Energías Renovables: Solar, Biomasa y Eólica

ENERGIAS RENOVABLES
Energía Solar(file:///C:/Users/Lenovo/Desktop/07_fuentes-de-energc3ada_energc3adasolar.pdf)
La energía solar es la que se aprovecha directamente de la radiación solar, esta presenta datos como
Potencia del Sol = 4·1026 W, Energía del Sol que llega a la Tierra = 5,5·1024 J/año, intensidad de
radiación que llega en las capas altas de la atmósfera = 1’38 kW/m2, intensidad de la radiación que
llega a la superficie terrestre ~ 900 W/m2.
La energía solar presenta dos características que la diferencian de las fuentes energéticas
convencionales:
• Dispersión: su densidad apenas alcanza 1 kW/m2, muy por debajo de otras densidades
energéticas, lo que hace necesarias grandes superficies de captación o sistemas de concentración
de los rayos solares.
• Intermitencia: hace necesario el uso de sistemas de almacenamiento de la energía captada
El primer paso para el aprovechamiento de la energía solar es su captación, aspecto dentro del que
se pueden distinguir dos tipos de sistemas:
Pasivo: es un sistema que capta la energía solar, la almacena y la distribuye de forma natural, sin
mediación de elementos mecánicos. Sus principios están basados en las características de los
materiales empleados y en la utilización de fenómenos naturales de circulación del aire. Los
elementos básicos usados por la arquitectura solar pasiva son:
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Acristalamiento: capta la energía solar y retiene el calor igual que un invernadero
Masa térmica: constituida por los elementos estructurales del edificio o por algún material
acumulador específico (agua, tierra, piedras). Tiene como misión almacenar la energía
captada.
Las aplicaciones más importantes de los sistemas solares pasivos son la calefacción y la
refrigeración. La refrigeración surge más bien como una necesidad de utilizar los sistemas de
calefacción de forma continuada durante todo el año.
La integración de colectores de aire, la utilización de paredes internas como muros acumuladores
de calor y la aplicación de ventiladores, aumentan la eficacia de los sistemas pasivos, y se les conoce
como "híbridos", ya que utilizan ciertos sistemas mecánicos activos.
Activos: captan la radiación solar por medio de un elemento de determinadas características,
llamado "colector"; según sea éste se puede llevar a cabo una conversión térmica aprovechando el
calor contenido en la radiación solar (a baja, media o alta temperatura), o bien una conversión
eléctrica, aprovechando la energía luminosa de la radiación solar para generar directamente energía
eléctrica por medio del llamado "efecto fotovoltaico"
Conversión térmica.
Se basa en la absorción del calor del Sol. Si el cuerpo es negro, la absorción es máxima y el cuerpo
se calienta... y si es blanco refleja las radiaciones y el cuerpo no experimenta variación de
temperatura. La conversión térmica puede ser de tres tipos: de baja, media y alta temperatura.
Esta tecnología comprende el calentamiento de agua por debajo de su punto de ebullición. El
conjunto de elementos para el suministro de agua caliente se conoce como "sistema solar activo de
baja temperatura", distinguiéndose los siguientes subsistemas:
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Subsistema colector: Capta la energía solar y está formado por los colectores llamados
también "placas solares", "captadores" o "paneles”. Son planos, en forma de caja metálica,
en la que se disponen una serie de tubos, pintados de color negro, por los que circula agua.
El interior del colector está pintado, de color negro mate. Así se logra máxima absorción. En
la parte superior se dispone de un cristal que permite el paso de los rayos y hace de aislante
térmico, induciendo un efecto invernadero artificial.
Subsistema de almacenamiento: Depósitos que almacenan el agua caliente procedente de
los paneles
Subsistema de distribución: Instalación de tuberías y accesorios que permite transportar el
agua caliente desde el colector hasta los depósitos de almacenamiento y desde aquí a los
puntos de consumo
Conversión térmica a media temperatura
en la actualidad la solución más favorable para una concentración de tipo medio (temperaturas
menores de 300 °C) es el "colector cilindro-parabólico". Este colector consiste en un espejo cilindroparabólico que refleja la radiación recibida sobre un tubo de vidrio dispuesto en la línea focal.
Dentro del tubo se vidrio están el absorbedor y el fluido portador del calor.
Para que se puedan concentrar los rayos solares, estos colectores se montan igual que los planos,
es decir, mirando al Sur (si estamos en el hemisferio norte) y con una inclinación igual a la latitud
del lugar. Además, necesitan un dispositivo que vaya haciendo girar los espejos a lo largo del día,
sincronizado con el movimiento aparente del Sol.
Los colectores cilindro-parabólicos, aparte de poder operar a temperaturas superiores a las de los
planos, tienen la ventaja de requerir depósitos de acumulación más pequeños y de tener menores
superficies de absorción y menores pérdidas de calor. No obstante, son más caros.
Conversión térmica de alta temperatura
Centrales solares: Para conversiones térmicas superiores a los 500 °C, encaminadas a la producción
de energía eléctrica a gran escala, es necesario concentrar la radiación solar mediante grandes
paraboloides (captadores parabólicos) o un gran número de espejos enfocados hacia un mismo
punto. El sistema más extendido es de de receptor central, formado por un campo de espejos
orientables, llamados "heliostatos", que concentran la radiación solar sobre una caldera situada en
lo alto de una torre.
Hornos solares: formados por un espejo parabólico que concentra en su foco los rayos provenientes
de la reflexión de las radiaciones solares en un cierto número de espejos, llamados heliostatos,
convenientemente dispuestos. Estos hornos permiten alcanzar temperaturas muy elevadas (hasta
6000 ºC). Suelen emplearse para generar energía eléctrica y con fines experimentales.
Concentrador con motor Stirling: Un sistema de concentrador disco Stirling está compuesto por un
concentrador solar y por un motor Stirling (motor que funciona por medio de calor en lugar de
funcionar con combustibles) o una microturbina acoplada a un alternador. El funcionamiento
consiste en el calentamiento de un fluido localizado en el receptor hasta una temperatura
aproximada de unos 750º C. Esta energía se usa para la generación de energía por el motor.
BIOMASA (http://www.cienciafacil.com/energiascapitulo1.pdf)
Biomasa, abreviatura de masa biológica, cantidad de materia viva producida en un área
determinada de la superficie terrestre, o por organismos de un tipo específico. La energía de
biomasa que procede de la madera, residuos agrícolas y estiércol, continúa siendo la fuente
principal de energía de las zonas en desarrollo. En algunos casos también es el recurso económico
más importante, como en Brasil, donde la caña de azúcar se transforma en etanol, y en la provincia
de Sichuán, en China, donde se obtiene gas a partir de estiércol. Los combustibles derivados de la
biomasa abarcan varias formas diferentes, entre ellas los combustibles de alcohol, el estiércol y la
leña. La leña y el estiércol siguen siendo combustibles importantes en algunos países en vías de
desarrollo, y los elevados precios del petróleo han hecho que los países industrializados vuelvan a
interesarse por la leña.
EL BIOGAS
El ser humano tiene la tradicional virtud de producir desperdicios, por lo que se ha generado un
impulso para aprovechar la energía que tiene la masa de residuos (BIOMASA). El Biogás conocido
como ¨Gas de los Pantanos¨ es producido por la fermentación anaeróbica (sin oxígeno) de residuos
orgánicos e inorgánicos. Mezclados con agua y depositados en un recipiente cerrado e impermeable
(Biodigestor) a temperaturas entre los 20 y 30 grados centígrados, se descomponen debido a las
bacterias anaeróbicas. Las primeras experiencias se hicieron a principios de siglo, evitando la
polución que produce la eliminación por incineración y, además motivadas por las dificultades que
produjeron las guerras en el suministro de combustibles. La mayor cantidad de Biodigestores, se
construyeron en granjas.
ETAPAS
Para obtener biogas se presentan tres etapas principales: Hidrólisis, Fase Acida y Fase
Hidrogenada.Al finalizar las cuales se obtiene un GAS y un LIQUIDO. El GAS contiene un 55-70 % de
Metano, 30-40 % de Dióxido de Carbono y Hidrogeno 1-3 % 25 % de otros Gases.
El LIQUIDO conocido como BIOFERTILIZANTE (inodoro) contiene 20% de proteínas, un14% más de
Nitrógeno y 20 % más de Potasio que igual mezcla de residuos procesados aeróbicamente, y con
PH (acidez) de 7,5, otra característica de la BIODIGESTION es que el 99 % de los parásitos (amebas,
colis, tenias etc.…) mueren en el proceso.
ELBIOGAS PARAGENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
El biogas puede ser utilizado como combustible para motores diesel y a gasolina, a partir de los
cuales se puede producir energía eléctrica por medio de un generador. En el caso de los motores
diesel, el biogas puede reemplazar hasta el 80% del combustible, la baja capacidad de ignición del
biogas no permite reemplazar la totalidad en este tipo de motores que carecen de bujía para la
combustión. Aunque en los motores a gasolina el biogas puede reemplazar la totalidad del mismo.
ENERGIA EOLICA
(https://www.energia.gov.ar/contenidos/archivos/publicaciones/libro_energia_eolica.pdf)
La energía contenida en el viento puede ser transformada, según sea la necesidad, en energía
eléctrica, mecánica o térmica. Las posibilidades de uso que ofrece la energía eléctrica son bien
conocidas. En cuanto a la mecánica, en el caso que nos ocupa, se utiliza el bombeo de agua o
molienda de distintos productos. La energía térmica se consigue a partir de la energía mecánica.
Para efectuar esa transformación se utilizan distintos tipos de equipamientos. En términos
generales no se requieren grandes velocidades de viento para producir energía, más bien al
contrario, cuando el viento es demasiado intenso se hace necesario detener los equipos para
evitar deterioro. En la mayoría de los casos, un equipo comienza a generar energía con una
velocidad del viento de 4 metros por segundo (m/s), equivalente a unos 15 km/h. Entrega su
potencia máxima cuando la velocidad es del orden de los 12 a 15m/s (40 a 55 km/h) y es necesario
sacarla de servicio cuando alcanza 25m/s (90km/h).
Existen dos tipos principales de máquinas que aprovechan la energía contenida en el viento: los
molinos, que se utilizan fundamentalmente para bombeo mecánico de agua, y los aerogenedores
de electricidad.
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MOLINOS
Es muy común en el campo la utilización para extraer agua del subsuelo. El equipo utilizado se
denomina molino multipala en razón de estar compuesto por un número elevado (12 a 16) de
palas. La razón de este sistema radica en que con muy baja velocidad de viento (apenas una brisa)
está en condiciones de trabajar. Al girar acciona mecánicamente una bomba que extrae el agua
necesaria. El diseño de este tipo de molino es de origen norteamericano, introducido en Argentina
a mediados del siglo pasado y hoy de fabricación nacional. También es muy utilizado en Australia,
Sudáfrica, Holanda y Dinamarca.
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AEROGENERADORES
Sintéticamente un aerogenerador está conformado por dos elementos principales: un rotor
compuesto por un eje y la o las palas que es accionado por el viento, y un generador que se mueve
por arrastre del rotor. Los rotores de los aerogeneradores de potencia mediana en adelante (más
de 20 Kw.) no desarrollan gran número de revoluciones, considerándose como normal el orden de
60 a 70 revoluciones por minuto. Teniendo en cuenta que los generadores normalmente trabajan
a unas 1.500 r.p.m., para adecuar las distintas velocidades de trabajo de estos dos elementos se
intercala una caja multiplicadora.
En las máquinas pequeñas el generador suele ser un alternador conectado directamente al eje de
rotación. Se puede diferenciar a los aerogeneradores en dos grandes grupos según sea la posición
del eje de rotación: de eje vertical y de eje horizontal. Ambas tecnologías tienen aspectos
favorables y desfavorables.
Los aerogeneradores de eje vertical tienen la ventaja de no necesitar orientarse respecto a la
dirección de donde sopla el viento, porque cualquiera sea ella, acciona en la misma forma sobre su
rotor. Además, los equipos de generación y control se ubican al pié de la estructura simplificando
de esta manera el acceso a los mismos y abaratando por consiguiente el mantenimiento. También
ofrecen una robustez y resistencia destacable para ser utilizados en zonas de vientos arranchados
y de direcciones cambiarias. Como principal elemento desfavorable se puede mencionar que la
eficiencia de conversión energética es algo menor que la de los del otro tipo.
En los aerogeneradores de eje horizontal, el plan de rotación debe conservarse perpendicular a la
dirección del viento para poder captar la máxima energía. En consecuencia, para adecuarse a las
variaciones de dirección, debe instalarse algún mecanismo que oriente la posición del rotor. En
equipos pequeños y medianos (hasta unos 10 ó 15 Kw.) el sistema de orientación es sencillo y
mecánico, representado por un timón de cola que reacciona en forma automática.
ENERGIA OCEANICA (https://docplayer.es/14785641-Energias-renovables-no-convencionalesfactibilidad-de-la-energia-oceanica-en-chile.html)
Tecnología Mareomotriz
La energía mareomotriz se produce a través del efecto que tiene la luna y el sol en las mareas
mediante las alzas y bajas de las aguas, por lo tanto, la factibilidad de implementación se da
en sectores donde existan diferencias de mareas suficientes para que el movimiento genere
energía. Los estudios realizados 15muestran que ésta diferencia debe ser superior a los cinco
metros de altura. Dentro de la tecnología mareomotriz se encuentra dispositivos de
embalsamiento y turbinas de eje horizontal y vertical.
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Energía mareomotriz con embalsamiento
Este tipo de tecnología corresponde a centrales mareomotriz de barrera la cual consiste en
encauzar el agua de la marea en una cuenca y accionar las turbinas de una central eléctrica
(Renovable, Centro de Energía Renovable, 2013). Así también, cuando las aguas se retiran
se puede generar electricidad nuevamente usando un generador de turbina reversible.
Actualmente en Corea del Sur existe la central Sihwa Tidal, la cual es el mayor proyecto
como central mareomotriz de embalse, cuya construcción tardó 5 años con un costo de
inversión cercana a los 250 millones de dólares. Posee una capacidad instalada de 254 MW
y una capacidad de generación anual de 552,7 GWh16.

Turbinas de eje horizontal
Las corrientes marinas originadas principalmente por el movimiento de rotación de la tierra,
los vientos constantes, la configuración de las costas y la ubicación de los continentes
(Program, 2013), generan energía cinética la cual se transforma en electricidad, siendo
posteriormente enviada a una central de distribución. Para que exista un funcionamiento más
adecuado de estos dispositivos, las tecnologías utilizadas deben ser similares para cualquier
tipo de corrientes, ya que de esa manera se aprovecha las altas densidades del agua del
océano. La estructura física de este tipo de tecnología es similar a los aerogeneradores, en el
cual se utiliza una turbina de eje horizontal sumergida en el agua. En Strangford Lough,
Irlanda, se ha desarrollado este tipo de tecnología con una potencia de 1,2 MW, lo cual ha
representado un avance en una forma distinta de generación eléctrica, pero que ha restringido
la navegación.
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Turbina de eje vertical
Este tipo de tecnología tienen dos o tres hojas montadas a lo largo de un eje vertical formando
un rotor, el cual a través del aprovechamiento de las corrientes marinas y su energía mecánica
crea un empuje en las hojas haciendo girar al rotor para luego generar electricidad. A pesar
de que este tipo de aparatos es nuevo en el mercado de generación de energía oceánica,
representa un avance en el buen aprovechamiento de los espacios disponibles en los sectores
costeros. Actualmente en Canadá se ha estado implementando este tipo de funcionamiento
tecnológico mareomotriz.
Tecnología undimotriz
La energía undimotriz es aquella proveniente del movimiento oscilatorio de las olas, cuya
energía cinética y potencial se absorbe a través de distintos dispositivos. La generación de
las olas se produce por el efecto de la energía solar, la cual calienta la superficie terrestre
creando el viento y en consecuencia, oleaje. La particularidad de las olas es su capacidad de
desplazamiento en grandes distancias sin mucha pérdida de energía, por lo cual las olas
generadas en cualquier sector del océano acabarán en las costas, donde estarán ubicados los
dispositivos de generación eléctrica. Dentro de la tecnología undimotriz se encuentra
dispositivos Atenuador, de Desbordamiento, de Columna de Agua Oscilante, Absorbedor
Puntual y Convertidor de Olas Oscilantes.

Atenuador
Este tipo de aparato son estructuras largas que flotan en la dirección de las olas, las cuales
absorben la energía de éstas. El funcionamiento es a través del contacto de la ola con el
dispositivo provocando que las uniones se doblen y se muevan, similar a un sistema
hidráulico que produce electricidad, además de tener un pequeño sector perpendicular que
permite experimentar con fuerzas reducidas. Este tipo de tecnología fue desarrollada en
Inglaterra y posteriormente utilizada en ese mismo país y en Portugal.

Desbordamiento
Los dispositivos de desbordamiento son sistemas formados por una rampa en la cual las olas
viajan hacia una represa de almacenamiento elevado, creando una columna de agua en este
la cual posteriormente es liberada a través de unas turbinas hidroeléctricas de baja caída a
medida que el agua fluye de vuelta hacia el mar. Este tipo de tecnología fue desarrollado y
probado en Dinamarca

Columna de agua Oscilante (OWC)
Una columna de agua oscilante corresponde a un recolector sintonizado de resonancia
parcialmente sumergida, abierto hacia el mar bajo la superficie de agua y que contiene aire
retenido sobre una columna de agua. Ésta se mueve verticalmente con el movimiento de las
olas actuando como un pistón que comprime y descomprime el aire. El aire es conducido
después a una turbina de aire utilizando el flujo a medida que es empujado hacia afuera y
succionado de vuelta al colector. La ventaja principal de este tipo de tecnología es que es
posible adaptarlo en la costa en rompeolas. Fue desarrollado en Inglaterra y posee una
potencia nominal de 500kW, lo cual a pesar de no ser una tecnología a gran escala resulta
óptimo su uso debido al buen aprovechamiento de los sectores de la costa no utilizados.
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Absorbedor Puntual
Este tipo de tecnología corresponde a una estructura flotante que absorbe la energía desde
todas las direcciones de las olas, ya sea por movimientos verticales o pendulares, lo cual es
permitido por su tamaño pequeño en comparación con la longitud de las olas. Este dispositivo
puede ser diseñado para resonar con períodos de oleaje natural y maximizar la energía que
puede captar, a la vez la generación de ésta puede ir desde generadores hidráulicos hasta
lineales. Su funcionamiento radica en la utilización de la energía mecánica producida por los
movimientos mencionados anteriormente, posteriormente es transmitido a una bomba
hidráulica situada en la parte baja del cuerpo de la boya que permite accionar un generador
eléctrico. El país de origen de esta tecnología es Estados Unidos.

Convertidor de Olas Oscilantes (OWSC)
El funcionamiento del convertidor de olas oscilantes es a través de las extracciones de la
energía del movimiento compensador de las olas. Por lo general estos dispositivos se
encuentran anclados al relieve oceánico en sectores cercanos a la costa y básicamente
corresponde a una bomba energizada por olas, la cual empuja el agua a alta presión a la costa
hacia una turbina hidroeléctrica. Diseñado y desarrollado en Inglaterra.
Gradientes térmico y salino marinos
Debido a la inercia térmica que posee el mar, por las diferencias de temperatura entre la
superficie y las aguas profundas que poseen una temperatura más baja, se almacena energía
que se manifiesta a través de un gradiente de temperatura. Mediante una máquina térmica
con un diferencial de temperaturas, aprovechando el ciclo de Carnot, se absorbe este tipo de
energía. El funcionamiento es continuo con una circulación del agua de manera vertical,
produciendo un flujo de agua por diferencia de temperatura y densidad hacia la superficie.
El uso de este tipo de dispositivos es más apropiado en zonas tropicales donde existe una
gran diferencia de temperaturas.
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Tecnología para el aprovechamiento del gradiente térmico ("OTEC")
Esta tecnología utiliza las diferencias existentes entre la temperatura de la superficie del mar
y las capas de aguas más profundas, por lo cual se basa en un ciclo termodinámico que usa
el agua de la superficie del océano con temperaturas cercanas a los 25ºC para evaporar, a
través de un intercambio de calor, un fluido de trabajo de bajo punto de ebullición.
Posteriormente el vapor se expande y acciona una turbina que se encuentra acoplada a un
generador para producir electricidad. Luego el vapor es enfriado y condensado por medio de
otro intercambio de calor, utilizando el agua del mar bombeada desde el océano. Una vez
condensado el fluido es reutilizado cerrando el ciclo continuo de generación de electricidad.
Cuando mayor sea el diferencial de temperatura, más eficiente será esta tecnología.
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Gradiente de salinidad
El gradiente de salinidad está basado en la presión osmótica, lo cual se denomina gradiente
salino, y se da cuando es posible la combinación de grandes cantidades de agua salada de
mar con agua dulce. Ejemplo de ello, es en la desembocadura de ríos. El retardo de la presión
osmótica consiste en bombear agua marina a un depósito, donde la presión es inferior a la
presión osmótica entre el agua dulce y salada. El agua dulce fluirá a través de una membrana
semipermeable incrementando el volumen de agua en el depósito que puede generar
electricidad mediante una turbina hidráulica.
Energía eólica offshore
La energía eólica offshore es una adaptación de la energía eólica terrestre, pero en ultramar
la cual posee una maduración mayor en aspectos como la infraestructura y además en el
ámbito comercial. Estos tipos de dispositivos cuentan con 4,1 GW de capacidad operativa al
2011 y se espera que al 2020 alcance los 50 GW a nivel mundial18. A pesar de que constituye
actualmente solo el 2% de la energía eólica producida y que principalmente en Europa se
encuentran las principales centrales eólicas offshore, la eficiencia energética de estos
dispositivos llevarán su distribución a nivel mundial en aquellos países que inviertan en
ERNC.
ENERGIA HIDRAULICA