Energías Renovables para Educación Primaria
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Energías Renovables para educación secundaria 1 Energías Renovables para Educación Secundaria Cuaderno del profesorado Gestiona Global 2010 Energías Renovables para educación primaria 1 Energías Renovables para educación secundaria 2 ÍNDICE 1. PLANTEAMIENTO ............................................................................................................................... 3 2. OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 3 3. NIVEL EDUCATIVO .............................................................................................................................. 4 4. ÁREAS CURRICULARES DE APLICACIÓN .............................................................................................. 4 5. RELACIÓN CON EJES TRASVERSALES................................................................................................... 4 6. TEMPORALIZACIÓN ............................................................................................................................ 4 7. EVALUACIÓN ...................................................................................................................................... 4 8. CONTENIDOS ..................................................................................................................................... 4 9. DESARROLLO ...................................................................................................................................... 5 ¿QUÉ ES LA ENERGÍA? .............................................................................................................................. 5 FORMAS DE ENERGÍA ............................................................................................................................... 5 CLASIFICACIÓN DE FUENTES DE ENERGÍA ................................................................................................ 7 FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES................................................................................................... 7 FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES ...................................................................................................... 10 CONSUMO DE ENERGÍA ......................................................................................................................... 14 CAMBIO CLIMÁTICO ............................................................................................................................... 17 AHORRO ENERGÉTICO ............................................................................................................................ 19 ACTIVIDADES PARA EL PROFESORADO ................................................................................................ 21 ACTIVIDADES PARA EL ALUMNADO ..................................................................................................... 23 Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 3 1. PLANTEAMIENTO Básicamente, en la vida diaria, necesitamos energía para desarrollar cada una de nuestras actividades. Tres cuartos del sistema energético global, los proporcionan la energía química de enlace de los combustibles fósiles tales como el carbón, petróleo y gas natural. Pero eso no es sin presentar muchos problemas. Por una parte, los combustibles fósiles se consumen con tal intensidad que se estima que las fuentes de petróleo por ejemplo se agotarán dentro de unas décadas. Por otra parte, el uso de estos combustibles conlleva mayor contaminación medioambiental. La emisión de dióxido de carbono que resulta del quemar estos combustibles contribuye al dicho efecto invernadero. Por fortuna, existe un punto en nuestro entorno próximo que constituye una fuente de energía inagotable y no contaminante: esta fuente es el Sol. En contraste con las energías anteriormente mencionadas, las energías renovables son inagotables y poco contaminantes, pues proceden directa o indirectamente del Sol. 2. OBJETIVOS El Objetivo principal de este proyecto es la educación ambiental para fomentar el uso de las energías renovables. Como objetivos específicos del proyecto destacamos: Identificar las fuentes de energía, diferenciando las renovables de las que no. Desarrollar la actitud crítica ante las consecuencias positivas o perjudiciales en su uso. Conocer, practicar y valorar estrategias de ahorro energético. Utilizar los conocimientos adquiridos para aplicar técnicas de aprovechamiento de la energía en la construcción de pequeños instrumentos de uso doméstico. Conocer técnicas de transformación de energías renovables. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 4 3. NIVEL EDUCATIVO El contenido de esta unidad didáctica está diseñado para ser impartido en Educación Secundaria, en los cursos 3º y 4º. 4. ÁREAS CURRICULARES DE APLICACIÓN Secundaria: Física y Química. 5. RELACIÓN CON EJES TRASVERSALES Educación moral y cívica, Educación para el consumo, Educación ambiental y Educación para la salud. 6. TEMPORALIZACIÓN 1 ó 2 sesiones de 50 minutos 7. EVALUACIÓN Evaluación 1. Inicial: centrándose en los conocimientos previos aportados por el alumnado, en referencia al tema. 2. Formativa: a) Participación activa en los debates y ejercicios. b) Seguimiento de las actividades realizadas. c) Revisión de los ejercicios llevados a cabo. 8. CONTENIDOS • • • • • • • • ¿Qué es la energía? Tipos de energía Clasificación de fuentes de energía Fuentes de energía no renovables Fuentes de energía renovables o Hidroeléctrica o Eólica o Solar o Biomasa Cambio climático Ahorro energético Actividades Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 5 9. DESARROLLO ¿QUÉ ES LA ENERGÍA? La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. La energía no es la causa de los cambios. Las causas de los cambios son las interacciones y, su consecuencia, las transferencias de energía. FORMAS DE ENERGÍA 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. Un cuerpo posee mayor cantidad de energía térmica cuanto más rápido es el movimiento de sus partículas. La transferencia de energía térmica desde un cuerpo a mayor temperatura (mayor velocidad de sus partículas) hasta un cuerpo a menor temperatura (menor velocidad de sus partículas) se denomina calor. 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, tres efectos: luminoso, térmico y magnético. Por ejemplo, la transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se manifiesta al encender una bombilla. La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, mediante movimiento de electrones en un circuito. La energía eléctrica es muy utilizada, ya que permite su transformación en energía térmica, luminosa, mecánica, ... La 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. Ejemplo: La energía que proporciona el Sol y que nos Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 6 llega a la Tierra en forma de luz y calor. La energía radiante es energía electromagnética que puede viajar en el vacío. La energía radiante es un conjunto de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz. La energía química. Es la energía que poseen las sustancias químicas y puede ponerse de manifiesto mediante una reacción química. Las reacciones químicas se clasifican en exotérmicas y endotérmicas. • Una reacción exotérmica es aquélla que libera energía. • Una reacción endotérmica es aquélla que absorbe energía. La combustión de sustancias como el butano es un ejemplo de reacción exotérmica. La energía liberada se emplea en calentar agua. Por el contrario, las reacciones endotérmicas se emplean cuando se desea enfriar algo. La energía nuclear. Es la energía que proviene de las reacciones nucleares o de la desintegración de los núcleos de algunos átomos. Las reacciones nucleares que liberan energía son: la de fisión nuclear y la de fusión nuclear. En estas reacciones se produce energía por la relación de equivalencia existente entre la masa y la energía: E = m · c2 E es la energía, se mide en julios (J), m es la masa y se mide en kilogramos (kg) y c es la velocidad de la luz (300.000.000 m/s). Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 7 CLASIFICACIÓN DE FUENTES DE ENERGÍA Una fuente de energía es cualquier material o recurso natural del cual se puede obtener energía, bien para utilizarla directamente, o bien para transformarla. Existen innumerables fuentes de energía. Pero, en última instancia, toda la energía procede del Sol (salvo la energía geotérmica y la energía nuclear). Las fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados". Las fuentes de energía también se clasifican en contaminantes (si generan residuos que contaminan, como el carbón o el petróleo) y limpias (si no generan residuos contaminantes, como la eólica o la solar). FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES Las Fuentes de energía no renovables proceden de recursos que existen en la naturaleza de forma limitada y que pueden llegar a agotarse con el tiempo. Las más importantes son: Combustibles fósiles (Petróleo, carbón y gas natural). Energía nuclear (Fisión y fusión nuclear). La problemática actual alrededor de las fuentes de energía no renovables presenta dos vertientes: Los principales problemas que presentan son: El agotamiento, ya que van agotándose a medida que las consumimos, por lo que hay que tener en cuenta el ahorro energético para minorar las consecuencias mientras no sean sustituidas por nuevas. La contaminación. La combustión de los combustibles origina gases y hollín que ensucian el aire que respiramos, como ocurre con la gasolina de los vehículos. Las centrales térmicas, donde se queman combustibles para generar electricidad, también generan este tipo de residuos. Las centrales nucleares no contaminan el aire, pero en cambio, sus residuos son altamente peligrosos y pueden contaminar gravemente el medio ambiente en caso de accidente. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 8 • Combustibles fósiles Los Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) son sustancias originadas por la acumulación, hace millones de años, de grandes cantidades de restos de seres vivos en el fondo de lagos y otras cuencas sedimentarias. Ventajas: Es una fuente de energía fácil de usar y de gran disponibilidad. Inconvenientes: Emisión de gases contaminantes que aceleran el "efecto invernadero" y el probable agotamiento de las reservas en un corto-medio plazo. El combustible fósil puede usarse quemándolo para obtener energía térmica o movimiento y también puede emplearse para obtener electricidad en centrales termoeléctricas. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 9 • Energía nuclear La Energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos, que se desprende en la desintegración de dichos núcleos. Una central nuclear es una central eléctrica en la que se emplea uranio-235, que se fisiona en núcleos de átomos más pequeños y libera una gran cantidad de energía, la cual se emplea para calentar agua que, convertida en vapor, acciona unas turbinas unidas a un generador que produce la electricidad. Ventajas: Pequeñas cantidades de combustible producen mucha energía. Inconvenientes: Se generan residuos radiactivos de difícil eliminación. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 10 FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES Las Fuentes de energía renovables son aquellas que, tras ser utilizadas, se pueden regenerar de manera natural o artificial. Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza. Existen varias fuentes de energía renovables, como son: Energía mareomotriz (Mareas) Energía hidráulica (Embalses y presas) Energía eólica (Viento) Energía solar (Sol) Energía de la biomasa (Vegetación) • Energía mareomotriz La Energía mareomotriz es la producida por el movimiento de las masas de agua, generado por las subidas y bajadas de las mareas, así como por las olas que se originan en la superficie del mar por la acción del viento. Ventajas: Es una fuente de energía fácil de usar y de gran disponibilidad. Inconvenientes: Sólo pueden estar en zonas marítimas, pueden verse afectadas por desastres climatológicos, dependen de la amplitud de las mareas y las instalaciones son grandes y costosas. El coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una proliferación notable de este tipo de energía. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 11 • Hidraúlica La Energía hidráulica es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura (que posee energía potencial gravitatoria). Si en un momento dado se deja caer hasta un nivel inferior, esta energía se convierte en energía cinética y, posteriormente, en energía eléctrica en la central hidroeléctrica. Ventajas: Es una fuente de energía limpia, sin residuos y fácil de almacenar. Además, el agua almacenada en embalses situados en lugares altos permite regular el caudal del río. Inconvenientes: La construcción de centrales hidroeléctricas es costosa y se necesitan grandes tendidos eléctricos. Además, los embalses producen pérdidas de suelo productivo y fauna terrestre debido a la inundación del terreno destinado a ellos. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria • 12 Eólica La Energía eólica es la energía cinética producida por el viento. Se transforma en electricidad en unos aparatos llamados aerogeneradores (molinos de viento especiales). Ventajas: Es una fuente de energía inagotable y, una vez hecha la instalación, gratuita. Además, no contamina: al no existir combustión, no produce lluvia ácida, no contribuye al aumento del efecto invernadero, no destruye la capa de ozono y no genera residuos. Inconvenientes: Es una fuente de energía intermitente, ya que depende de la regularidad de los vientos. Además, los aerogeneradores son grandes y caros. • Solar La Energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas: por conversión térmica de alta temperatura (sistema fototérmico) y por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico). Ventajas: Es una energía no contaminante y proporciona energía barata en países no industrializados. Inconvenientes: Es una fuente energética intermitente, ya que depende del clima y del número de horas de Sol al año. Además, su rendimiento energético es bastante bajo. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria • 13 Biomasa La Energía de la biomasa es la que se obtiene de los compuestos orgánicos mediante procesos naturales. Con el término biomasa se alude a la energía solar, convertida en materia orgánica por la vegetación, que se puede recuperar por combustión directa o transformando esa materia en otros combustibles, como alcohol, metanol o aceite. También se puede obtener biogás, de composición parecida al gas natural, a partir de desechos orgánicos. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 14 Ventajas: Es una fuente de energía limpia y con pocos residuos que, además son biodegradables. También, se produce de forma continua como consecuencia de la actividad humana. Inconvenientes: Se necesitan grandes cantidades de plantas y, por tanto, de terreno. Se intenta "fabricar" el vegetal adecuado mediante ingeniería genética. Su rendimiento es menor que el de los combustibles fósiles y produce gases, como el dióxido de carbono, que aumentan el efecto invernadero. CONSUMO DE ENERGÍA Las personas empleamos la energía continuamente, para cualquier actividad que realizamos: desde desplazarnos con el coche hasta enfriar los alimentos con el frigorífico. Es responsabilidad de todos el no desperdiciar la energía, teniendo un consumo mucho más responsable: no dejar las luces encendidas, usar la lavadora a carga completa, emplear el transporte público, etc. Toda la energía que consumimos requiere una obtención y, para ello, hay que contaminar, generar residuos, etc., lo cual provoca daños medioambientales que nos afectan a todos. Uno de los problemas medioambientales más preocupantes es el efecto invernadero. Los países industrializados firmaron en 1997 el protocolo de Kioto para combatirlo. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 15 Participación de las distintas fuentes de energía Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 16 Producción de energía eléctrica según fuentes. Año 2009 Evolución de la producción eléctrica según fuentes de energía Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 17 CAMBIO CLIMÁTICO Se llama cambio climático a la variación global del clima de la Tierra. Es debido a causas naturales y también a la acción del hombre. Actualmente se pueden apreciar cambios importantes y de graves consecuencias en el planeta Tierra, como el aumento de la temperatura, aumento del nivel del mar y disminución de la cubierta de nieve en el Hemisferio Norte. Debido al cambio climático, se predice la extinción de animales y plantas, ya que los hábitats cambiarán tan rápido que muchas especies no se podrán adaptar a tiempo. La Organización Mundial de la Salud ha advertido que la salud de millones de personas podría verse amenazada por el aumento de la malaria, la desnutrición y las enfermedades transmitidas por el agua. España, por su situación geográfica y características socioeconómicas, es muy vulnerable al cambio climático. El cambio climático no es un fenómeno sólo ambiental sino de profundas consecuencias económicas y sociales. Los países más pobres, que están peor preparados para enfrentar cambios rápidos, serán los que sufrirán las peores consecuencias. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 18 Este fenómeno es un proceso atmosférico natural que se desencadena por la propiedad que tienen algunos gases de absorber parte de la radiación solar que es devuelta al espacio por nuestro planeta, calentando de esta forma las capas bajas de nuestra atmósfera. En concentraciones bajas estos gases, denominados gases de efecto invernadero (GEI), son esenciales para la vida, ya que permiten mantener unos rangos de temperatura suficientes para la supervivencia en la Tierra. Desde la Revolución Industrial, las actividades del ser humano están provocando un aumento en la concentración de estos gases, por lo que la cantidad de radiación absorbida es superior y esto está produciendo cambios en el clima de nuestro planeta. Los principales GEI son el dióxido de carbono (CO2); el metano (CH4); el óxido nitroso (N2O); los hidrofluorocarbonos (HFC); los perfluorocarbonos (PFC) y el hexafluoruro de azufre (SF6). Cada uno de ellos presenta distinta capacidad de absorción de la radiación infrarroja y diferente tiempo de permanencia en la atmósfera. Estos GEI proceden en su mayoría de las actividades humanas, y son denominados de larga vida, lo que quiere decir que son químicamente estables y se mantienen en la atmósfera durante periodos de tiempo que pueden durar desde décadas hasta siglos o más, por lo que sus emisiones ejercen su influencia en el clima a largo plazo. Además de estos Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 19 gases, existen otros denominados de corta vida como el ozono troposférico (O3). El CO2 es con mucha diferencia el gas invernadero generado por el hombre de larga permanencia más importante, ya que ha sido el que más ha aumentado en las últimas décadas. Los primeros pasos para actuar frente al cambio climático son: conocer los efectos del cambio global, mejorar la eficiencia energética, usar energías renovables, mitigar las emisiones de CO2 y adoptar hábitos de consumo responsables. AHORRO ENERGÉTICO En la actualidad, la mayor parte de la energía que consumimos proviene de fuentes no renovables. Éstas, además de agotarse, contaminan. Es muy importante la colaboración de todos los ciudadanos para reducir el consumo. La mejor forma de aportar tu granito de arena es ahorrar y hacer llegar estos consejos a tus familiares y amigos. Consejos para ahorrar energía: Apaga las luces cuando no las necesites. Siempre que sea posible aprovecha la iluminación natural, dejando abiertas las persianas y cortinas mientras haya claridad. Utiliza bombillas de bajo consumo. Si en todos los hogares españoles cambiáramos una bombilla de 60W por otra fluorescente de 11W durante tan sólo una hora a lo largo del año, entre todos evitaríamos la emisión de 172.800 toneladas de CO2 a la atmósfera, y ahorraríamos 21,17 millones de euros sólo en la factura de la luz. Apaga el televisor, el vídeo, el equipo de música y el ordenador cuando no los estés usando. Si los dejas en stand-by estás consumiendo hasta un 33% más de energía. No apagues los aparatos con el mando a distancia. Apágalos con el interruptor, ya que continúan consumiendo energía. Evita abrir de forma continua la puerta del frigorífico. La pérdida de frío hace trabajar más al compresor para que alcance la temperatura programada. Usa las escaleras y evita el ascensor. Utiliza el teléfono con moderación. Sé breve. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 20 Sécate bien el pelo con una toalla antes de utilizar el secador. Así reduces el exceso de humedad y el secador funciona durante menos tiempo. Utiliza la calefacción y el aire acondicionado con moderación. Las temperaturas ideales son entre 19 y 20ºC para calefacción; 25ºC para el aire acondicionado. Cada grado de más incrementa el consumo de energía en un 7%, lo que supone un derroche innecesario y además no es beneficioso para la salud. Separa de la basura los materiales que puedan ser reciclados. Cada botella de vidrio reciclada ahorra la energía que necesitan cinco bombillas de bajo consumo para funcionar durante cuatro horas. Utiliza el transporte público para reducir la contaminación y el consumo de petróleo. El uso del coche es la mayor fuente de contaminación y ruido de nuestras ciudades. El transporte público llega a consumir por pasajero y por kilómetro recorrido hasta seis veces menos energía que un turismo convencional. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 21 Actividades para el profesorado ACTIVIDAD 1 Debate energético A continuación se realizará un debate en clase. Para ello: 1. Explica que el objetivo del debate es presentar y discutir los diferentes puntos de vista sobre las fuentes de energía más apropiadas en la región. 2. Serán necesarios 5 voluntarios para representar al Gobierno, y otros 5 para defender los puntos de vista de la organización “verde”. 3. Divide a la clase en 4 grupos y facilita a cada uno de ellos información sobre una de las 4 fuentes de energía (viento, sol, agua y biomasa). 4. La tarea de cada grupo es persuadir al Gobierno y a los ciudadanos que es necesario invertir en una fuente de energía determinada. Anímalos a buscar más información y hechos para apoyar su posición en el debate. 5. La tarea de la organización ecologista es presentar hechos que apoyen la tarea de sustituir las fuentes de energía convencionales a favor de las renovables. La tarea del Gobierno, por otra parte, es adoptar una estrategia realista y estable de energía. Durante el debate, coloca a todos los alumnos en círculo. Recuérdales las reglas de un comportamiento educado. Sortea el orden en el que cada grupo expondrá sus argumentos. Después de la presentación, los representantes del Gobierno y de la organización ecologista pueden realizar turno de preguntas. Las respuestas deben ser breves y concisas. Pide a los representantes del gobierno y organización ecologista que voten a la idea que es más apropiada en la región. Puedes animarles a proponer un sistema más complejo que busque la combinación de fuentes de energía, según las zonas de la región. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 22 ACTIVIDAD 2 Completa Completa con el nombre de las diferentes partes que componen los mecanismos para la obtención de energía a partir de fuentes renovables. Cuaderno del profesorado educación SECUNDARIA Energías Renovables para educación secundaria 23 Actividades para el alumnado ACTIVIDAD 1 Debate energético A continuación se realizará un debate en clase. Para ello habrá que realizar diversos grupos: - Un grupo de 5 alumnos serán representantes del Gobierno. Un grupo de 5 alumnos serán representantes de una organización ecologista. El resto de la clase se dividirá en grupos de 4 alumnos. Cada grupo será experto en un tipo de energía renovable (viento, sol, agua, biomasa). Cada grupo debe convencer al Gobierno y al resto de ciudadanos que su energía es la mejor. Si es necesario, busca más información sobre tu energía. La organización ecologista se encargará de presentar los hechos que apoyen a las energías renovables frente a las fuentes convencionales de energía. Finalmente, el Gobierno debe adoptar una medida energética acorde a la necesidad de la región. Cuaderno del alumnado educación PRIMARIA Energías Renovables para educación secundaria 24 ACTIVIDAD 2 Completa Completa con el nombre de las diferentes partes que componen los mecanismos para la obtención de energía a partir de fuentes renovables. Cuaderno del alumnado educación PRIMARIA
