Energías renovables

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Unidad
6
Energías renovables
6.1. Energía hidráulica
 Evolución de las ruedas hidráulicas
1. Molino griego de eje vertical para
moler cereal.
2. Ruedas hidráulicas de eje horizontal.
Solían tener rendimiento del 20 %.
• Para corrientes de agua de
gran velocidad.
1
• Para corrientes lentas de
agua.
• Si hay desniveles de
agua.
3. Turbina Fourneyron (1826).
Rendimiento: 80 al 85 %.
4. Turbina Pelton (1870).
Rendimiento: 90 %.
5. Turbina Kaplan (1910).
Rendimiento: 93 al 95 %.
A Componentes de un centro hidroeléctrico
Energía
potencial
Embalse
de agua
2
Energía
Energía
cinética
cinética
del agua
de rotación
Tuberías
Turbina
Energía
eléctrica
Alternador
 Embalse
 Presa de gravedad
Presa de gravedad.
 Presa de bóveda
Presa de bóveda.
3
 Conductos de agua
 Compuertas
 Tuberías de conducción
• La toma de agua.
• La chimenea de equilibrio.
1. Embalse superior
2. Presa
3. Galería de conducción
4. Chimenea de equilibrio
5. Tubería forzada
6. Central
7. Turbinas y generadores
8. Desagues
9. Líneas de Transporte de energía eléctrica
10. Embalse inferior o río
Compuertas de una central hidroeléctrica.
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Central hidroéléctrica de bombeo.
 Sala de máquinas
 Las turbinas
Características de la turbina Kaplan
Características de la turbina Pelton
• Se trata de una turbina de eje vertical y un rotor en forma de hélice, con • Se trata de una rueda hidráulica muy perfeccionada, en la que en la periferia de
aspas (generalmente 4 o 5) de inclinación variable, que va encerrada en una circunferencia se han colocado una serie de «cucharas» que pueden soportar
una cámara cilíndrica por cuya parte superior llega el agua.
el choque de un potentísimo chorro de agua.
• Se emplea para saltos de agua inferiores a 25 m y mucho caudal.
• Las cucharas reciben el agua en un sentido y la expulsan casi en sentido contrario
(150°). En instalaciones muy grandes alcanzan empujes de hasta 50 toneladas.
• Su rendimiento suele estar entre el 93% y el 95 %.
• Se usa cuando se dispone de un gran salto de agua, pero no de mucho caudal. Su
rendimiento puede llegar hasta el 90 %.
• Es una de las turbinas que más se emplea en la actualidad.
• Gira más lentamente que la Kaplan (entre 300 a 1 800 rpm). Para aumentar la
potencia basta aumentar el número de chorros.
 Alternador
 Transformadores y
líneas de transporte
Sala de máquinas.
5
B Potencia y energía obtenida en una
central hidroeléctrica
P = potencia de la central en kW.
P = 9,8 · c h
c = caudal de agua en m3/s.
h = altura en metros (desde la superficie del
embalse hasta el punto donde está la turbina).
E = P t = 9,8 · c h t
t = tiempo en horas.
E = energía obtenida en kWh.
6
C Tipos de centrales
 Minicentrales (<10MW)
 Grandes centrales o centrales hidroeléctricas (>10MW)
 Centrales de bombeo puro
Central de bombeo puro.
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 Centrales de bombeo mixto
Central de bombeo mixta.
D Energía hidráulica y medio ambiente
 Impacto medioambiental y tratamiento de
residuos


8
Los embalses permiten regular el caudal de los ríos,
evitando inundaciones.
 Contribuyen a almacenar agua, que puede ser utilizada
posteriormente para uso humano o riego.
Se anegan grandes extensiones fértiles de terreno,
incluso pueblos enteros.
 Se trastoca la fauna y flora autóctona.
6.2. Energía solar
La fórmula que nos indica la cantidad de calor que llega a un
punto de la superficie de la Tierra viene dada por la expresión:
Q = K t S, donde:
Q = cantidad de calor expresado en calorías.
K = coeficiente de radiación solar, expresado en: cal/min·cm2.
Puede valer desde 0 hasta 1,3. La media aproximada en un día
de verano será: K = 0,9.
T = tiempo en minutos.
S = sección o área en cm2.
9
A Aprovechamiento de la energía solar
Aprovechamiento de la energía solar.
10
 Conversión en energía calorífica: colectores
planos
 Hasta temperaturas de 35ºC.
 Hasta temperaturas de 60ºC.
 Hasta temperaturas de 120ºC.
Colectores solares planos.
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Partes de un colector.
 Conversión en energía calorífica:
aprovechamiento pasivo
 Invernaderos
Invernadero.
 Desalinizadoras de agua marina.
Desalinizadora.
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 Campo de helióstatos
Campo de helióstatos.
13
 Colectores cilíndrico-parabólicos
Esquema de central solar con
colectores cilíndrico-parabólicos.
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 Horno solar
Horno solar de Odeillo.
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 Placas fotovoltaicas
Detalle de una placa fotovoltaica.
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6.3. Energía eólica
Molino americano.
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A Clasificación de las máquinas eólicas
 Aeroturbinas de eje horizontal
 De potencias bajas o medias (hasta 50kW).
 De potencia alta (más de 50 kW).
Parque eólico.
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 Aeroturbinas de eje vertical
 Aeroturbina Darrieus.
 Aeroturbina Savonius
Aeroturbinas Darrieus y Savonius.
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 Cálculo de la energía generada en una
aeroturbina
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6.4. Biomasa
Se denomina biomasa al conjunto de materia orgánica renovable (no fósil) de
procedencia vegetal, animal o resultante de una transformación natural o
artificial.
Esquema de los procesos de transformación de la biomasa.
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A Por extracción directa
B Procesos termoquímicos
C Procesos bioquímicos
 Fermentación alcohólica.
 Fermentación anaeróbica.
Obtención de aguardiente por
fermentación alcohólica.
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Pirólisis.
6.5. Energía geotérmica
Proceso de obtención de energía geotérmica.
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A Tipos de yacimientos
 Yacimientos hidrotérmicos
 Yacimientos geopresurizados
 Yacimientos de roca caliente
Yacimiento
hidrotérmico.
Géiser.
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6.6. Energía maremotriz
Central maremotriz y detalle de
un grupo turbina-alternador
(La Rance).
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6.7. Residuos Sólidos Urbanos
(RSU)
 Incineración.
 Fermentación de residuos orgánicos.
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6.8. Energía de las olas
A Proyectos en funcionamiento
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B Técnicas en las que se basa su
funcionamiento
Técnicas de aprovechamiento de la energía de las olas.
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6.9. Energías alternativas y medio
ambiente
A Impacto medioambiental
B Tratamiento de residuos
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PROBLEMAS Y EJERCICIOS
1.- ¿Qué dos tipos de presas hay? Explica brevemente cómo son.
2.- ¿Cuáles son las diferencias básicas entre la turbina Pelton y la turbina Kaplan?
3.- ¿Qué función desempeñan los transformadores dentro de una central hidroeléctrica?
4.- ¿Cómo se clasifican las centrales hidráulicas en función de la potencia generada?
5.- ¿Qué diferencia hay entre una central de bombeo puro y una de bombeo mixto? Explícalo con ayuda de
dibujos.
6.- ¿Qué potencia real desarrollará una central hidroeléctrica si su salto de agua es de 20 m y su caudal de
20 m3/s. La turbina es de tipo Pelton = 0,9) (Solución = 3.528 kW)
7.- Calcula en kW y en CV la potencia que generará una central hidroeléctrica a partir de un caudal medio de
12 m3/s, una altura de 35 m y un rendimiento del 30 %. (Solución = 1.234,8 kW ; 1.680 CV)
8.- ¿Qué efectos positivos y negativos en el medio ambiente produce la construcción de una presa?
9.- ¿De qué depende la potencia desarrollada por una central hidroeléctrica?
10.- ¿De qué dos formas se aprovecha fundamentalmente la energía solar?
11.- ¿Qué tres tipos de colectores se fabrican?
12.- Explica brevemente, ayudándote de un dibujo, las partes y el funcionamiento de un colector.
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13.- Calcula la energía solar total que recibe España durante un año si su superficie es de aproximadamente
500.000 km2 y hay una insolación media de 2.100 horas anuales. Dato: la densidad de radiación media es de
1.000 W/m2. (Solución = 1,05 · 1015 kW.h)
14.- ¿Cómo debe estar orientada una vivienda para aprovechar mejor la energía solar.
15.- El sistema de calefacción de una casa de campo utiliza colectores solares de 9 m2 y recibe radiación
solar con una potencia incidente de 500 W/m2. El 30 % de la energía recibida en los paneles solares se
pierde por transferencia al exterior. El resto se utiliza para calentar agua desde 15 ºC hasta 66 ºC. En el
interior del colector las pérdidas son despreciables. Calor específico del agua = 4,18 kJ/kg·ºC. Calcular:
a)Los litros de agua caliente por minuto si el sistema funciona en régimen estacionario.
b) Cuántos m2 de paneles solares son necesarios para calentar 300 litros de agua a 15 ºC hasta los 66 ºC
en 25 minutos.
(Solución: a) 0,887 litros; b) 85,27 m2)
16.- ¿En qué consiste un campo de helióstatos? Dibújalo.
17.- ¿Qué superficie deberán tener los colectores planos de una instalación para que desarrollen una
potencia de 1.000 kW si tienen un rendimiento del 30 %. Dato: radiación media = 750 W/m2. (Solución =
4.444,4 m2)
18.- Calcula la superficie de paneles necesaria para abastecer a una casa cuyo consumo medio mensual es
de 600 kW.h. Se supone una densidad de radiación de 1.200 W/m2, un aprovechamiento solar de 6 horas
diarias y el rendimiento de la instalación es del 30 %. (Solución = 9,259 m2)
19.- ¿Cómo están hechas las placas fotovoltaicas?
20.- ¿Cómo se origina el viento?
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21.- ¿Cómo se clasifican las máquinas eólicas?
22.- ¿De qué depende la energía generada por una aeroturbina? ¿Cómo se calcula?
23.- ¿Qué potencia dará una aeroturbina de tres palas, de 3,5 m de radio cada una, rendimiento del 92 %, y
soplando un viento a 45 km/h. (Solución = 25,58 kW)
24.- ¿Cuáles son las ventajas y los inconvenientes del uso de la energía eólica para la producción de
electricidad?
25.- Nombra y describe los principales elementos de un aerogenerador de eje horizontal.
26.- En una central eólica, ¿qué misión tiene el volante de inercia?
27.- ¿Qué se entiende por biomasa?
28.- Dibuja y explica brevemente el esquema de los procesos de transformación de la biomasa.
29.- ¿Qué dos tipos de fermentación se pueden dar dentro de los procesos químicos para la obtención de
biomasa? Explícalos brevemente.
30.- ¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes del uso de la biomasa?
31.- ¿Qué es la energía geotérmica?
32.- Explica brevemente cada uno de los tres tipos de yacimientos geotérmicos.
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33.- ¿Qué es un géiser?
34.- Si en un yacimiento geotérmico afloran 5 m3 de agua a 98 ºC al día, ¿qué cantidad de energía se
obtiene diariamente si la temperatura ambiente es de 24 ºC? (Solución = 370.000 kcal)
35.- Explica brevemente en qué consiste la energía mareomotriz.
36.- ¿Por qué es importante el tratamiento de los RSU en la actualidad?
37.- ¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes del uso de las energías mareomotriz y de los residuos
sólidos urbanos?
38.- Explica brevemente el impacto ambiental de cada una de las energías alternativas. Indica cuál es la que
más contamina y la que menos.
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