Aprovechamiento de los recursos naturales

1. Molinos
Molino de viento en Consuegra
El molino de viento consiste en una estructura de madera o metálica, tensada para resistir el empuje del
viento, en cuya parte superior hay unas aspas que transforman la energÃ−a del viento en energÃ−a mecánica
(movimiento). Esta parte superior (que además sirve de cubierta) gira para orientar las aspas según la
dirección del viento, mediante un largo madero (gobierno; a la derecha de la imagen) exterior al edificio, que
se amarra a unos hitos anclados al suelo. Las aspas mueven una rueda casi vertical (catalina) que, mediante
otro engranaje (linterna), trasmite el movimiento del eje de las aspas a un eje vertical, que mueve la volandera.
Los molinos de viento se desarrollaron en Estados Unidos a fines del siglo XIX y fueron perdiendo vigencia
con los nuevos sistemas eléctricos de bombeo más eficientes una vez el suministro de esa corriente se
hizo generalizado. Los molineros de Marchigüe no inventaron nada nuevo, sino que aprendieron a hacerlos
con rústicas herramientas. Las estructuras son generalmente de madera de la zona tensadas con alambres
enroscados, las aspas y veletas son de láminas de zinc recortadas, los descansos de los ejes son de fierro
dulce forjaos a fragua y los ejes templados tras el proceso de deformación a forja. Todo el sistema de
lubricación reemplaza las originales grasera y cárteres de aceite por cebo de caballos usados para lubricar
ejes de carreta.
En la parte superior del edificio, bajo la cubierta, hay unos ventanucos (que también se ven en la foto) que
servÃ−an para que el molinero supiera la dirección del viento y, en consecuencia, pudiera orientar las aspas
como mejor convenÃ−a.
La utilidad de los molinos de viento para producir energÃ−a mecánica, se ha aprovechado para otros usos,
como sacar agua, de lo que son un ejemplo los empleados en los polders de Holanda.
1.1 Molino de sangre
En lugares sin vientos ni rÃ−os aprovechables, se construyeron molinos de sangre. El molino propiamente
dicho estaba en una primera planta y el eje que movÃ−a la volandera seguÃ−a hasta la baja, donde le
cruzaban unos maderos a los que se enganchaban mulas o bueyes, que caminaban en cÃ−rculo, para mover la
piedra. Estos animales llevaban los ojos vendados para evitar el mareo. Este tipo tan peculiar de molino en
realidad tiene un origen muy antiguo, pues existe un ejemplar en un yacimiento arqueológico llamado el
Cabezo de Alcalá, en Azaila (Teruel), de época iberomana, en torno al siglo I.
1.2 Molino de agua
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Ruedas de paletas de una aceña.
Las aceñas o molinos de agua, se hacÃ−an a la vera de los rÃ−os, construyendo una presa para embalsar
agua y conseguir una diferencia de altura. El agua del azud (o embalse) corrÃ−a por un canal (que también
se llamaba azud) y movÃ−a una rueda de paletas, la que a su vez movÃ−a los mecanismos del molino, muy
semejantes a los descritos para el de viento.
Este modo de obtener energÃ−a mecánica se utilizaba también en otros usos, como los batanes
(también mencionados en el Quijote) o en las serrerÃ−as, de las que aprovechando las corrientes de agua
americanas, mucho más caudalosas que las peninsulares, los españoles construyeron instalaciones muy
importantes.
Actualmente, muchos de estos azudes se emplean para producir energÃ−a eléctrica (energÃ−a
minihidráulica), pero llevando el agua por un conducto cerrado desde el fondo del embalse hasta una turbina,
con mucho mejor rendimiento que con una rueda de paletas.
1.3 Molino eólico
Eólico es todo aquello que está relacionado con el viento y sus efectos asociados.
La primera utilización de la capacidad energética del viento fue la navegación a vela. En ella, la fuerza
del viento se utiliza para impulsar un barco. Barcos con velas aparecÃ−an ya en los grabados egipcios más
antiguos (3000 a. C.). Los egipcios, los fenicios y más tarde los romanos tenÃ−an que utilizar también los
remos para contrarrestar una caracterÃ−stica esencial de la energÃ−a eólica, su discontinuidad, ya que el
viento cambia de intensidad y de dirección de manera impredecible, o deja de soplar.
Sobre la superfÃ−cie de la Tierra se usan los molinos. Un molino es una máquina que transforma el viento
en energÃ−a aprovechable. Esta energÃ−a proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas
oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio se puede conectar a varios tipos de maquinaria para moler
grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el
nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de
viento.
2. Paneles fotovoltaicos
Los paneles fotovoltaicos están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las
celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, que significa "luz-electricidad". Estas celdas dependen
del efecto fotovoltaico para transformar la energÃ−a del Sol y hacer que una corriente pase entre dos placas
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con cargas eléctricas opuestas.
Numerosas empresas e instituciones están trabajando para aumentar la eficiencia de estos dispositivos.
En 2005 el problema más importante con los paneles fotovoltaicos era el coste, que ha estado bajando hasta
3 o 4 dólares por vatio. El precio del silicio usado para la mayor parte de los paneles ahora está tendiendo a
subir. Esto ha hecho que los fabricantes comiencen a utilizar otros materiales y paneles de silicio más
delgados para bajar los costes de producción. Debido a economÃ−as de escala, los paneles solares se hacen
menos costosos según se usen y fabriquen más. A medida que se aumenta la producción los precios
continuarán bajando en los próximos años.
La mayor parte de este sistema compra la energÃ−a al mismo precio de venta, aunque algunas compañÃ−as
la compran a un precio cercano a 1/3 de lo que cobran. Como contraste, en Alemania se ha adoptado un
sistema extremo de net-metering para incentivar el crecimiento del mercado de las energÃ−as renovables, de
forma que se paga ocho veces lo que la compañÃ−a cobra. Este alto incentivo ha creado una enorme
demanda de paneles solares en ese paÃ−s.
Agua caliente solar
Una lavanderÃ−a en California, EEUU, con paneles solares de agua caliente en techo.
Un calentador solar de agua usa la energÃ−a del Sol para calentar un lÃ−quido, el cual transfiere el calor
hacia un compartimento de almacenado de calor. En una casa, por ejemplo, el agua caliente de sanitario puede
ser calentada y almacenada en un depósito de agua caliente.
Los paneles tienen una placa receptora y tubos por los que circula lÃ−quido adheridos a ésta. El lÃ−quido
calentado es bombeado hacia un aparto intercambiador de energÃ−a (una bobina dentro del compartimento de
almacenado o un aparato externo) donde deja el calor y luego circula de vuelta hacia el panel para ser
recalentado. Esto provee una manera simple y efectiva de transferir y transformar la energÃ−a solar.
3. EnergÃ−a geotérmica
EnergÃ−a geotérmica es aquella energÃ−a que puede ser obtenida por el hombre mediante el
aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.
El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores entre los que caben destacar: el gradiente
geotérmico, el calor radiogénico, etc.
Planta de energÃ−a geotérmica en las Filipinas
3.1 Tipos de fuentes geotérmicas
3.2 Esquema de las fuentes de energÃ−a geotérmicas
Se obtiene energÃ−a geotérmica por extracción del calor de la Tierra. En áreas de aguas termales muy
calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas básales o dentro de rocas
sedimentarias. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de
agua y de vapor (flashing). El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente rentable.
Un ejemplo en Inglaterra, fue el Proyecto de Roca Caliente HDR (sigla en inglés: HDR, Hot Dry Rocks),
abandonado después de comprobar su inviabilidad económica en 1989. Los programas HDR se están
desarrollando en Australia, Francia, Suiza, Alemania. Los recursos de magma (roca fundida) ofrecen
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energÃ−a geotérmica de altÃ−sima temperatura, pero con la tecnologÃ−a existente no se puede aprovechar
económicamente esas fuentes.
3.3 Tipos de campos geotérmicos según Tº del agua
• EnergÃ−a geotérmica de alta temperatura
La energÃ−a geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Su temperatura está
comprendida entre 150 y 400 ºC, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera
electricidad. Se requieren varios condiciones para que se de la posibilidad de existencia de un campo
geotérmico: un techo compuesto de una cobertura de rocas impermeables; un acuÃ−fero, o depósito, de
permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad; rocas fracturadas que permitan una circulación
convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor
magmático, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 ºC. La explotación de un campo de estas
caracterÃ−sticas se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la
extracción del petróleo.
• EnergÃ−a geotérmica de temperaturas medias
La energÃ−a geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuÃ−feros están a
temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 ºC. Por consiguiente, la conversión
vapor-electricidad se realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse como intermediario un fluido volátil.
Pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos.
• EnergÃ−a geotérmica de baja temperatura
La energÃ−a 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 ºC.
• EnergÃ−a geotérmica de muy baja temperatura
La energÃ−a geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a
temperaturas comprendidas entre 20 y 50 ºC. Esta energÃ−a se utiliza para necesidades domésticas,
urbanas o agrÃ−colas. La frontera entre las diferentes energÃ−as geotérmicas es arbitraria; la temperatura
por debajo de la cual no es posible ya producir electricidad con un rendimiento aceptable está entre 120 y
180 ºC.
3.4 Usos
• Generación de electricidad
• Aprovechamiento directo del calor
• Calefacción y ACS
• Refrigeración por absorción
3.5 Generación de electricidad
Se produjo por 1ª vez energÃ−a eléctrica geotérmica en Larderello, Italia, en 1904. Desde ese tiempo,
el uso de la energÃ−a geotérmica para electricidad ha crecido mundialmente a cerca de 8.000 megawatt de
los cuales EEUU genera 2.700 MW
3.6 Inyección de agua
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En varios sitios, ha ocurrido que los depósitos de magma se agotaron, cesando de dar energÃ−a geotermal,
quizás ayudado por la inyección del agua residual frÃ−a, en la recarga del acuÃ−fero caliente. O sea que la
recarga por reinyección, puede enfriar el recurso, a menos que se haga un cuidadoso manejo. En al menos
una localidad, el enfriamiento fue resultado de pequeños pero frecuentes terremotos (ver enlace externo
abajo). Esto ha traÃ−do una discusión si los dueños de una planta son responsable del daño que un
temblor causa.
4. Biomasa
Panicum virgatum, una resistente planta empleada para producir biocombustibles
La biomasa abreviatura de masa biológica, cantidad de materia viva producida en un área determinada de
la superficie terrestre, o por organismos de un tipo especÃ−fico. El término es utilizado con mayor
frecuencia en las discusiones relativas a la energÃ−a de biomasa, es decir, al combustible energético que se
obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos. La energÃ−a de biomasa que procede de la madera,
residuos agrÃ−colas y estiércol, continúa siendo la fuente principal de energÃ−a de las zonas en
desarrollo.
Es la masa total de la materia viva de una parte de un organismo, población o ecosistema y tiende a
mantenerse más o menos constante. Por lo general, se da en términos de materia seca por unidad de área
(por ejemplo kg/ha o g/m²). En la pluvisilva del Amazonas puede haber una biomasa de plantas de 1.100
tn/ha de tierra.
En términos energéticos, se utiliza como energÃ−a renovable, como es el caso de la leña, del
biodiésel, del bioalcohol, del biogas y del bloque sólido combustible.
La biomasa podrÃ−a proporcionar energÃ−as sustitutivas, gracias a biocarburantes tanto lÃ−quidos como
sólidos, como el biodiésel o el bioetanol.
La biomasa se puede producir o se puede obtener a partir de subproductos o residuos. Algunos argumentan
que producir biomasa necesitarÃ−a muchas [há] de plantaciones que habrÃ−a que quitar a cultivos para
alimentos o acaparar más terreno salvaje.
Biomasa cultivada:
• Cardo.
• Ã rboles.
4.1 Biomasa a partir de residuos
• AlpechÃ−n, residuo del proceso de elaboración de aceite de oliva.
• Cáscaras de frutos secos.
• Restos de carpinterÃ−a.
• Restos de podas, siegas y limpieza de montes.
• Otros residuos de industria alimentaria. Si contiene humedad, el residuo se seca.
• Excrementos secos de animales.
4.2 Ventajas:
• Permite eliminar residuos orgánicos e inorgánicos, al tiempo que les da una utilidad.
• Es una fuente de energÃ−a renovable.
• Es una fuente de energÃ−a no contaminante.
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4.3 Inconvenientes:
• La incineración puede resultar peligrosa, al producir la emisión de sustancias tóxicas. Por ello se
deben utilizar filtros y realizar la combustión a temperaturas mayores a los 900ºC.
• No existen demasiados lugares idóneos para su aprovechamiento ventajoso.
5. EnergÃ−a mareomotriz
La energÃ−a mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media
de los mares según la posición relativa de La Tierra y La Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria
de esta última y del sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse
interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con
mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su acoplamiento a un
alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando asÃ− la energÃ−a
mareomotriz en energÃ−a eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. Es un tipo de
energÃ−a renovable limpia.
Antiguo molino de mareas en Isla Cristina (Huelva)
La energÃ−a mareomotriz tiene la cualidad de renovable, en tanto que la fuente de energÃ−a primaria no se
agota por su explotación, y limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos
contaminantes gaseosos, lÃ−quidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energÃ−a que
se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para
su proceso han evitado una proliferación notable de este tipo de energÃ−a.
Otras formas de extraer energÃ−a del mar son: la olas, energÃ−a undimotriz; de la diferencia de temperatura
entre la superficie y las aguas profundas del océano, el gradiente térmico oceánico
6. Combustible fósil
Los combustibles fósiles son mezclas de compuestos orgánicos que se extraen del subsuelo con el objeto
de producir energÃ−a por combustión. Se consideran combustibles fósiles al carbón, procedente de
bosques del periodo carbonÃ−fero, y al petróleo y el gas natural procedente de otros organismos.
La materia viva contiene los mismos componentes básicos de los combustibles fósiles, lo que
contribuirÃ−a a explicar el origen orgánico de esta fuente energética. Aunque su origen no se conoce con
precisión, algunos estudios señalan que se formaron a partir de millones de minúsculos organismos
llamados plancton que quedaron atrapados en estratos de rocas sedimentarias y que al ser sometidos a altas
presiones y altas temperaturas durante miles de años se transformaron en hidrocarburos.
El combustible fósil puede utilizarse directamente, quemándose para producir calor y movimiento, en
hornos, estufas, calderas y motores. También se puede usar para obtener electricidad en las centrales
térmicas, en las que con el calor generado al quemar estos combustibles se obtiene vapor de agua, el que
conducido a presión, es capaz de poner en funcionamiento un generador eléctrico.
La utilización de combustibles fósiles es responsable del aumento de emisión a la atmósfera de dióxido
de carbono, gas que contribuye al aumento del efecto invernadero y al calentamiento global, según informes
emitidos por numerosos cientÃ−ficos pertenecientes a esta área del conocimiento.
El carbón fue muy utilizado para el funcionamiento de estas máquinas
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7. Máquina de vapor
Máquina de vapor.
Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energÃ−a de una cantidad de
vapor de agua en trabajo mecánico o cinético. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:
• se genera el vapor de agua en una caldera cerrada, por calentamiento directo mediante la quema de
algún combustible —carbón o madera en sus inicios, derivados del petróleo y gas natural con
posterioridad—
• el vapor a presión se introduce en el cilindro arrastrando el émbolo o pistón en su expansión;
empleando un mecanismo de biela - manivela éste se puede transformar en un movimiento de
rotación de, por ejemplo, el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera
el émbolo retorna a su posición inicial expulsando el vapor de agua.
El ciclo se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la
carga, es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.
El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo
tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos como bombas, locomotoras, motores
marinos, etc. Las modernas máquinas de vapor utilizadas en la generación de energÃ−a eléctrica no son
ya de émbolo o desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbomáquinas, es decir,
atravesadas por un flujo continuo de vapor y reciben la denominación genérica de turbinas de vapor. En la
actualidad la máquina de vapor alternativa es un motor muy poco usado salvo para servicios auxiliares, ya
que se ha visto desplazado especialmente por el motor eléctrico en la maquinaria industrial y por el motor
de combustión interna en el transporte.
Tren de vapor.
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