
petróleo, gas, etc.).
 No convencionales: No cuentan con participación apreciable en la
demanda energética de esos países (Eólica, mareomotriz,
geotérmica, etc.).
c) Primarias y secundarias:
 Primarias: Se utilizan directamente (Solar, eólica, etc.).
 Secundarias: Se deben transformar para utilizarlas (Gasolina,
hidrógeno, etc.).
6.5 FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLE
6.6. ENERGÍA Y SOCIEDAD.La sociedad humana en su constante evolución consume cada vez más
energía para desplazarse, calentarse, comunicarse, fabricar bienes, etc.,
considerándose este consumo como una de las medidas de su desarrollo.
Por otra parte, lo que antes era considerado un lujo, como disponer de
aire acondicionado, ordenadores personales, domótica en los hogares,
vehículo particular, etc., ahora se asume como una necesidad que cada día
demanda un mayor número de personas en todo el mundo.
Para abastecer la demanda energética básicamente existen tres tipos
de recursos: los combustibles fósiles (origen del 85 % de toda la energía
consumida en el mundo), la energía nuclear y las energías renovables.
Hasta la actualidad los combustibles fósiles han contribuido al
desarrollo de la sociedad tal y como hoy la conocemos, pero su sistemático
agotamiento, los impactos ambientales que ocasionan y el inminente cambio
climático del planeta, hacen necesaria la búsqueda de nuevas fuentes
energéticas, así como la racionalización del consumo energético.
Cada vez son más las personas que apuestan por un modelo energético
diferente, basado en el uso de energías limpias y respetuosas con el medio
ambiente, las denominadas Energías Renovables.
Aparece así el concepto de Consumo Sostenible, que surge de la
necesidad de la sociedad actual cada vez más consciente y responsable, de
satisfacer las necesidades presentes sin comprometer el futuro.
Este concepto, en el sector energético, podría quedar enunciado como
“el desarrollo de Estrategias de Energías que haciendo posible satisfacer
las necesidades energéticas de toda la generación actual no compromete la
capacidad de las generaciones futuras para satisfacer dichas necesidades y
la calidad de vida propia o de su entorno.
6.7 LAS ENERGÍAS RENOVABLES
Las energías renovables son aquellas que provienen directa o
indirectamente del Sol, se regeneran por medios naturales y son tan
abundantes en la Tierra que perdurarán por cientos o miles de años, las
usemos o no; además, su impacto sobre el entorno es mínimo por lo que son
consideradas energías limpias.
El Sol irradia a la Tierra una energía equivalente a 174,4 billones de
kW·h. Esta cantidad enorme de energía, además de dotar a nuestro planeta
de un clima apto para la vida, es la causante de los diferentes ciclos
naturales precursores de las energías renovables. Estos fenómenos
naturales son, entre otros: el ciclo del agua, los vientos, las corrientes
marinas o el crecimiento de las plantas y, éstos a su vez, son el origen de la
energía hidráulica, la energía eólica, la energía del gradiente térmico
oceánico o de la energía que se origina por la combustión de la masa vegetal
o biomasa vegetal.
Por tanto, las energías renovables son fuentes de abastecimiento
inagotables mientras que no se agote la energía del Sol.
El aprovechamiento de estas fuentes de energía representa dos
claras ventajas respecto a los combustibles fósiles. La primera, es que la
mayoría de estas fuentes de energía producen un impacto ambiental menor
que otras fuentes de energéticas, de manera que no producen emisiones de
CO2 y otros gases contaminantes, ni generan residuos de difícil tratamiento
o problemas de vertidos y emisiones por causa de accidentes.
En segundo lugar, con el aprovechamiento de estas fuentes de energía
renovables, no dependeremos tanto de recursos energéticos que son
escasos y limitados, como son los combustibles fósiles.
En el campo socioeconómico, ofrecen ventajas añadidas, creando
comparativamente más empleo, favoreciendo el desarrollo rural,
permitiendo a nuestro país un desarrollo tecnológico propio y minimizando la
dependencia exterior por las importaciones energéticas.
6.8 TIPOS DE ENERGÍAS RENOVABLES.
MINIHIDRÁULICA.
Aprovecha la energía cinética y potencial generada por las
diferencias de nivel de los cursos de agua para transformarla en energía
eléctrica o para realizar trabajos determinados.
Este desnivel puede ser natural o se puede provocar artificialmente
con la construcción de presas que retienen y generan los saltos de agua.
EÓLICA
Desde la antigüedad, la fuerza del viento se ha utilizado para
realizar trabajos como impulsar los molinos de grano o bombear agua de los
pozos.
Actualmente, la energía del viento también se utiliza para producir
electricidad, gracias a aerogeneradores de grandes dimensiones o turbinas
de viento.
SOLAR TÉRMICA
Aprovecha el calor de los rayos del Sol en instalaciones
adecuadas: los colectores o captadores térmicos que trasfieren este calor
a algún tipo de fluido (normalmente agua) que después se utiliza para el
circuito de la calefacción, el agua caliente sanitaria o la climatización de
piscinas.
SOLAR FOTOVOLTAICA
Se basa en el efecto fotoeléctrico que convierte directamente
la energía de los rayos solares en electricidad. Este proceso se realiza en
las células fotoeléctricas que conforman los módulos fotovoltaicos.
Este tipo de aprovechamiento es muy interesante, por ejemplo, en
lugares donde resulta complicado hacer llegar las líneas eléctricas y es muy
difícil el abastecimiento de energía.
SOLAR TERMOELÉCTRICA
Es la opción innovadora de generación de energía eléctrica
aprovechando la radiación solar. Las plantas termoeléctricas concentran los
rayos solares sobre un fluido que alcanza el grado de ebullición y el vapor
resultante de esta ebullición y el vapor resultante de esta ebullición es
usado para mover una turbina que genera electricidad.
BIOMASA
La biomasa está formada por restos forestales (como podas o
arbustos); restos agrícolas (como la paja); residuos de las industrias
madereras, papeleras o agroalimentarias; residuos de explotaciones
agroganaderas; residuos sólidos urbanos y aguas residuales urbanas entre
otros.
Todos estos restos orgánicos se pueden utilizar como
combustible, ya sea en forma directa, mediante la quema o por su
transformación en otros combustibles como el biogás o los biocombustibles.
GEOTÉRMICA
Aprovecha el calor que irradia de forma continua nuestro
planeta a la atmósfera. La existencia de ese calor se conoce desde siempre
y se manifiesta por el incremento de temperatura que se observa en las
perforaciones que se adentran en la corteza (minas, pozos, etc.) y que
proviene del núcleo de la Tierra y de la fricción mecánica de las placas
litosféricas.
Este tipo de aprovechamiento térmico está más extendido en los
países nórdicos, donde las fuentes de calor subterráneas son más
numerosas.
OTROS TIPOS DE ENERGÍA.
Aunque menos conocidas, existen otros tipos de energías
renovables, como por ejemplo la energía mareomotriz que aprovecha el
movimiento de las mareas originadas por la fuerza gravitatoria entre la
Luna, la Tierra y el Sol; la energía undimotriz, que aprovecha el movimiento
de las olas y la energía obtenida del gradiente térmico oceánico, que
aprovecha los cambios de temperatura entre la superficie y las aguas
profundas de los océanos.
6.9 ENERGÍAS RENOVABLES EN ESPAÑA
España tiene un objetivo de generar el 30% de su electricidad a
partir de fuentes de energía renovables para 2010, proviniendo la mitad de
esta cantidad de la energía del viento. En 2006, el 20% del total de la
demanda eléctrica se produjo a partir de la fuentes de energía renovables
21% (2007) Y 24%(2008).
Algunas comunidades autónomas están a la cabeza de Europa en uso
de tecnología de energías renovables y planean el 100% de generación a
partir de fuentes renovables en pocos años (objetivo "toda la electricidad a
partir de fuentes renovables") . Castilla y León y Galicia están
especialmente cerca de este objetivo, produciendo en 2006 el 70% del total
de la demanda de electricidad a partir de fuentes de energía renovables.
En 2005 España se convirtió en el primer país del mundo en requerir
la instalación de placas solares en edificios nuevos y el segundo del mundo
(tras Israel) en requerir la instalación de sistemas de agua caliente solar.
España está entre las cinco principales naciones inversoras en
energías renovables en el ámbito internacional y su mercado fotovoltaico
fue el que más creció en todo el mundo en 2007, de manera que en España
están dos de las tres principales plantas fotovoltaicas del planeta.
6.10 LA ENERGÍA ELÉCTRICA: IMPORTANCIA DE SU PRODUCCIÓN
E IMPACTO MEDIO AMBIENTAL.
La electricidad es la forma de energía más solicitada hoy en día por
varias razones:
1.- Permite su transporte y distribución al lugar deseado en fracciones de
segundo.
2.- Puede transformarse fácilmente en energía mecánica y en energía
térmica.
3.- Se la tiene disponible en todo momento en la red.
El consumo de energía eléctrica es un componente básico en el nivel
de calidad de vida y es fundamental para el desarrollo industrial de un país.
Cada día la electricidad juega un papel más importante en nuestra vida y
cada día crecen nuestras necesidades eléctricas. De ahí la importancia que
tiene su producción, en la que indicaremos las fases que intervienen:
A) OBTENCIÓN : La energía eléctrica se obtiene en la central. Las
compañías suministradoras utilizan grandes turbinas movidas por agua
( central hidroeléctrica) o vapor de agua ( central térmica, central
nuclear). Estas turbinas hacen girar el alternador en donde se origina la
corriente.
B) TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN :El transporte se realiza a través de
cables especiales llamados líneas de transmisión. Se hace a tensión alta
para evitar las pérdidas por calor. Razones de seguridad hacen que a la
entrada de las poblaciones se reduzca de nuevo la tensión para su
utilización.

Influencias sobre el medio ambiente de la producción eléctrica.-
Aunque la electricidad es la única energía que no produce ningún tipo de
residuo que pueda afectar al medio ambiente, su producción, sin embargo, y
el sistema de transporte sí pueden tener incidencia sobre el entorno medio
ambiental. Vamos a citar algunas ventajas e inconvenientes que se producen
en la obtención de la misma.
Centrales hidroeléctricas:
Las principales alteraciones ecológicas de este tipo de centrales se
deben a que en su construcción se altera el cauce y el caudal de los ríos; se
ocupa e inunda tierras de cultivo y en ocasiones de pueblos y se modifica el
paisaje debido al movimiento de grandes masas de tierra durante su
construcción. Si embargo frente a estos aspectos negativos, las centrales
hidroeléctricas tienen multitud de ventajas:
 Usa un recurso natural renovable.
 Elimina grandes avenidas, evitando inundaciones.
 Permite conservar el cauce mínimo de un río, incluso en épocas de
estiaje.
 Un embalse permite su utilización para fines deportivos: Náuticos, pesca,
natación, etc..
Centrales térmicas:
Estas centrales utilizan como materias primas combustibles fósiles,
como el carbón y el fuel-oil.
Los efectos sobre el medio ambiente se derivan de los residuos que se
producen en la combustión de estos productos ( óxidos de nitrógeno, óxidos
de azufre, etc.), que se pueden disminuir tratando convenientemente los
humos.
Centrales nucleares:
Son centrales térmicas en las que la fuente de calor es un reactor
nuclear, en lugar de una caldera convencional.. Los efectos ambientales
provienen del tipo de combustible( emiten cierta radiactividad en el
ambiente), de la liberación del calor al medio ambiente( río, lago, mar) y de
los residuos nucleares ( el problema está en su almacenamiento).