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: 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: 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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
