Instituto tecnológico de Orizaba investigacion

SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
Instituto tecnológico de Orizaba
SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
 Contexto
 Justificación
 Objetivos de la investigación
 Referencias (bibliografía)
DESARROLLO
1.- CENTRALES TÉRMICAS DE VAPOR Y GENERADORES DE VAPOR
 1.1.Antologia, definición y función de las Centrales Térmicas de vapor
 1.2 Clasificación descripción, función e instalación de las principales partes del
generador de vapor.
 1.3.- Condensadores y Sistemas de alimentación
 1.4.- Clasificación y Funcionamiento
 1.5.- Torre de enfriamiento
 1.6.- Ciclo Hidrológico
 1.7.- Impurezas, durezas y efectos
 1.8.- Sistema de tratamiento dl agua de alimentación
 1.9.- Calentadores del agua de alimentación
 1.10.- Condiciones de operación del grupo de bombeo
 1.11.- ciclo combinado
 1.12.- ciclo brayton- Rankine.
 1.13.- Definición y eficiencia del ciclo
 1.14.- Conformación
2.- ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE
 2.1.- Importancia y perspectivas de las energías alternativas.
 2.2.-.Los efectos del uso de la Energía
 2.3.- Análisis de la contaminación por uso de la energía.
 2.4.- Medidas Correctivas.
 2.5.- Formas de Evaluación de los daños.
3.- TECNOLOGÍAS MODERNAS PARA EL USO RACIONAL Y EFICIENTE DE LA ENERGÍA .







3.1 Biomasa como fuente de energía.
3.2 La energía solar en la sociedad Moderna.
3.3 Fundamentos y Aplicaciones de la energía eólica.
3.4 Energía geotérmica.
3.5 Energía del mar (mareomotriz, SETO entre otras).
3.6 Celdas del hidrogeno.
3.7 Energía Nuclear.
4.- DENDROENERGIA

4.1 Uso eficiente de la Leña.
SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA

4.2 Diseño de hornos Domésticos
5.- EDIFICACIONES ECOLÓGICAS




5.1 Bioconstrucciones materiales Básicos derivados y reciclados.
5.2 Manejo recuperación y tratamiento de aguas.
5.3 Sistemas Híbridos de generación de energía.
5.4 Biofertilizantes.
CONTEXTO
CONTEXTO
SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
JUSTIFICACIÓN
JUSTIFICACIÓN
SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
REFERENCIAS
SISTEMAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1.- CENTRALES TÉRMICAS DE VAPOR Y GENERADORES DE VAPOR

1.1.ANTOLOGIA, DEFINICIÓN Y FUNCIÓN DE LAS CENTRALES TÉRMICAS DE VAPOR
Una central térmica es una instalación que produce energía eléctrica a partir de la
combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto. El funcionamiento de
todas las centrales térmicas, o termoeléctricas, es semejante.
El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la
central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión. Esta última genera el vapor a
partir del agua que circula por una extensa red de tubos que tapizan las paredes de la caldera.
El vapor hace girar los álabes de la turbina, cuyo eje rotor gira solidariamente con el de un
generador que produce la energía eléctrica; esta energía se transporta mediante líneas de alta
tensión a los centros de consumo. Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y
convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando un nuevo ciclo.
El agua en circulación que refrigera el condensador expulsa el calor extraído a la atmósfera a
través de las torres de refrigeración, grandes estructuras que identifican estas centrales; parte
del calor extraído pasa a un río próximo o al mar.
Las torres de refrigeración son enormes cilindros contraídos a media altura (hiperboloides), que
emiten de forma constante vapor de agua, no contaminante, a la atmósfera. Para minimizar los
efectos contaminantes de la combustión sobre el entorno, la central dispone de una chimenea
de gran altura (llegan a los 300 m) y de unos precipitadores que retienen las cenizas y otros
volátiles de la combustión. Las cenizas se recuperan para su aprovechamiento en procesos de
metalurgia y en el campo de la construcción, donde se mezclan con el cemento.
FASES
1. Se calienta el agua líquida que ha sido bombeada hasta un serpentín de calentamiento
(sistema de tuberías). El calentamiento de agua se produce gracias a una caldera que obtiene
energía de la combustión del combustible (carbón pulverizado, fuel o gas).
2. El agua líquida pasa a transformarse en vapor; este vapor es húmedo y poco energético.
3. Se sobrecalienta el vapor que se vuelve seco, hasta altas temperaturas y presiones.
4. El vapor sobrecalentado pasa por un sistema de conducción y se libera hasta una turbina,
provocando su movimiento a gran velocidad, es decir, generamos energía mecánica.
5. La turbina está acoplada a un alternador solidariamente que, finalmente, produce la energía
eléctrica.
6. En esta etapa final, el vapor se enfría, se condensa y regresa al estado líquido. La instalación
donde se produce la condensación se llama condensador. El agua líquida forma parte de un
circuito cerrado y volverá otra vez a la caldera, previo calentamiento.
La corriente eléctrica se genera a unos 20.000 voltios de tensión y se pasa a los
transformadores para elevar la tensión hasta unos 400.000 voltios, para su traslado hasta los
puntos de consumo.
NOTA:
Si la central térmica es de carbón, éste se almacena a medida que llega de la mina y se
traslada por medio de una cinta transportadora hasta la tolva, de donde se pasa a un
molino en el que se tritura hasta quedar convertido en polvo fino que arde más
fácilmente. A continuación se mezcla con aire precalentado y se introduce en la caldera.
Si el combustible empleado es fuel, éste se almacena en depósitos a medida que llega
de la refinería y tras ser calentado, se conduce desde ellos a la caldera. Si la central
térmica es de gas, éste pasa de los tanques de almacenamiento a la caldera,
experimentando también un calentamiento previo.
1.2 CLASIFICACIÓN DESCRIPCIÓN, FUNCIÓN E INSTALACIÓN DE LAS PRINCIPALES PARTES DEL
GENERADOR DE VAPOR.
A continuación se definirán los componentes más importantes que pueden ser
encontrados en un generador de vapor.
DOMO Ó HERVIDOR
Este componente es también llamado Caldera, es un recipiente metálico
diseñado con las condiciones de presión a las que debe trabajar el generador de vapor.
La función básica del domo es la de separar el vapor de la mezcla vapor-agua y
mantener el vapor seco. En las unidades que no tienen economizador, es en el domo
donde se dispone el agua previamente tratada y desde ahí se distribuye por todos los
tubos del circuito bien sea por medio de flujo natural o por flujo forzado. En las unidades
con economizador, el agua es precalentada en el economizador antes de ser llevado al
domo. Aquellas unidades denominadas “de un solo paso” carecen de domo.
HOGAR….
Un hogar es una cámara donde se efectúa la combustión. La cámara
confina los productos de la combustión y debe resistir las altas temperaturas que se
presentan y las presiones que se utilizan. Sus dimensiones y geometría se adaptan a la
velocidad de liberación de calor, al tipo de combustible y al método de combustión, de
tal manera que se haga lo posible por tener una combustión completa y se proporcione
un medio apropiado para eliminar las cenizas. Los hogares enfriados por agua, se
utilizan en la mayor parte de las unidades de caldera y para todos los tipos de
combustibles y métodos de combustión. El enfriamiento por agua de las paredes del
hogar reduce la transferencia de calor hacia los elementos estructurales y como
consecuencia puede limitarse su temperatura a la que satisfará los requisitos de
resistencia mecánica y resistencia a la corrosión. Las construcciones de tubos enfriados
por agua, facilitan el logro de grandes dimensiones del hogar, y óptimas de techos,
tolvas, arcos y montajes de los quemadores, así como el uso de pantallas tubulares,
planchas o paredes divisorias para aumentar la superficie absorbente del calor en la
zona de combustión.
También reducen las pérdidas del calor al exterior. Las superficies
absorbentes de calor en el hogar, lo reciben de los productos de combustión y en
consecuencia contribuyen directamente a la generación de vapor, bajando al mismo
tiempo la temperatura de los gases que salen del mismo. Los principales mecanismos
de transferencia de calor se efectúan de forma simultánea, estos mecanismos incluyen
la radiación entre sólidos, que proviene del lecho de combustible, o de las partículas de
combustible, la radiación no luminosa de los productos de la combustión, la
transferencia de calor por convección de los gases del hogar, y la conducción de calor a
través de los materiales metálicos de los depósitos y tubos. La eficacia de la absorción
de la superficie del hogar es influida por los depósitos de cenizas o de escoria.
Las temperaturas del gas de salida del hogar, varían considerablemente
cuando se quema carbón, debido al efecto de aislamiento de los depósitos de ceniza y
escoria sobre las superficies de absorción de calor.
La cantidad de superficie es el factor más importante en la absorción global de calor en
el hogar y por tanto el calor liberado y disponible para absorción por hora y por pie
cuadrado de área absorbente efectiva es una base satisfactoria para establecer una
correlación. El calor liberado y disponible para la absorción es la suma del contenido
calorífico del combustible quemado, y el calor sensible del aire de combustión, menos la
suma del calor no disponible debido a la parte del combustible que no se consumió y el
calor latente del vapor formado por la humedad en el combustible y la combustión del
hidrógeno.
Las paredes del hogar deben estar soportadas de forma adecuada tomando en cuenta
la expansión térmica con montantes de refuerzos para resistir las fuerzas laterales
causadas por la diferencia entre la presión del hogar y la de la atmósfera que lo rodea.
La cubierta del hogar debe evitar la infiltración del aire, cuando se opera con succión y
debe evitar la fuga de gas, cuando se opera a presiones más altas que la atmosférica.
SOBRECALENTADOR Y RECALENTADOR…
La adición de calor al vapor después de la evaporación o el cambio de
estado, viene por un aumento en la temperatura y la entalpía del fluido. El calor se
agrega al vapor en componentes de la caldera llamados sobre calentadores y
recalentadores, los cuales se componen de elementos tubulares expuestos a los
productos gaseosos a alta temperatura de la combustión. Las ventajas del
sobrecalentamiento y recalentamiento en la generación de potencia son resultado de la
ganancia termodinámica en el Ciclo de Ranking y de la reducción de las pérdidas de
calor debidas a la humedad en las etapas de baja de presión en la turbina. Con
presiones y temperaturas altas del vapor se dispone de más energía útil, pero los
avances hacia temperaturas altas del vapor a menudo son restringidos por la resistencia
mecánica y la oxidación del acero y de las aleaciones ferrosas con los que se cuenta en
la actualidad y son económicamente prácticos para su uso en la parte a presión de las
calderas y en las construcciones de alabes de las turbinas.
El término “sobrecalentado” se aplica al vapor de más alta presión y el de
“recalentado” se refiere al vapor de presión más baja que ha liberado parte de su
energía durante la expansión en la turbina de alta presión. Con presión de vapor inicial
alta pueden emplearse una o más etapas de recalentamientos con el fin de mejorar la
eficiencia térmica. Se clasifican en dos grandes grupos: Radiantes o de Convección.
SPRAY ATEMPERADOR
Los atemperadores, también conocidos como de sobre calentadores,
son boquillas atomizadoras en los tubos de la caldera entre los sobre calentadores.
Estas boquillas atomizadoras suministran un fina niebla de agua pura en el camino
del flujo del vapor para prevenir el daño del tubo por sobre calentamiento. Los
Atemperadores son provistos tanto para los sobre calentadores como para los
recalentadores.
ECONOMIZADOR
Los economizadores eliminan el calor de los gases de combustión con
temperaturas moderadamente bajas, después de que salen de las secciones de
generación de vapor y del sobrecalentamiento y/o recalentamiento. Los economizadores
son en realidad calentadores de agua de alimentación que las reciben de las bombas de
alimentación y la descargan a una temperatura más alta al generador de vapor. Los
economizadores se usan en lugar de incrementar la superficie generadora de vapor, ya
que el agua de alimentación y en consecuencia la superficie que recibe calor están a
temperatura más bajas que las del vapor saturado, por tanto los gases pueden enfriarse
hasta temperaturas aún más bajas para lograr mayor recuperación de calor y mejorar la
economía.
PRECALENTADORES DE AIRE
Los precalentadores de aire al igual que los economizadores extraen
calor de los gases de combustión con temperaturas relativamente bajas. La
temperatura del aire de entrada es menor que la del agua que entra al economizador
y por tanto es posible reducir aún más la temperatura de los productos gaseosos dela
combustión, antes de que se descarguen en las chimeneas. El calor que se recupera
de los gases de la combustión se recicla al hogar junto con el aire de combustión y
cuando se agrega a la energía térmica liberada por el combustible, se convierte en
energía disponible para la absorción en la unidad generadora de vapor, con una
ganancia en la eficiencia térmica global. El uso de aire precalentado para la
combustión acelera la ignición y fomenta una combustión rápida y completa del
combustible. Los calentadores de aire se clasifican en general como: Recuperativos o
Generativos. En ambos se usa la transferencia por convección del calor, de la
corriente del gas a un metal o una superficie sólida y la transferencia por convección
de esta superficie al aire.
Recuperativos:
En éstos, las partes metálicas estacionarias forman una frontera de separación entre
los fluidos, el que se calienta y el que se enfría, y el calor pasa por conducción a
través de la pared metálica.
Regenerativos:
Hay dos tipos básicos, en el primer tipo, los elementos de transferencia de calor se
mueven alternadamente a través de las corrientes de gas y aire que pasan por ciclos
sucesivos de calentamiento y enfriamiento, y reciben la transferencia de calor por la
capacidad de almacenamiento térmico de los elementos.
INSTALACIÓN
La
atención
y
el
adecuado
mantenimiento de todos y cada uno de los
componentes de la instalación, tendrán como
consecuencias una vida más larga, un
funcionamiento deseado y unos gastos de
explotación óptimos. Pero la consecuencia más
importante de un buen mantenimiento es que es la
clave para un FUNCIONAMIENTO CORRECTO
Por esto es fundamental llevar un libro de registro
en el que se anoten los datos operacionales de la
instalación y que recoja las anomalías, sus
correcciones, las reparaciones.
Es imprescindible que se designe un responsable
de la instalación. Este responsable así como los
operarios que manipulen la instalación deben estar
adecuadamente formados, tienen que tener un
conocimiento que les permita hacer funcionar la
instalación de forma segura, para entender el
funcionamiento y la función de cada componente y
para darse cuenta de la Interrelación entre los
diversos componentes de la instalación. El personal responsable del servicio de
calderas, debe atender las siguientes instrucciones:
- Justificar su conocimiento de las prescripciones reglamentarias.- La instalación de la
caldera debe conservarse limpia, estar bien iluminada y libre de cualquier objeto que
no pertenezca a la misma.
- Cualquier anomalía en el funcionamiento deberá ser localizada y reparada de forma
inmediata. Si el alcance de la avería no fuese realmente importante, se procederá a
su reparación en la primera parada dela instalación.
- Independientemente de las pruebas periódicas establecidas por la Superioridad, se
deberán realizar reconocimientos periódicos de la instalación de caldera y equipos
auxiliares, recomendándose que un mínimo de dos reconocimientos sean efectuados
por personal técnico ajeno a la conducción del generador.
- Las herramientas, accesorios y cualquier utensilio que sea necesario para el
servicio, deberán estar ordenados y colocados en lugares fácilmente accesibles.
- Se establecerá un stock de piezas de repuesto que se consideren imprescindibles
para un servicio continuo de la instalación.
Los operarios deberán poseer conocimientos sobre:
- Compresores: su funcionamiento: el punto de ajuste, la función del presostato
de
alta, de baja y de aceite. Las funciones de los termostatos y de cualquier otro control
de seguridad que se halla instalado en la caldera.
- Válvulas automáticas de control: tienen que saber cómo funcionan que regulan
como se ajustan.- Válvulas de cierre manuales, eléctricas o neumáticas: donde están
situadas y en que situaciones hay que usarlas.
- Válvulas de seguridad: donde están situadas, que parte del sistema protege cada
una y que debe hacerse si la válvula llega a actuar.
- Controles eléctricos: seleccionadores fusibles, reles, temporizadores. Deben saber
la finalidad de cada uno y lo que protege cada uno.
- Cambios de presión y temperatura: cuales son las temperaturas y presiones
normales de funcionamiento. Las causas y los efectos de los cambios de presión o
temperatura y que hacer para restablecer las condiciones normales de trabajo.
PRUEBAS
Prueba hidrostática. Prueba de presión [Normas UNE 9-105-92 ]
Definición: La primera de presión de un aparato a presión es la que permite verificar
su estanquidad y su resistencia a las deformaciones. La presión de Prueba Pp, viene
dada por la expresión: Pp= 1.5 Pd Donde Pd es la presión de trabajo en las peores
condiciones de trabajo.
PREPARACIÓN DE LA PRUEBA:
1. Limpiar en interior de la caldera y que esté libre de obstáculos.
2. Verificar que todas las zonas del cuerpo resistente a inspeccionar son accesibles y
carecen de cualquier otro recubrimiento
3. El manómetro debe comprender como mínimo en su escala hasta 2.5 Pp.
4. Debe haber un precalentamiento del agua, no se aconseja agua a baja
temperatura.
REALIZACIÓN DE LA PRUEBA
Proceso de presurización. Tiempo Se procede al llenado de agua de las
partes a presión hasta alcanzar la presión de prueba y se cierra en ese momento el
dispositivo de alimentación (cuidando que no existan bolsas de aire, la aportación de
agua para pasar de Pda Pp debe ser de pequeño caudal). Durante un tiempo de
20min. Se comprueba que el manómetro permanece inalterable, y se realizan las
mediciones y se inicia la inspección visual.
 Mediciones e inspección durante la prueba Se deben realizar a la presión de
prueba. Seguidamente se procede a la inspección visual principalmente en las
uniones vigilando que no haya fugas. Luego se procede a un vaciado de la
caldera hasta un rango de amplitud [Pd, 0.8 Pp].
 Mediciones después de la prueba Deben realizarse en los mismo puntos en que
se efectuaron durante la prueba, con el fin de determinar si se han producido
deformaciones permanentes.
PRUEBAS HIDROSTÁTICAS DE REDES DE TUBERÍAS
Todas las redes que porten fluidos se deberán probar antes de ser
tapadas por aislantes, albañilería, material de relleno, etc. Se realizará una prueba de
estanqueidad hidrostática, siguiendo las siguientes indicaciones:
Taponar extremos de los conductos en el montaje, antes de conectar los terminales,
con el fin de evitar la entrada de suciedad y de materiales extraños.
- Dejar las conducciones y equipos a una presión 1,5 veces mayor a la de trabajo, no
siendo menor de 6 bar, en frío.
- Realizar pruebas de circulación de agua, limpieza, filtros, estanqueidad en
temperatura de régimen y medir presiones.
- Efectuar el tarado de órganos de seguridad. Se deberán limpiar debidamente y
como marca el reglamento antes de realizar la pruebas. Utilizar agua con detergente
y recircular por las bombas (2h) hasta obtener un PH menor de 7.5 (para
instalaciones cerradas con temperatura del agua menos a 100º) y después vaciar.
- Limpiar también bombas, accesorios, filtros.
Pruebas de redes de conductos [UNE 100104]
Los conductos de chapa se probarán de acuerdo con las pruebas
requieren el taponamiento de los extremos de la red, antes de que estén instaladas
las unidades terminales. Los elementos de taponamiento deben instalarse en el curso
del montaje, de tal manera que sirvan, al mismo tiempo, para evitar la entrada en la
red de materiales extraños. Complementado el montaje de las redes de distribución
de aire y antes de conectar los terminales se pondrán en marcha los ventiladores
hasta que se observe limpio. Posteriormente se procederá a comprobar la ejecución,
limpieza t acabado de las instalaciones. También se hará equipos eléctricos,
calderas, climatizadores, anotando condiciones de funcionamiento.
PRUEBAS DE LIBRE DILATACIÓN
Una vez que las pruebas anteriores hayan sido satisfactorias y se hayan
comprobado hidrostáticamente los elementos de seguridad, las instalaciones
equipadas con calderas se llevarán hasta la temperatura de tarado de los elementos
de seguridad, habiendo anulado previamente la actuación de los aparatos de
regulación automática.
PRIMERA PUESTA EN MARCHA
Puesta en marcha después de un amplio periodo de parada. Antes de
poner en servicio el generador, deberá revisarse el estado de las válvulas de
seguridad, niveles, manómetro y demás controles y equipos auxiliares que el mismo
incorpore, comprobándose su estado.
- Comprobar que las válvulas de cierre del circuito de combustible están abiertas.
- Comprobar que las válvulas de cierre del circuito de agua de alimentación están
abiertas.
- Si comenzamos con el generador desde presión cero, abrir la válvula de aireación
.- Observar el agua en los niveles, si ésta falta, debe ponerse la bomba en marcha
automáticamente al accionar los interruptores general y de bomba de alimentación.
- Colocar el interruptor general en posición ON (En Marcha)- Accionar el pulsador de
rearme o desbloqueo.
- Colocar el interruptor del quemador en posición conectado.
- Cerrar la válvula de aireación cuando salga un flujo continuo de vapor por la misma.
COMPROBACIONES
Marcha en régimen Se comprobará el funcionamiento de reguladores de
nivel, a diversas cargas de generador, así como su comportamiento en las
variaciones bruscas de la carga, aún cuando estas variaciones es conveniente que se
produzcan suavemente.
Todos los días y aprovechando los momentos de reducida demanda de vapor de
fábrica, se comprobará el correcto funcionamiento de los controles de presión, nivel,
fallo de llama, etc., provocando para ello las incidencias correspondientes. Con la
mayor frecuencia posible se comprobará el correcto establecimiento y forma de la
llama, así como el estado de la obra de refractario, utilizándose para ello las mirillas
de observación previstas a tal fin. Periódicamente se comprobarán las características
del agua de alimentación y del agua en el interior de la caldera. Las características
del agua, tanto de alimentación como del interior de la caldera, deberán mantenerse
por debajo de los límites reflejados por el sistema.
Se deberá poner especial cuidado en la extracción de la muestra del agua del interior
del generador, cuando éste se encuentre en servicio, en el sentido de evitar la
vaporización parcial del agua al pasar a la presión atmosférica. Lo anterior se puede
conseguir habilitando un pequeño serpentín refrigerador sumergido en agua fría y
haciendo pasar el agua de la caldera a través del mismo, y de esta forma prevenir la
citada vaporización parcial que podría desvirtuar sensiblemente las características
obtenidas por análisis posterior. Para realizar un buen mantenimiento hay que tener
en cuenta una serie de comprobaciones periódicas.
Con la convicción que MÁS VALE PREVENIR QUE REPARAR, el personal
encargado de la instalación debe realizar las comprobaciones y trabajos que se
detallan a continuación, con la periodicidad que se indica. Hay que tener en cuenta
que se trata de una guía general de actuación, que no pretende ser exhaustiva, sino
para poder ayudar al operario en su trabajo. En cualquier caso, las instrucciones
específicas de los fabricantes de los diversos componentes tendrán un carácter
prioritario.
1.- CENTRALES TÉRMICAS DE VAPOR Y GENERADORES DE VAPOR
1.3.-Condensadores y Sistemas de alimentación
Disposición constructiva de un condensador en
centrales térmicas
Los
condensadores
que
emplean
aire
como
fluido
refrigerante,
llamados Aerocondensadores, tienen un bajo rendimiento y, por tanto, necesitan de grandes
superficies para ser instalados. Este es el motivo de que el uso de este tipo de condensadores
no esté generalizado, pasando a usarse sólo en los casos en los que no haya disponibilidad de
agua.
Nos centraremos, por tanto, en los condensadores de agua como fluido refrigerante. Los
condensadores de las central térmica son cambiadores de calor tubulares, de superficie, del tipo
carcasa y tubo en los que el agua (fluido refrigerante) circula por los tubos y el vapor (fluido
enfriado) circula por el lado de la carcasa. Los tubos están dispuestos de forma horizontal, con
una pequeña pendiente para poder ser drenados con facilidad y agrupados en paquetes.
LAS PARTES MÁS SIGNIFICATIVAS DE UN CONDENSADOR SON:

Cuello. Es el elemento de unión con el escape de la turbina de vapor. Tiene una parte más
estrecha que se une al escape de la turbina de vapor bien directamente mediante soldadura o
bien a través de una junta de expansión metálica o de goma que absorbe los esfuerzos
originados por las dilataciones y el empuje de la presión atmosférica exterior. La parte más
ancha va soldada a la carcasa del condensador.

Carcasa o cuerpo. Es la parte más voluminosa que constituye el cuerpo propiamente dicho del
condensador y que alberga los paquetes de tubos y las placas. Suele ser de acero al carbono.

Cajas de agua. Colector a la entrada y a la salida del agua de refrigeración (agua de
circulación) con el objeto de que ésta se reparta de forma uniforme por todos los tubos de
intercambio. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento de protección contra
la corrosión que varía desde la pintura tipo epoxy (para el agua de río) hasta el engomado(para
el agua de mar). Suelen ir atornillados al cuerpo del condensador.

Tubos. Son los elementos de intercambio térmico entre el agua y el vapor. Su disposición es
perpendicular al eje de la turbina. Suelen ser de acero inoxidable (agua de río) y titanio (agua de
mar).

Placas de tubos. Son dos placas perforadas que soportan los dos extremos de los tubos.
Constituyen la pared de separación física entre la zona del agua de las cajas de agua y la zona
de vapor del interior de la carcasa. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento
(cladding) de titanio en la cara exterior cuando el fluido de refrigeración es agua de mar. La
estanqueidad entre los extremos de los tubos y las placas de tubos se consigue mediante el
aborcardado de los extremos de los tubos y mediante una soldadura de sellado.

Placas soporte. Placas perforadas situadas en el interior de la carcasa y atravesadas
perpendicularmente por los tubos. Su misión es alinear y soportar los tubos, así como impedir
que éstos vibren debido a su gran longitud. Su número depende de la longitud de los tubos.
Suelen ser de acero al carbono.

Pozo caliente. Depósito situado en la parte inferior del cuerpo que recoge y acumula el agua
que resulta de la condensación del vapor. Tiene una cierta capacidad de reserva y contribuye al
control de niveles del ciclo. De este depósito aspiran la bombas de extracción de condensado.

Zona de enfriamiento de aire. Zona situada en el interior de los paquetes de tubos, protegida
de la circulación de vapor mediante unas chapas para conseguir condiciones de
subenfriamiento. De esta manera, el aire disuelto en el vapor se separa del mismo y mediante
un sistema de extracción de aire puede ser sacado al exterior.

Sistema de extracción de aire. Dispositivos basados en eyector que emplean vapor como
fluido motriz o bombas de vacío de anillo líquido. Su misión, en ambos casos, es succionar y
extraer el aire del interior del condensador para mantener el vacío. Estos dispositivos aspiran de
la zona de enfriamiento de aire.
1.4 CLASIFICACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LOS CONDENSADORES
En las centrales térmicas se utilizan dos tipos de condensadores:
(1) De superficie, y (2) de chorro. Los condensadores de superficie proporcionan una
baja presión de escape y al mismo tiempo permiten recuperar el condensado. Las
condensadores de chorro solamente proporcionan una baja presión de escape, pues
el condensado se mezcla con el agua de refrigeración. En las centrales equipadas
con grandes turbinas de vapor no pueden emplearse condensadores de chorro,
porque aun prescindiendo de la pérdida del condensado, el consumo de energía
delas bombas de estos condensadores y el costo inicial de las necesarias para
evacua el aire neutralizan los beneficios conseguidos con el elevado vacío obtenido
con este tipo de condensadores. Sin embargo, tratándose de turbinas de tamaño
moderado, así como de máquinas de vapor de émbolo, los condensadores de chorro
tienen bastante aplicación, especialmente en el caso que abunde el agua de
alimentación de buena calidad. Un condensador de superficie consiste generalmente
en un cilindro de hierro colado, o de chapa de hierro con una tapa porta-tubos en
cada extremo, las cuales unen entre sí una multitud de tubos que forman la superficie
de enfriamiento. El vapor de escape entra al condensador por un orificio situado en la
parte superior dela envolvente y el agua de refrigeración pasa por el interior de los
tubos. Cuando el condensador se emplea con una máquina de émbolo, se adopta
corrientemente la disposición inversa, es decir, el agua pasa por fuera de los tubos y
el vapor por el interior de los mismos.
Otra forma de condensación de superficie conocida por condensador evaporativo, es
aquella en que el cilindro-envolvente se ha suprimido. El vapor pasa por el interior de
los tubos del condensador sobre los cuales se lanza agua pulverizada. El
enfriamiento se produce principalmente por la evaporación del agua en la atmósfera.
CONDENSADOR TERMODINÁMICO
El condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la
refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de
energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares.
La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un
ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de
refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el vapor,
después de realizar un trabajo termodinámico; por ejemplo, una turbina de vapor o
para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico.
Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido sub enfriado
en el caso del aire acondicionado.
CONDENSADOR DE SUPERFICIE.
Condensador de superficie é un termo comúnmente usado para trocadores de calor
refrigerados a agua instalados na exhausto de vapor de una turbina a vapor en usinas
termoelétricas.1 2 3 Estés condensadores são trocadores de calor los cuales convierten
vapor de su estado gaseoso a líquido en una presa abanico presa atmosférica. donde
agua
refrigerante
é
poco
abundante,
condensadores
frecuentemente
usados.
Un
condensador a ir
entretanto
significativamente mas costoso al
año pode alcanzar valores muy
altos por el proceso de vapor de
escape da turbina como un
condensador de superficie.
Los condensadores de superficie pueden ser de paso único. En los cuales el agua que
circula en un solo sentido a través de todos los tubos, o de dos pasos, en los cuales el
agua que circula en un sentido en la mitad de los tubos y regresa a través de los
restantes. La mayoría de los condensadores están equipados con una bomba centrifuga
para evacuar el condensado líquido, en un eyector de aire de tipo chorro para evacuar
el aire y los gases. La figura representa una instalación moderna típica de turbina con
condensador. El condensador de dos pasos de halla suspendido directamente del fondo
de la turbina, no necesitándose ninguna junta de dilatación.
CONDENSADOR DE CHORRO
El condensador de chorro puede ser de nivel bajo y barométrico. Los dos
tipos son similares por lo que se refiere a la forma en la cual el vapor de escape y el
agua de refrigeración se ponen en contacto directo. Los condensadores de chorro en los
cuales el agua de refrigeración, el condensado y los gases no condensables son
evacuados por medio de una de una sola bomba, se denominan condensadores de
chorro, de vació reducido y de bajo nivel.
Este tipo de condensador trabaja en paralelo, es decir, que el vapor, el agua refrigerante
y los gases no condensables circulan en el mismo sentido.
El condensador consiste en una cámara cilíndrica cerrada en cuya parte superior hay
una caja de boquillas de agua, la cual va acoplada a un tubo en forma de ventura cuyo
extremo inferior se halla sumergido en el agua, el agua pasa por las boquillas por la
presión de la bomba y por el vació existente, los chorros están dirigidos a la garganta del
tubo donde se reúnen para formar un solo chorro. El vapor de escape en el condensador
por la parte superior se pone en contacto directo con los chorros de agua y se
condensa, los chorros de agua alcanzan una velocidad suficiente para arrastrar el vapor
condensado, el aire y los gases no condensables. De esta forma no se requiere bomba
alguna para evacuar el aire y el agua.
Descripción
Condensador barométrico
Ventajas Fig. 590 y la fig. 591 Multi-Jet barométrica del condensador es, los bajos costos de
instalación y primera económicos. Al igual que con otros condensadores barométricos, la Fig.
592 Multi-Jet Rocíe Tipo barométrica del condensador no tiene partes móviles en la cámara de
vacío. Debido a esta simplicidad de diseño, un alto rendimiento con un funcionamiento sencillo
se puede anticipar. La ausencia de piezas y de vacío en movimiento reduce el tiempo de
inactividad asociado con la participación de equipos de las partes móviles. La Fig. 594 MultiSpray barométrica condensador ofrece una serie de ventajas en su diseño que proporcionan un
rendimiento eficiente. El diseño de flujo paralelo, con una entrada de vapor de la parte superior,
impide eficazmente inundaciones en todas las circunstancias.
Fig.
597
barom
étrica
contra
corrien
te
Condensadores no tienen partes móviles. Se requiere poco mantenimiento y se puede prever
para la inspección interna de la unidad. Debido a la pata barométrica, no se requiere ninguna
bomba de extracción de agua. Debido a la refrigeración eficiente de los gases no condensables,
la bomba de vacío de apoyo requiere un mínimo de vapor vivo para un funcionamiento eficiente.
S & K Condensadores contracorriente se puede suministrar en hierro fundido o de chapa de
acero, así como la mayoría de los materiales especiales.
La construcción también se presta fácilmente para revestimiento de goma. Aplicaciones Fig. 590
y la fig. 591 Multi-Jet barométrica Condensadores recomendados para la operación bajo cargas
relativamente constantes donde hay relativamente poca pérdida de aire, y donde el agua no es
demasiado escaso y no tiene por qué ser recirculado. Aumentar la eficiencia y reducir el tiempo
requerido para deshidratar pescado entero. Fig. 592 Multi-Jet Aerosol Tipo barométrica
condensador utilizado ampliamente en las fábricas de conservas, azúcar, leche, y otras plantas
alimenticias; en las fábricas de pulpa y papel, las destilerías;
La función primaria del condensador puede ser considerada, por lo tanto, como la de producir y
mantener una baja presión para permitir la evacuación. La condensación del vapor evacuado de
un evaporador puede llevarse a cabo en una u otra de las siguientes formas.
1) Por medio de automatización de agua relativamente fría en una cámara, a la cual se envía el
vapor de evacuación del evaporador (condensador de mezcla).
2) Haciendo fluir el vapor de evacuación sobre un cierto número de tubos de metal enfriados
interiormente por una corriente relativamente fría de agua de circulación (intercambiador del tipo
indirecto o de superficie).
1.5 TORRE DE ENFRIAMIENTO
Las torres de enfriamiento
tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporización parcial de esta con
el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y
frío que circula por el mismo aparato. Las torres pueden ser de muchos tipos, sin
embargo el enfoque se centra en un equipo de costo inicial bajo y de costo de operación
también reducido. Con frecuencia la armazón y el empaque interno son de madera. Es
común la impregnación de la manera, bajo presión con fungicidas. Generalmente el
entablado de los costados de la torre es de pino, poliéster reforzado con vidrio, o
cemento de asbesto.
Pueden empacarse con empaques plásticos. El empaque de plástico puede ser
polipropileno, moldeado en forma de enrejado o alguna otra forma. El espacio vacío es
muy grande, generalmente mayor del 90% con el fin de que la caída de presión del gas
sea lo más baja posible. Como consecuencia la superficie de la inter fase no sólo incluye
la superficie de las películas líquidas que humedecen el empaque, sino también la
superficie de las gotas que caen como lluvia desde cada fila.
TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO
Las torres de enfriamiento se clasifican según la forma de suministro de aire en:
 l Torres de circulación natural
 Atmosféricas
 Tiro natural
 l Torres de tiro mecánico
 Tiro inducido
 Tiro Forzado
 l Otros tipos: Torres de flujo cruzado.
Torres de Circulación natural
1. Atmosféricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de
las boquillas aspersores. Se usan en pequeñas instalaciones. Depende de los vientos
predominantes para el movimiento del aire.
2. Tiro natural: El flujo de aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de
densidades, entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre.
Utilizan chimeneas de gran altura para lograr el tiro deseado. Debido al inmenso
tamaño de estas torres (500 pie alto y 400 pie de diámetro), se utilizan por lo general
para flujos de agua por encima de 200000 gpm Son ampliamente utilizadas en las
centrales térmicas.
TORRES DE TIRO MECÁNICO
El agua caliente que llega a la
torre puede distribuirse por boquillas aspersores o compartimientos que dejan pasar
hacia abajo el flujo de agua a través de unos orificios. El aire usado para enfriar el agua
caliente es extraído de la torre, en cualquiera de las dos formas siguientes:
1. Tiro Inducido: El aire se succiona a través de la torre mediante un ventilador situado
en la parte superior de la torre. Son las más utilizadas.
2. Tiro forzado: El aire se fuerza por un
ventilador situado en el fondo de la
torre y se descarga por la parte
superior. Estas torres están sujetas
particularmente a la recirculación del
aire caliente y húmedo que es
descargado, dentro de la toma del
ventilador, debido a la baja velocidad
de descarga y que materialmente
reduce la efectividad de la torre El tiro
inducido con el ventilador en la parte
superior de la torre evita esto y
además permite una distribución
interna más uniforme del aire.
Torres de flujo cruzado:
El aire entra a los lados de la torre fluyendo horizontalmente a través del agua que cae.
las corrientes de aire laterales se unen en un pasaje interno y dejan la torre por el tope.
las torres de flujo cruzado requieren más aire y tienen un costo de operación más bajo
que las torres a contracorriente.
COMPONENTES DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO
 l Equipo mecánico
 Ventiladores
 Motores
l Sistema de distribución del agua:
1. Las torres a contracorriente dispersan el flujo a través de un sistema de distribución
de spray a baja presión, desde un sistema de tuberías distribuido a lo largo de toda la
torre
2. Los diseños de flujo cruzado tienen un sistema de distribución del agua caliente por
gravedad a través del empaque.
Sistema de distribución de agua:
La eficiencia global de una torre de enfriamiento está directamente relacionada con el
diseño del sistema de distribución de agua caliente. La consideración principal en la
selección del tipo de sistema de distribución de agua para una aplicación específica es
la cabeza a vencer por la bomba. La cabeza de la bomba impuesta por una torre de
enfriamiento consiste de la altura estática (relativa a la altura desde la entrada, más la
presión necesaria para mover el agua a través del sistema de distribución y sobre el
relleno.
Sistema de distribución de agua:
Torres contracorriente: utilizan un sistema de distribución de spray a alta presión para
lograr cubrir todo el relleno de la torre. El patrón de spray de las boquillas es sensible a
los cambios en el flujo de agua, y a los cambios en la presión de las boquillas. Las torres
a contracorriente tienen un área de presión menor que las de flujo cruzado pero
requieren altura adicional, altura estática y cabeza dinámica para alcanzar el mismo
efecto de enfriamiento.
Las torres a flujo cruzado utilizan un sistema de distribución diferente. El agua caliente es
distribuida a través de los empaques por gravedad a través de unos pequeños orificios
ubicados en el piso de la base de entrada. Tal sistema no es un sistema de distribución
en spray. El aire se mueve horizontalmente a través del empaque y se cruza con el agua
que cae. En las torres de flujo cruzado el componente de presión interna de la cabeza de
bombeo es insignificante debido a que el flujo es principalmente por gravedad
Sistema de distribución de Aire
En las torres contracorriente la resistencia al flujo ascendente del aire por parte de las
gotas que caen resulta en una elevada pérdida de presión estática y una mayor potencia
del ventilador que en flujo cruzado. Las torres a flujo cruzado contienen una
configuración del relleno a través de la cual el aire se mueve horizontalmente a través
del agua que cae. Las torres de flujo cruzado utilizan esencialmente toda la altura de la
torre para las rejillas de ventilación, reduciendo la velocidad de entrada del irá, y
minimizando la recirculación y pérdida de tiro.
Relleno:







l Distribuido dentro de la torre suministra el área
superficial para la transferencia de masa y calor.
l Eliminadores de desviación
l Base recolectora del agua fría
El agua fría es recogida por la base del fondo
l Desviadores del flujo de aire
l Cubierta de redistribución
En torres de flujo cruzado se necesita romper la corriente de agua que baja.
1.6 CICLO HIDROLÓGICO
SE DENOMINA CICLO HIDROLÓGICO al movimiento general del
agua: ascen- dente por evaporación y descendente por las precipitaciones y después en
forma de escorrentía superficial y subterránea. De esta definición deben remarcarse dos
aspectos importantes: a) la escorrentía subterránea es mucho más lenta que la
superficial y esta lentitud le confiere al ciclo ciertas características fundamentales, como
es que los ríos continúen con caudal mucho tiempo des- pues de las últimas
precipitaciones, y b) las aguas subterráneas no son más que una de las fases o etapas
del ciclo del agua, y el desconocimiento de esta condición puede provocar que se
exploten como si no tuvieran relación con las precipitaciones o la escorrentía superficial,
con los consecuente resultados (Figura 1).
DEL
FASES
CICLO
HIDROLÓGICO
Diagrama del ciclo hidrológico.
El ciclo del agua tiene una interacción constante con el ecosistema ya que los seres
vivos dependen de esta para sobrevivir, y a su vez ayudan al funcionamiento del mismo.
Por su parte, el ciclo hidrológico presenta cierta dependencia de una atmósfera poco
contaminada y de un grado de pureza del agua para su desarrollo convencional, y de
otra manera el ciclo se entorpecería por el cambio en los tiempos de evaporación y
condensación.
Los
procesos
el ciclo
1.º
agua se
superficie
la
terrestre
los
el
principales
implicados en
del agua son:
Evaporación: El
evapora en la
oceánica, sobre
superficie
y también por
organismos, en
fenómeno de la
transpiración en
plantas y
sudoración en
animales.
Los seres vivos,
especialmente
las
plantas,
contribuyen con un 10 % al agua que se incorpora a la atmósfera. En el mismo capítulo
podemos situar la sublimación, cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en la
superficie helada de los glaciares o la banquisa.
2.º Condensación: El agua en forma de vapor sube y se condensa formando las nubes,
constituidas por agua en pequeñas gotas.
3.º Precipitación: Se produce cuando las gotas de agua que forman las nubes se enfrían
acelerándose la condensación y uniéndose las gotas de agua para formar gotas mayores
que terminan por precipitarse a la superficie terrestre en razón a su mayor peso. La
precipitación puede ser sólida (nieve o granizo) o líquida (lluvia).
4.º Infiltración: Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de sus poros
y pasa a ser subterránea. La proporción de agua que se infiltra y la que circula en
superficie (escorrentía) depende de la permeabilidad del sustrato, de la pendiente y de la
cobertura vegetal. Parte del agua infiltrada vuelve a la atmósfera por evaporación o, más
aún, por la transpiración de las plantas, que la extraen con raíces más o menos extensas y
profundas. Otra parte se incorpora a los acuíferos, niveles que contienen agua estancada o
circulante. Parte del agua subterránea alcanza la superficie allí donde los acuíferos, por las
circunstancias topográficas, intersecan (es decir, cortan) la superficie del terreno.
5.º Escorrentía: Este término se refiere a los diversos medios por los que el agua líquida se
desliza cuesta abajo por la superficie del terreno. En los climas no excepcionalmente
secos, incluidos la mayoría de los llamados desérticos, la escorrentía es el principal agente
geológico de erosión y de transporte de sedimentos.
6.º Circulación subterránea: Se produce a favor de la gravedad, como la escorrentía
superficial, de la que se puede considerar una versión. Se presenta en dos modalidades:
Primero, la que se da en la zona vadosa, especialmente en rocas karstificadas, como son a
menudo las calizas, y es una circulación siempre pendiente abajo.
Segundo, la que ocurre en los acuíferos en forma de agua intersticial que llena los poros
de una roca permeable, de la cual puede incluso remontar por fenómenos en los que
intervienen la presión y la capilaridad.
7.º Fusión: Este cambio de estado se produce cuando la nieve pasa a estado líquido al
producirse el deshielo.
8.º Solidificación: Al disminuir la temperatura en el interior de una nube por debajo de 0 °C,
el vapor de agua o el agua misma se congelan, precipitándose en forma de nieve o
granizo, siendo la principal diferencia entre los dos conceptos que en el caso de la nieve se
trata de una solidificación del agua de la nube que se presenta por lo general a baja altura.
Al irse congelando la humedad y las pequeñas gotas de agua de la nube, se forman copos
de nieve, cristales de hielo polimórficos (es decir, que adoptan numerosas formas visibles
al microscopio), mientras que en el caso del granizo, es el ascenso rápido de las gotas de
agua que forman una nube lo que da origen a la formación de hielo, el cual va formando el
granizo y aumentando de tamaño con ese ascenso. Y cuando sobre la superficie del mar
se produce una manga de agua (especie de tornado que se produce sobre la superficie del
mar cuando está muy caldeada por el sol) este hielo se origina en el ascenso de agua por
adherencia del vapor y agua al núcleo congelado de las grandes gotas de agua. El proceso
se repite desde el inicio, consecutivamente por lo que nunca se termina, ni se agota el
agua.
AGUA SUPERFICIAL
El ciclo hidrológico constituye una de las condiciones naturales más
importantes de las cuencas hidrográficas. El río Lerma, con una longitud de
aproximadamente 705 km, es el principal escurrimiento
Superficial dentro de la cuenca que lleva su nombre, y por lo tanto constituye uno de los
principales elementos de su ciclo hidrológico. Anteriormente, el nacimiento del río Lerma
estaba conformado por más de cincuenta manantiales que alimentaban el lago de
Almoloya del Río, el primero de tres lagos que descienden en escalones hacia el norte.
Estos lagos, que de sur a norte reciben el nombre de Almoloya del Río, Lerma y San
Bartolo, constituían un sistema lacustre unido por canales, con una longitud de 29 km
(Maderey y Jiménez, 2000). Hoy en día, los principales afluentes son los torrentes de la
vertiente nororiental del Nevado de Toluca que fluyen hacia el noreste y este del valle,
entre los que destacan el río Santiaguito —que vuelca su caudal al lago de Almoloya por
la margen izquierda en épocas de abundante lluvia—, y el río Verdiguel que se origina
por los manantiales de Las Rosas, El Cuervo, La Piedra China y Los Jazmines y
desemboca por la margen izquierda del Lerma después de atravesar la ciudad de
Toluca. Aguas abajo del último lago, el río Lerma recibe por la margen derecha el agua
del río Otzolotepec que nace en la Sierra de las Cruces.
Las obras de exportación de agua de la cuenca del río Lerma para complementar la
dotación a la ciudad de México, significaron la construcción de 234 pozos y un
acueducto desde la localidad de Almoloya del Río. Esta obra, inaugurada en 1951, inició
la afectación del ciclo hidrológico de la cuenca (Maderey y Jiménez, 2000).
AGUA SUBTERRÁNEA
Otro elemento importante del ciclo hidrológico de la cuenca es el agua subterránea, que
se refiere al agua de lluvia o de escurrimientos superficiales que se infiltra y almacena
en las rocas del subsuelo, conformando los acuíferos. Entiéndase por acuífero, las rocas
o material no consolidado, lo suficientemente porosas para almacenar agua y con
permeabilidad necesaria para permitir que el agua fluya a través de ellas en cantidades
económicas y de calidad deseable (Price, 2003). En la cuenca Lerma-Chapala, se
reportan 47 acuíferos de los que se extraen 96.7 millones de m3/año de agua
subterránea, 79.2 millones de m3 (82%) se utilizan en la zona urbana y 17.5 millones de
m3 (18%) en el medio rural.
El vulcanismo del Eje Neo volcánico Transversal, acompañado de fallas regionales en
algunos casos aún activas, ha producido elevaciones y valles a diferentes altitudes, que
se asemeja a sistemas escalonados (Figura 2). Las elevaciones, conformadas
predominantemente por rocas volcánicas con una edad que abarca del Mioceno al
Reciente, rodean los valles y mesetas donde se acumularon sedimentos interdigitados
de materiales volcánicos recientes como cenizas o coladas volcánicas de escaso
espesor, con materiales granulares poco consolidados como aluvión, conglomerados y
depósitos lacustres.
Las rocas volcánicas como basaltos y andesitas, pueden presentar o no
fracturas de menores dimensiones que favorecerán la infiltración de la precipitación o el
escurrimiento superficial hacia las profundidades. El agua infiltrada circula por las rocas
y sedimentos; cuando encuentra fallas regionales, éstas pueden funcionar como límite al
flujo de agua
Subterránea o bien como conducto de salida a la superficie formando manantiales, que
pueden presentar elevada temperatura. Cuando no encuentran salida, el agua circula
por los sedimentos que rellenan los valles y mesetas. Del espesor y permeabilidad del
relleno de los valles depende la potencialidad de los acuíferos en explotación.
BALANCE HIDROLÓGICO
La evaluación de los recursos hídricos de una cuenca requiere de una
estimación correcta del balance hidrológico, es decir, comprender el ciclo en sus
diferentes fases, la forma en que el agua que se recibe por precipitación se reparte
como parte del proceso de evapotranspiración, escorrentía e infiltración. La información
del balance hídrico de la cuenca que se presenta en esta sección corresponde a los
resultados obtenidos del estudio elaborado por PLADEYRA, S.c. (2003). En general, se
puede afirmar que del agua que cae en un determinado sitio (precipitación = P), una
parte vuelve a la atmósfera, ya sea por evaporación directa o por transpiración de la
vegetación (evapotranspiración = ETR); otra parte escurre por la superficie (escorrentía
superficial = ES) confluyendo a través de la red de drenaje hasta alcanzar los cauces
principales y finalmente el mar, y el resto se infiltra en el terreno y se incorpora al
sistema de aguas subterráneas o acuífero (infiltración = I). Estas magnitudes deben
cumplir con la ecuación del balance hidrológico:
EL BALANCE HIDROLÓGICO EN LA CUENCA LERMA-CHAPALA
Tal como se señaló en el capítulo anterior, la precipitación en la cuenca Lerma-Chapala
se encuentra ampliamente diferenciada por la época de secas (estiaje) y la época de
lluvias. Igualmente, el comportamiento hidrológico en cada una de sus sub- cuencas
varía, aunque no de manera considerable. Los meses más lluviosos se presentan a
partir de mayo, con lluvias máximas en el mes de julio, y disminuyen hasta cubrir seis
meses de estación lluviosa en octubre. Los seis meses restantes son los de menor
precipitación o estiaje. Se aprecia también una relación directa entre la precipitación y la
temperatura, de forma tal que los meses de máxima precipitación son también los de
máximas tempera- turas (Figura 4). Dados los extremos climáticos en la cuenca, el
balance hidrológico se modeló tanto para el periodo
de estiaje como para el de lluvias, en donde para definir los meses de cada uno de los
periodos fue necesario el apoyo de las estaciones climáticas localizadas en la cuenca,
con más de diez años consecutivos de datos para el periodo 1992 a 2002. Con la
finalidad de comprender de manera específica el balance hídrico en la cuenca, ésta se
subdividió en 28 sistemas hidrológicos, los cuales constituyen subdivisiones de las sub
cuencas mediante el uso de dos índices diagnóstico: la meso exposición y la
precipitación. De forma general se establece que para la época de secas, la
evapotranspiración en la cuenca es el mecanismo por el que se pierde la mayor
cantidad de agua, alcanzando un 65.6%. Mientras que en la época de lluvias la mayor
cantidad de agua se infiltra, alcanzando totales de 56.2%. En un balance anual podemos
decir que en la cuenca más del 50% del agua que precipita se infiltra al subsuelo (Figura
5). La captación total en época de secas muestra, a grandes rasgos, una cuenca
dividida en dos, con
una porción central más seca, donde predomina la evapotranspiración. Durante la
época de lluvias, la captación total, que va de media a alta, se concentra en el sur de
la cuenca, donde también se presentan las mejores condiciones para la infiltración.
La cartografía de los paisajes hidrológicos permite obtener una caracterización
adecuada de las zonas funcionales de las cuencas hidrográficas. En la cuenca
Lerma-Chapala, el área de captación-transporte, donde concurren los cursos de
agua, sus materiales, sedimentos y nutrientes, es la más extensa, abarcando el
59.70% de su área total.
Resumen de balance hidrológico
De la cuenca Lerma – Chapala
CIFRAS EN Mm3
1.7 IMPUREZAS, DUREZAS Y EFECTOS
Efectos generales de las impurezas
a) El barro y otros sólidos se depositan en el fondo de la caldera, formando un depósito
fangoso que facilita el sobrecalentamiento de las planchas inferiores. Estos
sobrecalentamientos provocan deformaciones que pueden ser altamente peligrosas. Se
eliminan estos depósitos a través de las extracciones de fondo (purgas de fondo) que
deben hacerse al final de cada turno, hasta eliminar toda el agua turbia. Lo ideal es
eliminar estas impurezas antes que el agua ingrese a la caldera, ya sea a través de una
filtración o decantación. Para el caso de las materias orgánicas se procede a agregar
pequeñas cantidades de hipoclorito de sodio. En general, el agua potable que
suministran las empresas de agua potable ya ha sido sometida a este tratamiento.
b) Las sales de calcio y magnesio, disueltas en el agua con que se alimenta la caldera,
se descomponen y se adhieren a las superficies más calientes de la caldera,
especialmente en los tubos en forma de costras duras llamadas incrustaciones, lo que
entorpece la transmisión del calor, permitiendo el sobrecalentamiento de estas
superficies metálicas y posibles explosiones.
DUREZA DEL AGUA
La dureza del agua está determinada por la cantidad de sales de calcio y magnesio que
contenga. Mientras más sales de calcio y magnesio tenga, mayor será su dureza. La
dureza es una característica perjudicial para las calderas. Existen dos tipos de durezas,
según sea la forma en que se comporte el agua al hervir.
a) DUREZA TEMPORAL: Es la formada por sales de calcio y magnesio. Cuando el agua
hierve se precipitan a fondo.
b) DUREZA PERMANENTE: Es la formada por sales solubles en el agua. Durante la
ebullición no sufren cambios, pero a medida que esta se evaporiza sufre el grado de
concentración decantando y formando incrustaciones. La suma de la dureza temporal y
la permanente se llama dureza total. Generalmente las industrias controlan la cantidad
del agua de sus calderas por análisis de muestras que realizan en sus propios
laboratorios y/o a través de la asesoría externa de alguna firma especializada. Sin
embargo, algunas empresas, además de estos métodos, poseen un equipo portátil que
maneja el propio operador de la caldera para controlar diariamente tanto la dureza
(salinidad) como el pH (alcalinidad y acidez) del agua. Los envases en que se toman las
muestras de agua deben estar totalmente limpios y enjuagarse con la misma agua que
se analizará. La muestra de agua debe tomarse del interior de la caldera (del tubo de
nivel o del fondo), teniendo la precaución de purgar bien, hasta que salga el agua que
represente realmente la que contiene la caldera.
PROBLEMAS CAUSADOS POR LAS IMPUREZAS DEL AGUA
a) EMBANCAMIENTO: El barro y la sílice ayudados por algunas sale disueltas producen
embaucamientos sumamente rápidos, es decir, se depositan en el fondo de la caldera,
dificultando o impidiendo la libre circulación y salida del agua. Estas impurezas deben
ser retiradas casi en su totalidad antes del ingreso a la caldera, sometiéndolas a un
proceso de filtración.
b) INCRUSTACIONES: Son depósitos en forma de costra dura producidos por las sales
de calcio y magnesio que se adhieren en las superficies metálicas de la caldera. Por su
carácter de aislante, afectan la transferencia de calor al agua reduciendo la capacidad
de la caldera, provocan recalentamiento de los tubos con el consiguiente peligro de
deformaciones o roturas y restringen el paso del agua (calderas acuotubulares). Los
depósitos también pueden originarse en la precipitación de sólidos en suspensión,
recibiendo el nombre de lodos adheridos.
c) CORROSIONES: Es el deterioro progresivo de las superficies metálicas en contacto
con el agua, debido a la acción del oxígeno, anhídrido carbónico y algunas sales como
el cloruro de sodio.
LAS IMPUREZAS DEL AGUA
9. También pueden ser causadas por compuestos químicos derivados de tratamientos
de agua mal aplicados (desincrustantes).
d) ARRASTRE: Ocurre cuando el vapor que sale de la caldera lleva partículas de agua
en suspensión. Los sólidos disueltos en esas partículas se depositan en los elementos y
equipos donde circula y se utiliza el vapor, provocando problemas de funcionamiento de
los sistemas de vapor. Este fenómeno está muy asociado a la formación de espuma en
la superficie del agua. Entre sus causas se tiene la presencia excesiva de sólidos totales
disueltos, alta alcalinidad, materiales oleosos, sustancias orgánicas y detergentes.
e) FRAGILIDAD CAUSTICA: Es el agrietamiento (pequeñas fisuras) del metal de los
tubos y elementos sometidos a esfuerzos mecánicos. Se produce cuando el agua
contiene hidróxido de sodio en exceso.
DUREZA DEL AGUA
Dureza Temporal: Es la formada por sales de calcio y magnesio. Cuando el agua hierve
se precipitan a fondo.
Dureza Permanente: Es la formada por sales solubles en el agua. Durante la ebullición
no sufren cambios, pero a medida que esta se evaporiza sufre el grado de
concentración decantando y formando incrustaciones.
Dureza Total: La suma de la dureza temporal y la permanente se llama dureza total.
Generalmente las industrias controlan la cantidad del agua de sus calderas por análisis
de muestras que realizan en sus propios laboratorios y/o a través de la asesoría externa
de alguna firma especializada.
Sin embargo, algunas empresas, además de estos métodos, poseen un equipo portátil
que maneja el propio operador de la caldera para controlar diariamente tanto la dureza
(salinidad) como el pH (alcalinidad y acidez) del agua.
Los envases en que se toman las muestras de agua deben estar totalmente limpios y
enjuagarse con la misma agua que se analizará.
La muestra de agua debe tomarse del interior de la caldera (del tubo de nivel o del
fondo) teniendo la precaución de purgar bien, hasta que salga el agua que representa
realmente la que contiene la caldera.
1.9 CALENTADORES DE AGUA DE ALIMENTACIÓN DE LA CALDERA
Un calentador de agua de alimentación es un componente de la planta de potencia se
utiliza para precalentar el agua suministrada a una caldera de producción de vapor. El
precalentamiento del agua de alimentación reduce las irreversibilidades que participan
en la generación de vapor y por lo tanto mejora la eficiencia termodinámica del sistema.
Esto reduce los costos operativos de la planta y también ayuda a evitar el choque
térmico para el metal de la caldera cuando el agua de alimentación se introduce de
nuevo en el ciclo de vapor.
En una planta de energía de vapor, calentadores de agua de alimentación permiten que
el agua de alimentación a ser llevado hasta la temperatura de saturación muy
gradualmente. Esto minimiza las irreversibilidades inevitables asociados con la
transferencia de calor al fluido de trabajo. Ver el artículo sobre la segunda ley de la
termodinámica para un análisis más detallado de este tipo de irreversibilidades.
APLICACIÓN: Los calentadores de agua de alimentación de alta y baja presión usan
vapor de extracción de la turbina para pre-calentar agua de alimentación destinada
para generación de vapor. Las fuentes de agua primarias para los calentadores son
los condensadores y el tanque de almacenado de condensado. El sistema de agua
de servicio de emergencia o el depósito de calor definitivo (usualmente un río o lago)
proporcionan agua de alimentación de reserva a los SGs en el evento de una
interrupción en el sistema de alimentación de agua primario.
CICLO DE DISCUSIÓN Y EXPLICACIÓN
La energía utilizada para calentar el agua de alimentación se deriva generalmente de
vapor extraído entre las etapas de la turbina de vapor. Por lo tanto, el vapor que se
utiliza para realizar el trabajo de expansión en la turbina no se utiliza para ese propósito.
El porcentaje de la masa de flujo de vapor total del ciclo se utiliza para el calentador de
agua de alimentación se denomina la fracción de extracción y debe ser cuidadosamente
optimizado para la potencia máxima eficiencia térmica planta ya que al aumentar esta
fracción causa una disminución en la potencia de salida de la turbina.
Calentadores de agua de alimentación también pueden ser "abierto" o "cerrado"?
Intercambiadores de calor. Un intercambiador de calor abierto es uno en el que se
permite extraído vapor se mezcle con el agua de alimentación. Este tipo de calentador
se requiere normalmente una bomba de alimentación en la entrada y la salida de
alimentación puesto que la presión en el calentador es entre la presión de la caldera y la
presión del condensador. Un descalificador es un caso especial de que el calentador de
agua de alimentación abierto que está específicamente diseñado para eliminar los gases
no condensables del agua de alimentación.
Calentadores de agua de alimentación cerrada son típicamente intercambiadores de
calor de carcasa y tubos en los que el agua de alimentación pasa a través de los tubos y
se calienta por la turbina de vapor de extracción. Estos no requieren bombas separadas
antes y después de que el calentador para impulsar el agua de alimentación a la presión
del vapor extraído como con un calentador abierto. Sin embargo, el vapor de agua se
extrae a continuación, debe estrangularse a la presión del condensador, un proceso
isoentálpica que resulta en cierto aumento de entropía con una ligera penalización en la
eficiencia total del ciclo.
Muchas plantas de energía incorporan una serie de calentadores de agua de
alimentación y pueden utilizar las dos componentes abiertos y cerrados. Calentadores
de agua de alimentación se utilizan tanto en las plantas eléctricas de combustibles
fósiles y nucleares-como combustible.
AGUA DE ALIMENTACIÓN.- Su campo de temperaturas se presenta en un
intervalo comprendido entre 138ºC y la temperatura de saturación de 254ºC. Si no existe
economizador, el agua de alimentación se suministra directamente al calderín de vapor,
en el que se mezcla con el agua de circulación que fluye por los tubos del banco de
caldera y del hogar una vez que se ha extraído de ella el vapor y se ha enviado éste al
sobre calentador. En unidades industriales, el flujo del agua de circulación es 25 veces
el del agua de alimentación, por lo que cuando el agua de alimentación se mezcla en el
calderín de vapor, alcanza muy rápidamente una temperatura que es casi la de
saturación, sin que se produzca una apreciable disminución de la temperatura en el
agua de circulación que fluye por los tubos de caldera, lo que justifica suficientemente el
trazo, prácticamente vertical (7-6). Las partes internas del calderín de vapor se diseñan
especialmente para que el agua, ligeramente sub enfriada, descienda por los tubos del
banco de caldera, hacia el calderín inferior (calderín de lodos); este agua se distribuye
entonces entre los restantes tubos del banco de caldera (tubos ascendentes) y los tubos
del cerramiento del hogar; en todos estos tubos, el agua se convierte parcialmente en
vapor (un 4% en peso); seguidamente, la mezcla vapor-agua retorna al calderín de
vapor, en el que la mezcla pasa a través de separadores, enviándose el vapor al sobre
calentador, mientras que el agua residual se mezcla con el agua de alimentación y de
nuevo se distribuye entre los tubos descendentes.
1.10 CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO
Las bombas son de gran importancia en el trasiego de fluidos, debido a su capacidad de
producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar.
Existe una infinidad de bombas las cuales tienen distintas funciones, todo depende del
tipo de fluido de la temperatura a la cual se va a transportar y la presión que se
soportará.
Así surgen las bombas centrífugas que fundamentalmente son máquinas de gran
velocidad en comparación con las de movimiento alternativo, rotativas o de
desplazamiento. Funciona a altas velocidades, acopladas directamente al motor de
accionamiento, con lo que consigue que las pérdidas por transmisión sean mínimas.
Una bomba o una máquina soplante centrífuga constan esencialmente de uno o más
rodetes provistos de álabes, montados sobre un árbol giratorio y cerrado en el interior de
una cámara de presión denominada cubierta.
PRINCIPIO DE OPERACIÓN
Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica
que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía, que
un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad.
Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por
ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del
subsuelo se eleve a la superficie. Un ejemplo de bombas que adicionan energía de
presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura así como los
diámetros de tuberías y consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que
la presión fuesen iguales, en tanto que la presión fuese incrementada para poder vencer
las perdidas de fricción que se tuviesen en la conducción.Existen bombas que trabajan
con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin
embargo a este respecto hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad
por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la mayoría de
las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una mezcla de las tres. Las
cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de
fluidos.
Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una máquina llamada
comúnmente turbina, la cual transforma la energía de un fluido> en sus diferentes
componentes citadas en energía mecánica.
Para una mayor claridad, buscando una analogía con las máquinas eléctricas, y para el
caso específico del agua, una bomba sería un generador hidráulico, en tanto que una
turbina sería un motor hidráulico.
Normalmente un generador hidráulico (bomba) es accionado por un motor eléc­trico,
térmico, etc. mientras que un motor hidráulico (turbina) acciona un gene­rador eléctrico.
Tratándose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y el motor
puede ser una turbina de aire, gas o simplemente un motor térmico. Antes de conocer
los fundamentos de operación de las bombas es necesario distinguir las diferentes
clases de bombas que existen, y para esto la clasificación dada por el “Hidraulic
Institute” de E.U.A. (1984) parece ser la más adecuada.
Existe una diversidad de clasificación de bombas que ocasionalmente puede causar
confusión al intentar ubicarlas dentro de un cierto tipo, clave u otra distinción, sin
embargo la más adecuada para propósitos de este trabajo es la proporcionada por el
instituto de Hidráulica de los. E.U.U.
1.11 CICLO COMBINADO
1.13 definición y conformación
Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la
coexistencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de
trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una
combustión o quema.1 En la propulsión de buques se denomina ciclo combinado al
sistema de propulsión COGAS. Se denomina CICLO COMBINADO cuando una
máquina de generación o central emplean en su diseño más de un ciclo termodinámico.
CONFORMACIÓN
Central de ciclo combinado Una central de ciclo combinado es una central eléctrica en
la que la energía térmica del combustible es transformada en electricidad mediante dos
ciclos termodinámicos: el correspondiente a una turbina de gas, generalmente gas
natural, mediante combustión (ciclo Brayton) y el convencional de agua/turbina de vapor
(ciclo Rankine).2
Esquema del funcionamiento de
una central de ciclo combinado
1.-Generadores eléctricos
2.-Turbina de vapor
3.-Condensador.
4.-Bomba impulsora
5.-Intercambiador de calor
6.-Turbina de gas
Ciclo
combinado
a
condensación
Central de ciclo combinado de
Boroa, en Amorebieta (España).
Una variante del ciclo combinado
de contrapresión clásico, es el
ciclo combinado a condensación que se realiza en procesos estrictamente
cogenerativos. Se basa en una gran capacidad de regulación ante demandas de vapor
muy variables.
El proceso clásico de regulación de una planta de cogeneración consiste en
evacuar gases a través del bypass cuando la demanda de vapor es menor a la
producción y utilizar la post-combustión cuando sucede lo contrario.
Bajando sensiblemente su potencia, no se consigue su adaptación a la demanda de
vapor, debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperación, ya que los
gases de escape mantienen prácticamente su caudal y bajan ostensiblemente su
temperatura. Por ellos, las pérdidas de calor se mantienen prácticamente constantes, y
la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento.
COMO OPERA UN CICLO COMBINADO
•En estas plantas, una turbina a gas (TG) mueve un generador.
•El calor de escape de la TG es utilizado para producir vapor que se emplea en la
generación adicional de electricidad con un generador impulsado por una turbina a
vapor (TV).
•Esta última etapa del proceso aumenta la eficiencia de generación de energía de la
planta.
En una central térmica, el calor de alta temperatura, usualmente producto de la
combustión de un combustible fósil, es la energía entrante a la planta.
•Esta energía entrante es convertida a electricidad como una de las salidas de la planta.
•La otra salida es calor de baja temperatura y no es aprovechado en el proceso de
conversión energética que ejecuta la central.
•El rendimiento de un ciclo térmico será tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia de
temperatura entre el calor de entrada y el de salida. Este enunciado se conoce como
eficiencia de Carnot.
•En una planta real, el valor máximo de temperatura admisible de operación del ciclo
estará relacionado a las propiedades de los materiales empleados en la construcción de
las máquinas que participan del ciclo térmico.
•El Ciclo Combinado (CC) verifica la condición de una importante diferencia de
temperaturas entrada / salida, al combinar los ciclos termodinámicos de Brayton(gas) y
Rankine(vapor).
Las ventajas del ciclo combinado
•El rendimiento de un CC alcanza en la actualidad valores cercanos al 60%
•La ventaja de los CICLOS COMBINADOS es el aprovechamiento del calor residual de
uno de los motores como energía aportada a otro de los motores. •Con este recurso se
recobra una porción de la energía contenida en el calor residual, con trabajo ejecutado a
partir de ella. •La conjunción de estos aprovechamientos energéticos + exergéticos
resultan en una mejor utilización de la energía. •La aplicación tecnológica más empleada
son los ciclos combinados TG+TV, con los que a la fecha se han logrado los menores
costos variables en centrales térmicas.
Las instalaciones de los ciclos combinados
•En un CICLO COMBINADO dos o más plantas de potencia se acoplan compartiendo
fluidos de trabajo y/o flujos de calor. Se integra con los ciclos que se desarrollan en las
plantas de potencia vinculadas, más los acoplamientos necesarios. •Estos
acoplamientos pueden ser de dos tipos:
•externos
•internos
Los ciclos combinados de acoplamiento interno
•Son dos las posibilidades que se presentan para estos CC: •en los de acoplamiento
másico, los ciclos elementales comparten el mismo fluido de trabajo. Es el caso del ciclo
Field, compuesto por un Braytonre generativo y un Rankinere generativo, con vapor de
agua. •en los de acoplamiento térmico, los ciclos elementales reciben energía térmica
en un mismo punto. Se los suele mencionar como ciclos combinados en paralelo. Un
ejemplo de este tipo de planta es el ciclo STIG.
Los ciclos combinados de acoplamiento externo
•Este acoplamiento es siempre térmico, y en el mismo el ciclo de menor nivel térmico
(de cola) aprovecha la energía térmica residual del ciclo de mayor nivel térmico (de
cabecera). •Estas configuraciones son las más utilizadas en la actualidad, en un elevado
número de configuraciones. Una de ellas en es el ampliamente construido CC TG+TV.
•Suelen denominarse ciclos combinados en serie.
Los ciclos combinados en serie
•Pueden ser de diferentes tipos: •el ciclo de cola funciona solamente con el calor
residual del ciclo de cabecera. •el ciclo de cola funciona con el calor residual del ciclo de
cabecera al que se agrega el suministro directo de energía térmica (ej.: calderas de
recuperación con quemadores: postcombustión).
La temperatura de entrada de los ciclos combinados construidos (I)
•Los ciclos termodinámicos de aire (Brayton) permiten alcanzar Tentr notablemente
superiores a, por ejemplo, los ciclos de agua (Rankine). •El ciclo Rankine requiere
presiones de trabajo elevadas, que son soportadas por una cantidad importante de
equipos (circuito de agua de alimentación, caldera, turbina a vapor). Esto hace que se
defina una temperatura máxima de trabajo, limitada a la permitida por los materiales de
todos esos equipos.
Los ciclos combinados construidos
•En estos ciclos, se combinan ciclos y fluidos de trabajo para lograr altas temperaturas
de entrada y bajas temperaturas de salida, resultando elevados rendimientos
termodinámicos
. •Algunos de los ciclos combinados construidos son:
•Rankine mercurio + Rankine agua
•Rankine potasio + Rankine agua
•Rankine agua + Rankine amoníaco •Braytonaire (TG) + Rankine agua (TV), con varias
alternativas.
•Acoplamiento serie paralelo de los ciclos Braytony Rankine (STIG)
•Ciclos Braytony Rankine operando a 2 o 3 presiones, con acoplamiento másico interno
y calentamiento en paralelo.
Es una central en la que la energía térmica del combustible es transformada en
electricidad mediante dos ciclos termodinámicos: el correspondiente a una turbina de
gas (ciclo Brayton) y el convencional de agua/turbina vapor (ciclo Rankine).
La turbina de gas consta de un compresor de aire, una cámara de combustión y la
cámara de expansión. El compresor comprime el aire a alta presión para mezclarlo
posteriormente en la cámara de combustión con el gas. En esta cámara se produce la
combustión del combustible en unas condiciones de temperatura y presión que permiten
mejorar el rendimiento del proceso, con el menor impacto ambiental posible.
1.12 CICLO BRAYTON
Definición
El ciclo Brayton, también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, es un
ciclo termodinámico consistente, en su forma más sencilla, en una etapa de compresión
adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un
fluido termodinámico compresible. Es uno de los ciclos termodinámicos de más amplia
aplicación, al ser la base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo
puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para la producción de electricidad en
los quemadores de gas natural o algún otro aprovechamiento –caso de las industrias de
generación eléctrica y de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente–, hasta
la generación de un empuje en un aerorreactor.
En el ciclo Brayton, como en la mayoría de los ciclos termodinámicos, es necesario
distinguir el ciclo termodinámico en sí mismo de su aplicación tecnológica. Como ocurre
en algunos otros motores térmicos, los motores basados en el ciclo Brayton han
presentado diferentes soluciones formales, que básicamente se pueden reducir a los
motores Brayton de pistones, de funcionamiento parecido a los modernos motores
Diésel y gasolina, y que hoy en día apenas existen salvo en museos, y los motores
Brayton de
flujo continuo, en los que, a diferencia de los motores de pistones, la admisión del fluido
termodinámico es continua, y que son la base de la turbina de gas.
Esbozo de la patente de Barber.
El ciclo Brayton aparece por primera vez asociado a
la patente de una máquina de gas del inventor
inglés John Barber, en 1791. Formalmente, el motor
de Barber podría ser clasificado como de flujo
discontinuo, si bien su rudimentario sistema de
compresión, incapaz de alcanzar siquiera las 2
atmósferas de presión, y las elevadísimas pérdidas
de calor asociadas al sistema de calentamiento, así
como las complicaciones asociadas al emplear aire
en vez de vapor de agua, hicieron que el motor
fracasara estrepitosamente frente a la mucho más
eficaz máquina de vapor de James Watt. Del mismo
modo en que ocurrió con otros motores de la
época, como el motor Stirling, la idea de Barber
cayó en el olvido.
En la década de 1840 el físico británico James Prescott Joule planteó de manera teórica
y formal, por primera vez, el ciclo Brayton. Su trabajo se limitó al ámbito teórico y
termodinámico, al reconocer que la obtención de elevadas potencias mecánicas del ciclo
exigiría o bien elevadísimos costes de combustible, o sistemas de compresión de gas
extremadamente grandes y resistentes, ya que Joule planteó la implantación del ciclo
Brayton como un ciclo de flujo discontinuo, en el que el gas debía comprimirse mediante
un cilindro y un pistón.
CONFORMACIÓN DEL CICLO BRAYTON.
El ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de un motor de turbina de gas, como
los utilizados en las aeronaves. Las etapas del proceso son las siguientes:
Admisión
El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina
Compresor
El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor
(movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una
compresión adiabática A→B.
Cámara de combustión
En la cámara, el aire es calentado por la
combustión del queroseno. Puesto que la
cámara está abierta el aire puede
expandirse, por lo que el calentamiento
se modela como un proceso isóbaro
B→C.
Turbina
El aire caliente pasa por la turbina, a la
cual mueve. En este paso el aire se
expande y se enfría rápidamente, lo que
se describe mediante una expansión
adiabática C →D.
Escape
Por último, el aire enfriado (pero a una
temperatura mayor que la inicial) sale al
exterior. Técnicamente, este es un ciclo
abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina,
pero dado que sí entra en la misma cantidad y a la misma presión, se hace la
aproximación de suponer una recirculación. En este modelo el aire de salida
simplemente cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca ya frío. En el diagrama
PV esto corresponde a un enfriamiento a presión constante D→A.
Existen de hecho motores de turbina de gas en los que el fluido efectivamente recircula y
solo el calor es cedido al ambiente. Para estos motores, el modelo del ciclo de Brayton
ideal es más aproximado que para los de ciclo abierto.
Motor de turbina de gas de ciclo abierto.
Motor de turbina de gas de ciclo cerrado
1.12 CICLO RANKINE
El ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de
calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia. Como cualquier
otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia termodinámica de un
ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos (límite máximo que impone
el Segundo Principio de la Termodinámica). Debe su nombre a su desarrollador, el
ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine.
Conformación básica
El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso
termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de
trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen
otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine
orgánicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en
una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para
generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador
eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja
presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor
condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una
corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago). Posteriormente,
una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a
introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.
Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, como por
ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina, recalentamiento entre
etapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera.
Existen también centrales alimentadas mediante energía solar térmica (centrales termo
solares), en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectores cilindroparabólicos o un sistema de helióstatos y torre. Además este tipo de centrales poseen
un sistema de almacenamiento térmico, habitualmente de sales fundidas. El resto del
ciclo, así como de los equipos que lo implementan, serían los mismos que se utilizan en
una central térmica de vapor convencional.
Diagrama T-s del ciclo
El diagrama T-S de un ciclo de Rankine con vapor de alta presión
sobrecalentado.
El diagrama T-s de un ciclo Rankine ideal
está formado por cuatro procesos: dos
isoentrópicos y dos isóbaricos. La bomba y la
turbina son los equipos que operan según
procesos
isoentrópicos
(adiabáticos
e
internamente reversibles). La caldera y el
condensador operan sin pérdidas de carga y por
tanto sin caídas de presión. Los estados
principales del ciclo quedan definidos por los
números del 1 al 4 en el diagrama T-s (1: vapor
sobrecalentado; 2: mezcla bifásica de título
elevado o vapor húmedo; 3: líquido saturado; 4:
líquido sub enfriado). Los procesos que tenemos
son los siguientes para el ciclo ideal (procesos internamente reversibles):

Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la
presión de la caldera hasta la presión del condensador. Se realiza en una turbina de
vapor y se genera potencia en el eje de la misma.

Proceso 2-3: Transmisión de calor a presión constante desde el fluido de trabajo hacia
el circuito de refrigeración, de forma que el fluido de trabajo alcanza el estado de
líquido saturado. Se realiza en un condensador (intercambiador de calor), idealmente
sin pérdidas de carga.

Proceso 3-4: Compresión isoentrópica del fluido de trabajo en fase líquida mediante
una bomba, lo cual implica un consumo de potencia. Se aumenta la presión del fluido
de trabajo hasta el valor de presión en caldera.

Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la
caldera. En un primer tramo del proceso el fluido de trabajo se calienta hasta la
temperatura de saturación, luego tiene lugar el cambio de fase líquido-vapor y
finalmente se obtiene vapor sobrecalentado. Este vapor sobrecalentado de alta
presión es el utilizado por la turbina para generar la potencia del ciclo (la potencia neta
del ciclo se obtiene realmente descontando la consumida por la bomba, pero ésta
suele ser muy pequeña en comparación y suele despreciarse).
En un ciclo más realista que el ciclo Rankine ideal descrito, los procesos en la bomba y
en la turbina no serían isoentrópicos y el condensador y la caldera presentarían
pérdidas de carga. Todo ello generaría una reducción del rendimiento térmico del ciclo.
El rendimiento isoentrópico de la turbina, que representa el grado de alejamiento de una
turbina respecto al proceso ideal isotrópico, jugaría un papel principal en las
desviaciones al ciclo ideal y en la reducción del rendimiento. El rendimiento isoentrópico
de la bomba y las pérdidas de carga en el condensador y la caldera tendrían una
influencia mucho menor sobre la reducción de rendimiento del ciclo.
ESTUDIO DEL CICLO DE RANKINE SIMPLE
Configuración inicial
Inicialmente consideraremos en la instalación bombas y turbinas ideales, para
posteriormente Analizar el efecto de las irreversibilidades sobre el funcionamiento de
la planta. Diseñe inicialmente el esquema de la planta con sus componentes:
caldera, turbina, bomba y condensador. Suponer las siguientes características de
trabajo de los dispositivos: Turbina y bomba son isoentropicos; condensador y
caldera son isobáricos.
2.1. IMPORTANCIA Y PERSPECTIVAS DE LAS ENERGÍAS ALTERNATIVAS.
Se denomina energía alternativa, o más propiamente fuentes de energía
alternativas, a aquellas fuentes de energía planteadas como alternativa a las
tradicionales clásicas.1 No obstante, no existe consenso respecto a qué tecnologías
están englobadas en este concepto, y la definición de "energía alternativa" difiere según
los distintos autores: en las definiciones más restrictivas, energía alternativa sería
equivalente al concepto de energía renovable o energía verde, mientras que las
definiciones más amplias consideran energías alternativas a todas las fuentes de
energía que no implican la quema de combustibles fósiles (carbón, gas y petróleo); en
estas definiciones, además de las renovables, están incluidas la energía nuclear o
incluso la hidroeléctrica.2
Los combustibles fósiles han sido
la fuente de energía empleada
durante la revolución industrial,
pero en la actualidad presentan
fundamentalmente
dos
problemas: por un lado son
recursos finitos, y se prevé el
agotamiento de las reservas
(especialmente de petróleo) en
plazos más o menos cercanos, en
función de los distintos estudios
publicados. Por otra parte, la
quema de estos combustibles
libera a la atmósfera grandes
cantidades de CO2, que ha sido
acusado de ser la causa principal
del calentamiento global. Por estos motivos, se estudian distintas opciones para sustituir
la quema de combustibles fósiles por otras fuentes de energía carentes de estos
problemas.
Las energías alternativas se dividen en dos grandes grupos:

Fuentes de energía renovables (eólica, solar, biomasa, mareomotriz, etc.)

Energía nuclear
No todos coinciden en clasificar la energía nuclear dentro de las energías alternativas, pues al
igual que los combustibles fósiles, se trata de un recurso finito, y además presenta problemas
medioambientales importantes, como la gestión de los residuos radiactivos o la posibilidad de
un accidente nuclear. Sin embargo, la reducida emisión de CO2 de esta tecnología, y la todavía
insuficiente capacidad de las energías renovables para sustituir completamente a los
combustibles fósiles, hacen de la energía nuclear una alternativa sujeta a fuerte polémica.
IMPORTANCIA Y PERSPECTIVAS
El consumo energético es un marcador sensible para la testear el bienestar y
prosperidad de una población pero las fuentes fósiles son limitadas y producen
contaminación. ITERBIOESTRATEGIA I.B.E recibió de Cristian Frers Técnico Superior
en Gestión Ambiental y Comunicación Social este resumen sobre el necesario proceso
de sustitución por energías alternativas, la situación actual en Latinoamérica y Argentina
y el potencial de estas regiones como grandes productoras (o procesadoras) de estos
recursos renovables y medioambientalmente inofensivos.
El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de
una sociedad. El concepto de crisis energética aparece cuando las fuentes de energía
de las que se abastece la sociedad se agotan. Un modelo económico como el actual,
cuyo funcionamiento depende de un continuo crecimiento, exige también una demanda
igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son
finitas, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser
abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen otros
nuevos métodos para obtener energía: éstas serían las energías alternativas.
El mundo que nos rodea está dividido fundamentalmente en el orden de los Seres Vivos
como todos aquellos organismos con un respectivo nivel de desarrollo que son capaces
de realizar intercambios de Materia y Energía con el medio que los rodea, siendo este
último compuesto fundamentalmente por los Objetos Inertes que consisten en el Soporte
o Sustento que oficia como sostén y asentamiento de la vida además de las sustancias
que ésta requiere para su normal desarrollo y desenvolvimiento.
Es así que se puede considerar a éstos como Recursos o Bienes que pueden ser
aprovechados en las distintas actividades que realizan los individuos en el denominado
Ciclo de Vida, y éstos a su vez se pueden clasificar dependiendo de su disponibilidad o
capacidad de reestablecerse para ser utilizados nuevamente, en Recursos Renovables
cuando este lapso de tiempo es relativamente corto, o bien Recursos No Renovables
cuando se demanda una muy alta cantidad de tiempo para su regeneración.
Esto último ha tomado mayor importancia en los últimos años sobre todo en lo que
respecta a los elevados consumos de Combustibles Fósiles, siendo éstos un Recurso
No Renovable que tiene una cantidad limitada y que ha motivado a la investigación de
alternativas a la utilización, y fue así que se arribó al desarrollo de tecnologías que son
conocidas bajo el nombre de Energías Renovables.
Como su nombre nos indica, se emplean fundamentalmente Fuentes
Energéticas que tienen la capacidad de regenerarse o reestablecerse en un lapso de
tiempo relativamente corto, o bien cuentan como Materia Prima para su obtención con
una gran variedad de orígenes de modo tal de que se tenga un abastecimiento
elevadamente alto, para lo cual es necesario contar con Avances Tecnológicos que
sepan aprovechar esta cualidad.
Ejemplos prácticos que abarcan a este
concepto son los de la Energía Eólica,
que emplean el viento para la
movilización de Turbinas Eólicas que
permiten generar la Energía Eléctrica
que necesitamos en nuestros hogares,
como también el caso de la Energía
Solar,
que
realiza
el
mismo
procedimiento
con
un
Material
Fotosensible capturando la radiación
lumínica proveniente del Sol.
Son también llamadas Energías
Limpias debido a la característica que
le confiere al proceso donde la
obtención de Energía Eléctrica no
genera residuo alguno, siendo su
analogía en los Gases Contaminantes
que se emanan por los escapes en los
motres de Combustión Interna que
utilizan una fuente No Renovable como
lo es la quema de Hidrocarburos
Fósiles.
PERSPECTIVA.
Se estima que el uso de las fuentes de energía renovable se triplicará en los próximos
20 años a nivel global. Además de la Unión Europea, que reafirma su objetivo del 20%
de energía final renovable en 2020, y otras regiones en el mundo con objetivos
renovables específicos, en el mix energético de economías en crecimiento las energías
renovables son una componente fundamental hoy en día, y una alternativa de futuro
competitiva y viable. Este uso generalizado estará liderado por el sector eléctrico, donde
la competitividad de las tecnologías renovables ya ha alcanzado cotas de madurez
superiores a las de tecnologías convencionales. Se espera que el suministro de
electricidad renovable a nivel global, se incremente en más de un 60% entre el 2012 y el
2030.
El rápido crecimiento económico de los países asiáticos, en especial de China e India,
será el responsable de gran parte de ese aumento. Además, se prevé que los países
asiáticos experimenten las tasas de crecimiento en demanda energética más altas del
mundo. Para 2030, Asia habrá alcanzado un uso energético más del doble del actual.
Se prevé que las energías renovables respondan a la mayor parte del aumento de la
demanda de energía durante los próximos 20 años. En última instancia, la política será
decisiva a la hora de determinar qué fuentes de energía explotar, y en qué medida, para
satisfacer la demanda mundial.
PANORAMA MUNDIAL
En 2010, la oferta total de energía primaria en el mundo (OTEP) fue de 12,715 millones
de Toneladas Equivalentes de Petróleo (Mtpe), de las cuales sólo 1,685.7 Mtpe
provinieron de fuentes renovables de energía. La contribución de otras fuentes de
energía fue de 32.3% para petróleo, 27.3% para carbón, 21.5% para gas natural y 5.7%
para energía nuclear.
Países como Alemania, Brasil, Dinamarca, España, Canadá y Reino Unido han
enfocado su desarrollo tecnologíco en la utilización de diversas fuentes renovables,
fundamentalmente para la generación de energía eléctrica. Las llamadas “Energías
Renovables” son un tema prioritario en todas las agendas energéticas, sobretodo en los
países industrializados, ya que son también precursoras del desarrollo y
comercialización de nuevas tecnologías, de la creación de empleo, conservación de
recursos y reducción de la dependencia de energéticos fósiles, así como de la reducción
de gases de efecto invernadero.
Entre 2006 y 2011, la capacidad de producción global de energías renovables creció a
tasas promedio anuales entre 17% y 58%. La energía solar fotovoltaica registró el
crecimiento más acelerado, con un aumento en la capacidad instalada de 58% anual
promedio en el período. Por otra parte, la energía solar termoeléctrica aumentó casi
37%, considerando que existía una pequeña cantidad de plantas instaladas al inicio del
período. La producción de biocombustibles ha sido variada, con una expansión del
biodiesel en 2011, mientras que el etanol se mantuvo estable. Por su parte, la energía
eólica creció a un ritmo anual de 27%, y otras tecnologías como la energía hidroeléctrica
y geotérmica, crecieron a tasas más moderadas que van de 2% a 3%, haciendo
comparable su comportamiento con las tasas de crecimiento global de combustibles
fósiles de 1% a 4%.
De acuerdo con el reporte anual de energías renovables de REN21, la mitad de
esta capacidad se encuentra en países desarrollados, tan solo Europa concentra 20%.
Los países que utilizan de manera más intensiva las energías renovables para la
generación de electricidad son Islandia, Noruega, Paraguay, Colombia, Brasil y Canadá,
que van desde 100% hasta 61% de participación. En cambio, los que presentan la
menor participación de estas tecnologías entre 0% y 9% son Arabia Saudita, Israel,
Argelia, Sudáfrica, Corea del Sur y Australia.
PANORAMA NACIONAL
En el plano nacional, y bajo el cumplimiento del Artículo 17 del Reglamento de la
Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la
Transición Energética (LAERFTE), la Secretaría de Energía ha publicado una
Prospectiva de Energías Renovables 2012-2026. Este proyecto energético tiene como
fin de impulsar el uso de tecnologías renovables como la eólica, solar, hidroeléctrica,
geotérmica, mareomotriz, biomasa, entre otras, así como dar a conocer el potencial
energético de nuestro país proveniente de recursos naturales.
Para ello el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) se ha encargado de
realizar distintos estudios para establecer el potencial eoloenergético nacional, estas
estimaciones aseguran que sólo el 10% del área total es aprovechable para la
instalación de parques eólicos debido a factores orográficos, ambientales, sociales y de
factibilidad técnica y económica; pese a esto, la Asociación Mundial de Energía Eólica
ha reconocido a México por haber sido el país con el mayor crecimiento de capacidad
de generación de electricidad con viento, en términos porcentuales, durante 2009. En el
país existen reservas de aprovechamiento geotérmico distribuidas en 1,797
manifestaciones superficiales agrupadas en 918 localidades geotérmicas en 26 estados
de la República. Por otro lado México se localiza geográficamente entre los 14° y 33° de
latitud septentrional, situación que resulta ideal para el aprovechamiento de la energía
solar, ya que la irradiación global media diaria en el territorio nacional es de alrededor de
5.5 kWh/m2, colocando al país dentro de los primeros lugares en el mundo. Por otra
parte, a pesar que actualmente México no cuenta con desarrollos piloto o comerciales
de centrales de generación oceánica, algunos estudios realizados por la CFE indican
que existen zonas con alto potencial para su aprovechamiento en el país (ver primer
mapa), principalmente en la región del Alto Golfo de California. Aunque no existe todavía
un desarrollo sustancial, en materia de bioenergía, se han realizado ya importantes
esfuerzos para impulsar la producción de insumos y bioenergéticos en el país.
2.2.
LOS EFECTOS DEL USO DE LA ENERGÍA.
En la actualidad cerca del 50% del recalentamiento global se atribuye a la emisión artificial de
dióxido de carbono (CÒ2) y su fuente principal es el quemado de combustibles fósiles, razón por
la cual se considera necesario reestructurar el sistema de energía de modo que se reduzcan los
ni veles de emisión de C02.
La problemática ambiental aparece
como una de las características de
este siglo y se podría afirmar que
desde la década de los 60 ha sido
objeto de creciente atención, tanto
por los ciudadanos como por las
empresas y gobiernos. En algunos
casos su dimensión es de tal
magnitud, que requiere de respuestas
organizadas
en
el
ámbito
internacional, tales como el Programa
de las Naciones Unidas para el Medio
Ambiente (PNUMA) o la Organización
Internacional de la Energía Atómica
(OIEA), sólo por citar dos de las más
importantes. Este trabajo se propone
mostrar
algunas
de
las
consecuencias que produce la
combustión de combustibles fósiles (derivados del petróleo, gas y carbón) en el medio
ambiente y los posibles riesgos de contaminación de la energía nuclear de fisión. La
producción y el consumo de fuentes de energía convencionales o comerciales (petróleo,
carbón, gas, hidroelectricidad y nuclear) siempre han estado asociados con efectos
nocivos para la ecología, pero su uso masivo, creciente y concentrado en algunas
zonas, ha dado origen a perturbaciones de efectos altamente negativos para la salud
humana y en general de amenaza para la supervivencia de las especies animales y
vegetales, con sus inevitables e imprevisibles consecuencias. Conscientes de las
múltiples formas como la energía afecta el medio ambiente, se estudiarán por su relativa
mayor relevancia el efecto invernadero, las lluvias áridas y los posibles daños a la capa
de ozono, agregando algunas consideraciones sobre la obtención de electricidad
mediante la opción nuclear, en la segunda parte de este artículo.
El Efecto Invernadero: Se trata de que la acción de algunos gases y productos
químicos actúan más o menos como un techo de invernadero sobre el planeta, que
permite la entrada pero no la salida de la radiación solar, con lo que aumenta la
temperatura del aire cerca de la tierra. Los gases de efecto de invernadero son entre
otros: el vapor de agua, incluidas las nubes, el dióxido de carbono (C02), el metano
(CH4), el óxido nitroso (N20), el ozono (Os) y los cloro fuorocarbonos (CFC) y otros de
menor importancia. Estos absorben el calor que se desprende de la superficie terrestre y
lo devuelven calentando así la tierra. A la producción de energía, en particular a la
combustión de combustibles fósiles, se debe una buena parte de la liberación de tales
gases de efecto invernadero, en efecto ella contribuye en buena medida a la emisión de
dióxido de carbono, metano y óxido nitroso, todos calificados como se refirió
anteriormente, de efecto invernadero.
En la actualidad cerca del 50% del recalentamiento global se atribuye a la emisión
artificial de dióxido de carbono (C02)1 y su fuente principal es el quemado de
combustibles fósiles, razón por la cual se considera necesario reestructurar el sistema
de energía de modo que se reduzcan los niveles de emisión de C02. Las opciones que
se consideran para lograrlo son:
- El uso más eficaz de la energía primaria que contenga carbono, con lo cual se
Reducirán también la emisión de todos los otros gases de efecto invernadero,
relacionados con estas fuentes de energía.
- La sustitución del carbón por combustibles que liberen menos C02, con lo cual se
reducirán otros efectos de contaminación ambiental. Se alega sin embargo que un
mayor
uso de gas natural, por ejemplo, provocaría mayores emisiones de metano y que éste a
su vez es un gas de efecto invernadero potencialmente más perjudicial que el propio
C02.
DETERIORO DE LA CAPA DE OZONO. El ozono es un gas compuesto de tres
átomos de oxígeno y envuelve a la tierra como un velo, protegiendo al planeta y a sus
habitantes de la acción directa del sol. 3 Idem p. 14 Por tanto el ozono actúa como una
especie de pararrayos ultravioletas y si no estuviera presente en la atmósfera, llegarían
a la tierra niveles mortales de radiación solar ultravioleta. El ozono se forma
naturalmente, a partir del oxígeno, en las altas capas de la atmósfera y se descompone
igualmente por causas naturales, razón por la cual está en constante proceso de ser
creado y destruido.
No obstante varias sustancias químicas producidas por la acción del hombre, afectan de
manera significativa la velocidad de descomposición del ozono. Entre ellos se
encuentran los clorofluorocarbonos (CFCs), todos ellos producidos artificialmente como:
refrigerantes, fluidos, propelentes de aerosoles y para el espumado de plástico.
Entre 5% y 10% de las emisiones de CFCs se relacionan indirectamente con la energía,
es decir, tienen su origen en la producción del material aislante que se emplea para
conservar la energía.
La razón por la cual los clorofluorocarbonos inciden negativamente en la capa de ozono
es porque ellos son compuestos muy estables cuando se encuentran en las capas bajas
de la atmósfera, y eso es lo que los hace tan útiles en muchas aplicaciones comerciales
e industriales. Pero cuando se encuentran en la estratosfera se disocian bajo la acción
de la luz solar, y liberan cloro activo. El cloro se combina con el ozono, formando
oxígeno y monóxido de cloro, que a su vez descompone para producir más oxígeno y
liberar nuevamente el cloro,
Continuando la destrucción catalítica del ozono.
2.3 ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN POR USO DE LA ENERGÍA
. Problemas ambientales relacionados con la energía
Los problemas medioambientales generados por la energía se deben a tres factores: su
obtención, el transporte de energía y su uso (especialmente con las fuentes no
renovables).
Contaminación generada con la obtención y producción de energía
Impactos en la flora y la fauna. Como la destrucción del terreno en la explotación de
minas y pozos petrolíferos y la construcción de grandes presas
Impactos en el paisaje. Como en los terrenos mineros, las centrales térmicas, nucleares
aeroventiladores y centrales solares.
Impactos sobre el suelo. Como la destrucción de suelo fértil por ocupación de terrenos o
por la contaminación de las aguas de lluvia con gases y productos solubles tóxicos.
Contaminación del agua y de la atmósfera. En la extracción de combustibles, en la
combustión de los mismos o en la producción de lluvias ácidas, así como en la elevación
de la temperatura de las aguas en los circuitos de refrigeración o en la liberación de
fugas radiactivas.
Contaminación generada en el transporte de energía
Impactos en el paisaje. Como el provocado por las torres y líneas de alta tensión.
Impactos sobre la fauna. Los tendidos de alta tensión perjudican mucho a las aves.
Mareas negras. Provocadas por el vertido de los petroleros en el mar.
CONTAMINACIÓN GENERADA CON EL CONSUMO DE ENERGÍA
Contaminación atmosférica. Los gases producidos contaminan el aire, provocan
alteraciones climáticas, respiratorias y en los ecosistemas.
Contaminación acústica. Las máquinas generan ruidos tanto diurnos como nocturnos en
ocasiones muy por encima del nivel
tolerable.
Contaminación por ondas. El uso de
teléfonos móviles y microondas genera
ondas electromagnéticas que podrían
causar problemas de salud.
EL AHORRO ENERGÉTICO
Los problemas ambientales nos
afectan a todos. Se han recogido
muestras de contaminación en lugares
tan
alejados
de
los
centros
industrializados como la Antártida. Por
eso se impone la norma "piensa
globalmente, actúa localmente".
La única forma de mantener el estilo de
vida y evitar los daños generados es
racionalizar el consumo y desarrollar
energías no contaminantes. La tarea
de reducir el consumo de combustibles
fósiles es tarea de todos. Hay medidas que corresponden a los gobiernos y otras que
deben llevar a cabo los consumidores.
Es necesario hacer un uso responsable de la energía reduciendo en lo que no es
básico: luz excesiva, calor o frío excesivos, uso racional del transporte,
electrodomésticos y máquinas innecesarios, consumos injustificados, etc. para hacer
más habitables los espacios, las ciudades y los ecosistemas y contribuir también a evitar
el agotamiento de los recursos.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS
A lo largo de la historia el medio ambiente ha ido cambiando. Los ecosistemas que
componen el planeta han sufrido diferentes evoluciones debido a los cambios en los
seres vivos que los integran, la cantidad de oxigeno en el aire, los tipos de vegetación,
etc.
Al principio la tierra constaba de una gran cantidad de vegetación y de seres vivos. En
este ecosistema abundaba la vegetación y el aire era rico en oxígeno.
Con la llegada del ser humano se fue modificando, primero con el sedentarismo y luego
con la revolución de la agricultura. Recogida de carbón por Endesa EducaLa capacidad
de controlar y usar el fuego permitió a los seres humanos modificar o eliminar la
vegetación natural. Por otro lado, la domesticación y pastoreo de animales herbívoros
llevó al sobrepastoreo y a la erosión del suelo.
El otro gran cambio sufrido por el planeta fue la revolución industrial. Las ciudades
crecían y la necesidad de materias primas (madera y carbón) para generar electricidad
fue mayor.
Para acabar, en los últimos
años el ser humano se ha
concentrado
en
grandes
ciudades en las cuales vivir.
Estas ciudades necesitan un
gran consumo de energía para
su mantenimiento.
SOSTENIBILIDAD
La sostenibilidad describe cómo los diferentes ecosistemas se mantienen productivos a lo
largo del tiempo. Para conseguir este propósito, la sostenibilidad se basa en tres factores:
ecológico, social y económico.
Contaminación por el uso de la energía eléctrica
Hoy en día la energía eléctrica es una necesidad de la cual no podemos prescindir y
que va en aumento. Por este motivo hay que conseguir generar de una forma sostenible
respetuosa con el medio ambiente a largo plazo.
Situación energética
La situación energética en el
mundo ha cambiado mucho en el
último siglo.

En los últimos 20 años se ha
duplicado la energía consumida,
este cambio es debido a la
evolución de los países en
desarrollo. Los estudios realizados
nos indican que esta necesidad de
energía
eléctrica
continuará
aumentando a un ritmo similar.
Hoy en día la generación de esta
energía se reparte de la siguiente
manera:
5,4% Petróleo




23,3% Gas natural
37,6% Carbón
13,8% Nuclear
19,9% Renovables
Energía sostenible
La energía sostenible es aquella capaz de satisfacer las necesidades presentes sin
comprometer los recursos futuros. Para llevar a cabo esta energía sostenibles se
utilizan energías renovables. En España estas energías renovables generan el 32% del
total, mientras que en el mundo representan el 20%.
CONTAMINANTES
Como toda actividad la generación de electricidad conlleva una serie de
contaminantes. Los contaminantes dependen de la fuente de energía primaria
utilizada, de la tecnología elegida y del entorno del emplazamiento de la instalación.
Vamos a estudiar cuales son los principales residuos que generan y los tratamientos
necesarios.
Las centrales térmicas generan contaminantes debido a dos causas esencialmente.
Por un lado, la quema de combustibles fósiles como el carbón o el fuel generan
cenizas y humos entre los cuales encontramos emisiones de CO 2 (dióxido de
carbono), SO x (óxidos de azufre) y NO x (óxidos de nitrógeno). Por otro, generan un
cambio térmico en el agua que utilizan para refrigeración.
El CO 2 es uno de los gases que favorecen el efecto invernadero. Este efecto es el
responsable de que la tierra tenga su temperatura, pero un exceso de CO 2 en la
atmosfera puede provocar un exceso de temperatura. Hay diferentes maneras de
reducir el CO 2, la más extendida es con el uso de filtros que lo retienen
.El SO x y el NO x son los
causantes de la lluvia
ácida. La asociación de los
óxidos con el oxígeno y el
agua
forman ácidos
nítricos HNO 3 y ácidos
sulfúricos H 2SO 4. Estos
ácidos cambian el PH de
la
lluvia,
esta
lluvia
acidifica ríos y aguas,
matando a los seres vivos
que viven en ellos, otro
efecto de la lluvia acida es
la deposición de protones
H+, que arrastran ciertos
iones
del
suelo
empobreciendo
los
nutrientes
de
los
ecosistemas
2.4 MEDIDAS CORRECTIVAS.
Las primordiales deberían consistir en gastar menos combustibles fósiles y buscar
fuentes de energía "limpia" para evitar los efectos tóxicos de los principales
contaminantes: CO, CO2, O3, SO, SO2, NO, NO2, CH4, CFCs, HCs, Pb, Hg,
Amianto, etc, cuyos índices siguen aumentando, especialmente en las grandes
ciudades, donde, diluidos en el llamado "smog", alcanzan niveles y densidades
altamente peligrosos (es más, las propias ciudades generan el 80-90% de sus gases
tóxicos). Según la OMS, la mala calidad del aire afecta la salud de más de la mitad
de la población mundial; en ciertos lugares las concentraciones de partículas pueden
estar hasta 50 veces por encima de los valores recomendados.
En los últimos 20 años la contaminación ambiental planetaria se ha incrementado en
un 40/50%
.No
parece
que los
convenios
internacionales (como el Protocolo de
Kioto de 2002, que pretende reducir un
5%, las emisiones de algunos gases de
efecto invernadero durante el período
2008-2012 o el Plan de acción de la CE
para la eficiencia energética con
medidas para reducir el consumo de
energía en un 20% entre 2007-2020)
vayan a resolver los graves problemas
de la contaminación ambiental, sobre
todo cuando muchos grandes Estados
tampoco los han suscrito.
No obstante hay que alabar esta
decisión del Consejo Europeo (marzo
de 2007) aprobando un plan energético
obligatorio que incluye un recorte del 20% de sus emisiones de dióxido de carbono
antes del año 2020 y consumir más energías renovables para que representen el
20% del consumo total de la UE (en vez del 7% en 2006) y el compromiso de lograr
una cuota mínima de un 10% de biocombustibles en el consumo total de gasolina y
gasóleo de transporte en 2020.
Además, hoy por hoy, no existen fuentes de energía, incluida la nuclear, que puedan
remplazar completamente al petróleo, el cual, dado su gran consumo creciente (unos
85 millones de barriles de crudo al día; 157.000 litros de petróleo por segundo) será
cada ves más escaso y caro a lo largo de los próximos 10-15 años; ello originará
importantes problemas sociales si no se hallan otras fuentes alternativas.
ENTRE ESTAS MEDIDAS GENERALES, QUE DEBERÍAN APLICAR LAS AUTORIDADES
ESTATALES Y MUNICIPALES, PUEDEN DESTACARSE LAS SIGUIENTES
Suprimir progresivamente las actividades industriales que emitan substancias tóxicas o de
efecto invernadero. Sacar fuera/lejos de las ciudades las industrias contaminantes que no
puedan cerrarse: cementeras, papeleras, centrales térmicas, quemaderos de residuos, etc (las
industrias causan el 20-30% de la contaminación atmosférica, las centrales térmicas de carbón
o petróleo el 10-15% y los quemaderos de basuras el 4-7%).
- Controlar los índices de contaminación del tráfico, industrias y actividades, fijando unos límites
progresivos (cada vez más bajos), inspeccionando y sancionando con rigor cualquier infracción.
- Crear cuerpos especiales de policías-inspectores de medio ambiente.
- Publicar en TV, radio, Internet, etc, varias veces al día, los índices de contaminación de cada ciudad
- Estimular al máximo la creación e instalación de energías limpias sustitutivas de los
hidrocarburos (hidroeléctrica, solar, eólica, geotérmica, etc) subvencionando a los promotores y
eximiendo de impuestos a los usuarios
- Promover y subvencionar amplias zonas de producción de energía solar y eólica
(todos los tejados, terrazas, fachadas y paredes cara sol, tierras áridas, desiertos, etc.)
- Políticas intensas de cuidado, protección y lucha contra los incendios en bosques y de
repoblación forestal: plantar miles de árboles (al menos 10 nuevos por cada uno que se
queme) (limpieza, cortafuegos, vigilancia, etc); ampliar y crear más parques naturales donde puedan
perpetuarse animales y vegetales; limitar y controlar la caza y la pesca .
-Normas obligando a un mejor aislamiento de los edificios y viviendas
- Sustitución de los actuales sistemas de calefacción (carbón, gasoil), causantes del 9-10% de la
contaminación, por otros más limpios (gas natural, geotérmicos, eléctricos)
- Respecto al tráfico de vehículos, promover la fabricación y venta de automóviles
MEDIDASINDIVIDUALES
- Disminuir a niveles mínimos las
actividades causantes de contaminación:
gastar menos combustibles (carbón,
hidrocarburos), agua y energía eléctrica
- Protegerse y evitar los lugares y factores contaminantes: vivir y trabajar alejado de zonas
industrializadas así como de las calles y carreteras de tráfico intenso. Verificar cada día los índices
de contaminación: si son elevados evitar circular o hacer ejercicio al aire libre; mantener cerradas las puertas y
ventanas (ventilar la casa unos minutos solo por la noche, cuando el tráfico disminuye); si fuera preciso
(enfermos asmáticos, trabajadores expuestos) usar mascarillas e incluso respiradores de oxígeno y/o sistemas
de depuración del aire).
Desplazarse más a pié, bicicleta o transportes colectivos. Caminar o hacer deporte por calles o
lugares alejados del tráfico. (Para evitar riesgos, no es aconsejable utilizar la bicicleta por
carreteras y calles en las que circulen coches y camiones).
Adquirir
electrodomésticos
y
vehículos
"limpios"
o
de
bajo
consumo
- Usar menos el coche; viajar menos y más cerca; conducir de forma moderada y prudente, a velocidad
adecuada y uniforme, utilizando en lo posible las marchas largas; evitar acelerones y frenadas; en las
paradas, apagar el motor (no mantenerlo al ralentí). De esta forma se puede conseguir un ahorro de 1020% en combustible y reducir un 50-70% las emisiones de gases tóxicos (¡Y ahorrar el 100 x 100, no
contaminar en absoluto y no sufrir accidentes, si no se usa el vehículo, claro!).
PORCENTAJES DE AHORRO DE ENERGÍA
(y consiguiente ahorro en contaminación y en gasto económico)
- Caminar o ir en bici: 100%
- Usar el bus, metro o FFCC: 70-80%
- Uso del tren en vez del avión: 80-90%
- Compartir el coche con más personas: 50-75%
- Usar coche pequeño: 30-40%
- Coche de bajo consumo: 20-25%
- Conducción moderada y uniforme: 10-15%
- Conducir a 90 Km/h: 15-25%
- Vehículo a punto: 5-10 %
- Neumáticos bien inflados: 3-5%
- Usar electrodomésticos de bajo consumo: 40-60%
- Uso de bomba calor-frío: 40-50%
- Calentador agua a menos de 50 grados: 20-30%
- Cocinar con microondas o vitrocerámica: 40-50%
- Uso de olla a presión: 60-80%
- Lavar en frío: 70-80%
- Bombillas de bajo consumo: 50-80%
- Aislamiento paredes y techos: 25-35%
- Cada grado de calefacción o aire acondicionado: 5-6%
- Doble ventana acristalada: 15-20%
- Aislar las juntas de puertas y ventanas: 5 -10%
- Comprar y usar papel reciclado: 80-100%
NOTA
En los últimos años las naciones se han reunido para dar una solución a los problemas que hemos
comentado antes, tratando de encontrar soluciones que nos lleven hacia un mundo más sostenible. Los
principales tratados a los que se han llegado han sido:Protocolo de Kioto, en el año 1997. Los países
acordaron reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero alcanzando una reducción del 5% en
todo el mundo respecto al año 1990. Este tratado entraría en vigor cuando los países que firmaran
superaran el 55% de las emisiones. El protocolo entro en vigor en el año 2004 con la inclusión de Rusia
en el protocolo de Kioto. Los países europeos son los más activos dentro del protocolo mientras que
Estados Unidos con el 25% de emisiones totales no participa.
SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
3.1. BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA.
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.
CLASIFICACIÓN
La
biomasa,
como
recurso
energético, puede clasificarse en
biomasa
cultivos

natural,
residual
y
los
energéticos.2
La biomasa natural es la que se
produce en la naturaleza sin
intervención humana. Por ejemplo, la caída natural de ramas de los árboles (poda
natural) en los bosques.

La biomasa residual es el subproducto o residuo generado en las actividades
agrícolas (poda, rastrojos, etc.), silvícolas y ganaderas, así como residuos de la
industria agroalimentaria (alpechines, bagazos, cáscaras, vinazas, etc.) y en la
industria de transformación de la madera (aserraderos, fábricas de papel, muebles,
etc.), así como residuos de depuradoras y el reciclado de aceites.

Los cultivos energéticos son aquellos que están destinados a la producción de
biocombustibles. Además de los cultivos existentes para la industria alimentaria
(cereales y remolacha para producción de bioetanol y oleaginosas para producción
de biodiésel), existen otros cultivos como los lignocelulósicos forestales y herbáceos y
cosechas.
OBTENCIÓN DE AGRO CARBURANTES
Hay varias maneras de clasificar los distintos combustibles que pueden obtenerse a
partir de la biomasa. Quizás la más pertinente es por el proceso de producción necesario antes
de que el combustible esté listo para el uso.

Uso directo. La biomasa empleada sufre solo transformaciones físicas antes de su
combustión, caso de la madera o la paja. Puede tratarse de residuos de otros usos: poda de
árboles, restos de carpintería, etc.

Fermentación alcohólica. Se trata del mismo proceso utilizado para producir bebidas
alcohólicas. Consta de una fermentación anaerobia liderada por levaduras en las que una
mezcla de azúcares y agua (mosto) se transforma en una mezcla de alcohol y agua con emisión
de dióxido de carbono. Para obtener finalmente etanol es necesario un proceso de destilación
en el que se elimine el agua de la mezcla. Al tratarse de etanol como combustible no puede
emplearse aquí el método tradicional de destilación en alambique, pues se perdería más energía
que la obtenida. Cuando se parte de una materia prima seca (cereales) es necesario producir
primero un mosto azucarado mediante distintos procesos de triturado, hidrólisis ácida y
separación de mezclas.

Transformación de ácidos grasos. Aceites vegetales y grasas animales pueden
transformarse
en
una
de hidrocarburos similar
través
de
un
mezcla
al diésel a
complejo
proceso
de esterificación, eliminación de agua,
transesterificación, y destilación con
metanol, al final del cual se obtiene
también glicerina y jabón.

Descomposición anaeróbica.
Se trata de nuevo de un proceso
liderado por bacterias específicas que
permite obtener metano en forma de
biogás a partir de residuos orgánicos,
fundamentalmente excrementos animales. A la vez se obtiene como un subproducto abono para
suelos.
BIOMASA COMO ENERGÍA ALTERNATIVA
En todos estos procesos hay que analizar algunas características a la hora de enjuiciar si el
combustible obtenido puede considerarse una fuente renovable de energía:

Emisiones de CO2 (dióxido de carbono). En general, el uso de biomasa o de sus derivados puede
considerarse neutro en términos de emisiones netas si solo se emplea en cantidades a lo sumo
iguales a la producción neta de biomasa del ecosistema que se explota. Tal es el caso de los usos
tradicionales (uso de los restos de poda como leña, cocinas de bosta, etc.) si no se supera la
capacidad de carga del territorio.

En los procesos industriales, puesto que resulta inevitable el uso de otras fuentes de energía (en la
construcción de la maquinaria, en el transporte de materiales y en algunos de los procesos
imprescindibles, como el empleo de maquinaria agrícola durante el cultivo de materia prima), las
emisiones producidas por esas fuentes se contabilizan como emisiones netas. En procesos poco
intensivos en energía pueden conseguirse combustibles con emisiones netas significativamente
menores que las de combustibles fósiles comparables. Sin embargo, el uso de procesos
inadecuados (como sería la destilación con alambique tradicional para la fabricación de orujos)
puede conducir a combustibles con mayores emisiones.

Hay que analizar también si se producen otras emisiones de gases de efecto invernadero. Por
ejemplo, en la producción de biogás, un escape accidental puede arruinar completamente el balance
cero de emisiones, puesto que el metano tiene un potencial 21 veces superior al dióxido de carbono,
según el IPCC.

Tanto en el balance de emisiones como en el balance de energía útil no debe olvidarse la
contabilidad de los inputs indirectos de energía, tal es el caso de la energía incorporada en el agua
dulce empleada. La importancia de estos inputs depende de cada proceso, en el caso del biodiesel,
por ejemplo, se estima un consumo de 20 kilogramos de agua por cada kilogramo de combustible:
dependiendo del contexto industrial la energía incorporada en el agua podría ser superior a la del
combustible obtenido.3

Si la materia prima empleada procede de residuos, estos combustibles ayudan al reciclaje. Pero
siempre hay que considerar si la producción de combustibles es el mejor uso posible para un residuo
concreto.

Si la materia prima empleada procede de cultivos, hay que considerar si éste es el mejor uso posible
del suelo frente a otras alternativas (cultivos alimentarios, reforestación, etc). Esta consideración
depende sobre manera de las circunstancias concretas de cada territorio.

Algunos de estos combustibles (bioetanol, por ejemplo) no emiten contaminantes sulfurados o
nitrogenados y casi no liberan partículas sólidas, pero otros sí (por ejemplo, la combustión directa de
madera).
DESVENTAJAS
Quizá el mayor problema que pueden generar estos procesos es la utilización de cultivos de
vegetales comestibles (sirva como ejemplo el maíz, muy adecuado para estos usos), o el cambio de
cultivo en tierras, hasta ese momento dedicadas a la alimentación, al cultivo de vegetales destinados
a producir biocombustibles, que los países ricos pueden pagar, pero a costa de encarecer la dieta de
los países más pobres, aumentando el problema del hambre en el mundo.

Su incineración puede resultar peligrosa y producir sustancias tóxicas. Por ello se deben
utilizar filtros y realizar la combustión a temperaturas mayores a los 900 °C.

No existen demasiados lugares idóneos para su aprovechamiento ventajoso.

Al subir los precios se financia la tala de bosques nativos que serán reemplazados por
cultivos de productos con destino a biocombustible.
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.
3.2. LA ENERGÍA SOLAR EN LA SOCIEDAD MODERNA.
La energía solar es una fuente de energía de origen renovable, obtenida a partir del
aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.
La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano
desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con
el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede
aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o
colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una
de las llamadas energías renovables o energías limpias, que pueden ayudar a
resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la humanidad.1
Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas según cómo
capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen
el uso de paneles fotovoltaicos y colectores térmicos para recolectar la energía. Entre
las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la
arquitectura
bioclimática:
la
orientación de los
edificios al Sol, la
selección
de
materiales con una
masa
térmica
favorable o que
tengan
propiedades para
la dispersión de
luz, así como el
diseño de espacios
mediante
ventilación natural
.En 2011, la Agencia Internacional de la Energía se expresó así: "El desarrollo de
tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a
largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una
fuente de energía local, inagotable y, aun más importante, independientemente de
importaciones, aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los
costes de la mitigación del cambio climático, y evitará la subida excesiva de los
precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los
costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; deben ser
realizadas de forma correcta y ampliamente difundidas".1La fuente de energía solar
más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de
la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría
suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.2
El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el ser humano ha
utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras
necesidades si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que
continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos
cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su
existencia.
Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces más
energía que la que vamos a consumir.
España, por su privilegiada situación y climatología, se ve particularmente
favorecida respecto al resto de los países de Europa, ya que sobre cada metro
cuadrado de su suelo inciden al año unos 1.500 kilovatios-hora de energía, cifra
similar a la de muchas regiones de América Central y del Sur. Esta energía puede
aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por
ejemplo, en electricidad.
España es también el país con más experiencia en tecnología solar. Ha sido líder
mundial en desarrollo e implantación de centrales fotovoltaicas (una compañía
española construirá la mayor planta fotovoltaica del mundo), y ocupa también el
primer puesto en sistemas solares de concentración, exportando su tecnología a
muchos países. Por mencionar otro ejemplo, la capacidad total en captadores
solares para calentamiento de agua operativos supera a la de los Estados Unidos de
América.
Sería poco racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente
posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos
definitivamente de la dependencia
del petróleo o de otras alternativas
poco seguras, contaminantes o,
simplemente, agotables.
Es preciso, no obstante, señalar
que existen algunos problemas
que debemos afrontar y superar.
Aparte de las dificultades que una política energética solar avanzada conllevaría por
sí misma, hay que tener en cuenta que esta energía está sometida a continuas
fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, por ejemplo, la radiación
solar es menor en invierno, precisamente cuando más la solemos necesitar.
Es de vital importancia proseguir con el desarrollo y perfeccionamiento de la
todavía incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía
solar, para conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a
escala planetaria.
Hace ya varias décadas que se vienen buscando fuentes de energía alternativa,
renovable y no contaminante. En este sentido, se han logrado importantes avances
en el campo de la ENERGÍA SOLAR, que permite aprovechar el calor que proviene
del Sol, absorbiendo su radiación por medio de dispositivos ópticos o de otro tipo.
Las principales ventajas de los sistemas solares es que suponen un considerable
ahorro en la factura de la luz y necesitan sólo un mantenimiento básico.
Aunque su precio puede resultar en principio algo elevado, y la instalación debe estar
a cargo de profesionales, resulta una buena inversión a largo plazo. Además del
ahorro que supone, se pueden obtener beneficios adicionales, ya que la energía que
no consumamos se puede vender a las empresas de electricidad, que están
obligadas a comprarla. Las empresas que distribuyen la electricidad vuelcan esta
energía en la red eléctrica general; de este modo también colaboramos en la
extensión de una energía limpia e inagotable.
Si bien queda mucho camino por recorrer en este campo, en muchos países se está
comenzando a utilizar con éxito. Entre las aplicaciones en las que se puede pensar
para utilizar este tipo de instalaciones, podemos señalar:
Actualmente, se ha identificado que
la
energía
solar puede
aprovechars
e
de
4
formas
distintas que
se clasifican en “activas” (paneles, colectores térmicos) o “pasivas” (construcción
sustentable) dependiendo de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la
energía solar.
2) A TRAVÉS DE UNA ARQUITECTURA SOLAR,
(3) para generar electricidad solar térmica (transformar la energía en vapor con energía
cinética y alimentar un generador eléctrico)
4) A TRAVÉS DE CELDAS FOTOVOLTÁICAS DE
SISTEMAS CONECTADOS A UN CIRCUITO
ELÉCTRICO.
Las celdas foto voltaicas son arreglos de materiales
semiconductores con un potencial de flujo de electrones
controlado que al ser energizados por fotones de luz de
energía solar generan una corriente eléctrica. Esta
tecnología puede organizarse en módulos o sistemas para
alimentar un circuito eléctrico para ser aprovechado
directamente por luces en el hogar, aparatos, negocios,
transporte e infinidad de aparatos.
En general el gran obstáculo de aprovechar la energía
solar es que la actual tecnología sólo funciona cuando el
sol irradia en la superficie de la tecnología de forma
directa (por las noches o en días nublados se deben
sustituir la fuente de energía, por ejemplo con gas natural para mantener los procesos)
3.3. FUNDAMENTOS Y APLICACIONES DE LA ENERGÍA EÓLICA.
En la antigüedad las únicas fuentes de energía eran la fuerza animal, el
agua o el viento esto hasta la aparición de la máquina de vapor en el siglo XIX. Los
molinos de viento han sido empleados por al menos 3000 años, principalmente para
moler granos o bombear agua, mientras el viento para la navegación en barcos ha sido
una fuente esencial de energía. Se cree que los primeros molinos de viento datan de la
antigua Persia (hoy Irán-Irak) del siglo dos antes de la era cristiana. El desarrollo
moderno de la energía eólica
Para la producción de electricidad se origina en los Estados Unidos, en 1888, cuando
Charles F. Brush construye un aerogenerador de 12 kW del tipo rosa de los vientos en
madera, de 17 metros y144 palas. Posteriormente, en 1897, Poul la Cour en Dinamarca
funda la sociedad de energía eléctrica del viento y sienta las bases de los sistemas
modernos. En el año de 1927 Betz en Alemania demostró en un artículo que revolucionó
el diseño de los aerogeneradores hasta ese entonces construidos. El artículo hace
mención a que el rendimiento de las turbinas aumentaba con la velocidad de rotación y
que, en cualquier caso, ningún sistema eólico podía superar el 60% de la energía
contenida en el viento. Por lo tanto, los nuevos rotores debían funcionar con elevadas
velocidades de rotación para conseguir rendimientos más elevados. La teoría demostró
también que cuanto mayor era la velocidad de rotación menor importancia tenía el
número de palas, por lo que las turbinas modernas podían incluso construirse con una
sola pala sin que disminuyera su rendimiento aerodinámico significativamente.
EL VIENTO COMO RECURSO RENOVABLE DE ENERGÍA
Los vientos tienen su origen en la diferencia de temperatura y presión que
se produce cuando el aire caliente en la zona ecuatorial se mueve hacia los trópicos que
están más fríos, fig. 01.
01 Al calentarse el aire en la línea ecuatorial asciende y es sustituido por el aire más
próximo a los Polos, formándose la
llamada circulación de Hadley, que
se hace inestable a unos 30° de
latitud.
Los
desplazamientos
verticales del aire son pequeños
en relación a los desplazamientos
horizontales, por lo que se puede
considerar que la dirección del
desplazamiento del viento es
sensiblemente horizontal y se
determina y refiere mediante el
ángulo que conforma respecto a
una dirección fija, que es la del
Norte
geográfico.
El
desplazamiento vertical de una
masa de aire se llama corriente y
el desplazamiento horizontal se
conoce como viento.
Debido a la radiación solar sobre la Tierra, se
produce una circulación natural entre las
masas de aire calientes y frías. Siendo esta
circulación distinta en el día yen la noche,
fig.02 y fig.03, respectivamente.
Las
condiciones
locales
influyen
considerablemente en el potencial eólico de
una zona y puede suceder que dos lugares
muy próximos tengan una gran diferencia de
condiciones eólicas. Los valles y las zonas
entre dos montañas afectan enormemente
dicho
potencial,
al
aumentar
considerablemente la acción del viento, que
varía notablemente con la altura
Movimiento del aire en el
Dia y en la noche
j
ENERGÍA DEL VIENTO
La energía el viento corresponde a la energía cinética que posee, que viene definida por la siguiente
ecuación:
Se
conoce
por Termodinámica que
la densidad
es
una
propiedad
intensiva,
que viene definida de la
razón entre la masa y el volumen de una sustancia, donde expresando la masa en función de la densidad,
se tiene:
Al
observar
la
ecuación anterior es apreciable la relación proporcional de la energía del viento con la densidad y
volumen, propiedades termodinámicas, y el cuadrado de la velocidad del viento. A continuación se indica
una formula empírica que muestra la variación de la densidad con la velocidad del viento, así:
Al analizar la ecuación anterior, de la potencia posible aprovechable del viento, sea precia que
viene definida de manera proporcional para la densidad y el cubo dela velocidad. Es decir, la
potencia posible de ser aprovechada será mayor en lugares ubicados a nivel del mar y que
tengan una determinada velocidad delviento. En 1919 el físico Alemán Albert Betz formula por
primera una ley respecto a la energía aprovechable por cualquier sistema destinado para este
fin. La ley conocida como la Ley de Betz, enuncia que solo puede convertirse menos del59% de
la energía cinética del viento en energía mecánica. Además, menciona que más importante que
el número de elementos giratorios destinados para extraer la energía del viento, es el régimen
de giro, que es determinante en el diseño de los aerogeneradores actuales.
Velocidad del Viento
El viento viene definido por dos parámetros esenciales que son, su dirección y su velocidad. La
velocidad media del viento varía entre 3 y 7 m/s, según diversas situaciones meteorológicas; es
elevada en las costas, más de 6 m/s, así como en algunos valles más o menos estrechos .En
otras regiones es, en general, de 3 a 4 m/s, siendo bastante más elevada en las montañas,
dependiendo de la altitud y de la topografía .La velocidad media del viento es más débil durante
la noche, variando muy poco, aumenta a partir de la salida del Sol.
ESTACIÓN DE MEDICIÓN
En estas estaciones se determinan parámetros que permitirán determinar la factibilidad de un
proyecto eólico. Estos parámetros son la velocidad del viento aciertas alturas como 10, 20 y 30
m, dirección del viento, densidad del aire, temperatura ambiente y presión atmosférica. Para
realizar la medida de las velocidades del viento se utilizan los anemómetros; existen muy
diversos tipos de estos aparatos, que en un principio se pueden clasificar en anemómetros de
rotación y anemómetros de presión, fig. 03.
3.4ENERGÍA GEOMÉTRICA
¿Qué es la energía Geotérmica?
La energía geotérmica es la que produce el calor interno de la Tierra y que se ha concentrado
en el subsuelo en lugares conocidos como reservorios geotermales, que si son bien manejados,
pueden producir energía limpia de forma indefinida.
¿Cómo se forma?
La corteza terrestre no es lisa, está dividida en ocho grandes placas y más de 20 placas más
pequeñas que se mueven y empujan unas a otras lentamente, a unos 5 a 10 centímetros al año,
que es más o menos a la misma velocidad con que crecen tus uñas.
Cuando las placas se juntan, una puede deslizarse bajo la otra, permitiendo la generación de
magma que, en ocasiones, puede llegar a la superficie generando volcanes. En la mayoría de
los casos, el magma no sale al exterior, pero es capaz
de calentar grandes zonas subterráneas.
Esta fuente de calor, el magma, es uno de los
principales elementos de un sistema geotermal, pero
hacen falta dos más para generar un reservorio: un
acuífero y un sello. El acuífero es una formación rocosa
permeable, es decir, que permite que el agua u otros
fluidos las traspasen. Y el sello, es otra capa de rocas,
pero impermeable. Estos tres elementos deben ir
montados uno sobre el otro, la fuente de calor, encima
el acuífero y sobre ellos, la tapa. Es como una olla a
presión.
Entonces, imagina esto. Llueve. El agua se desliza por
la superficie terrestre y penetra hacia el subsuelo a
través de las fallas y rocas fracturadas, que funcionan
como verdaderas cañerías. El agua queda atrapada en
los acuíferos, por donde va circulando y calentándose,
pero no puede salir al exterior en su totalidad, porque
está cubierta por una capa de roca impermeable que le
impide su paso. Cuando estas condiciones se dan,
estamos frente a un reservorio geotermal.
Los geiseres y las aguas termales son algunos
ejemplos de lo que sucede cuando parte de estas aguas calientes o vapor salen a la superficie.
Al igual que en nuestra olla, es posible que parte del vapor se escape de la tapa, aunque a
temperaturas muchísimo más altas, superior a los 150°C, y eso los convierte en una enorme
fuente de energía.
En algunas ocasiones, no existen fuentes de agua natural (como lluvia o nieve) para generar
este circuito. En ese caso, se puede inyectar el agua de forma artificial, y el fenómeno que se
producirá es el mismo.
¿Cómo se aprovecha esta energía?
USOS GEOTERMIA
La energía geotérmica se puede usar de forma directa, para calefacción de hogares, temperar
invernaderos y criaderos de peces, deshidratar vegetales, secar madera, entre otras
aplicaciones. Esta energía también puede usarse de forma indirecta, para producir electricidad.
Generalmente, la fuerza que genera el vapor se aprovecha para impulsar una turbina capaz de
mover un generador eléctrico.
¿Dónde se puede explotar?
En nuestro planeta existen lugares reconocidos por su gran actividad geotermal. El más extenso
de ellos es el llamado “Cinturón de Fuego del Pacífico”, una zona de 40.000 kilómetros en forma
de arco que corona al océano que le da su nombre. Chile es uno de los países que está inserto
en este circuito de fuego, lo que posiciona a nuestro país como un territorio de gran potencial
para la generación de energía geotérmica. Chile tiene más de 150 volcanes activos y un número
equivalente de centros volcánicos inactivos que muestran actividad geotérmica. Existen dos
zonas volcánicas principales dentro de los andes chilenos: la Zona Volcánica Norte (17ºS 28ºS) y la Zona Volcánica Centro-Sur (33ºS - 46ºS). En la actualidad, la Cadena Andina
representa una de las provincias geotérmicas sin explotar más grandes del mundo.
La energía geotérmica ha sido usada a gran escala desde comienzos del siglo XX en Italia, y
principalmente en áreas volcánicas tales como Islandia, las Filipinas, Nueva Zelanda y algunas
regiones de California. En América Latina también se ha comenzado a explorar la geotermia
como una fuente confiable de energía. Para conocer más detalle sobre los proyectos de la
región y su estado de avance se puede revisar este sitio del Banco Mundial.
Usos

Generación eléctrica.

Aprovechamiento directo del calor (calefacción y ACS).

Refrigeración: por absorción y bomba de frío geotérmica.
Generación eléctrica
Se produjo energía eléctrica geotérmica por primera vez en Larderello, Italia, en 1904. Desde ese
tiempo, el uso de la energía geotérmica para electricidad ha crecido mundialmente a cerca de
8.000 megavatio de los cuales Estados Unidos genera 2.700 MW.
Desalinización
Douglas Firestone comenzó en la desalinización con el sistema evaporación / condensación con aire
caliente en 1998, probando que el agua geotermal se puede usar económicamente para producir
agua desalinizada, en 2001.
En 2005 se ajustó el 5.º prototipo desalinizador “Delta T” que usa un ciclo de aire forzado caliente,
presión atmosférica, ciclo geotermal de evaporación condensación. El aparato se surte de agua de
mar filtrada en el Instituto Scripps de Oceanografía, reduciendo la concentración de sal de 35.000
ppm a 51 ppm a/a.2
3.5 ENERGÍA DEL MAR (MAREMOTRIZ, SETO ENTRE OTRAS)
La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas: mediante su
empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad,
transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más
segura y aprovechable. Es un tipo de energía renovable, en tanto que la fuente de energía
primaria no se agota por su explotación, y es limpia ya que en la transformación energética
no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la
relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el
coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una
penetración notable de este tipo de energía.
Otras formas de extraer energía del mar son: las olas (energía undimotriz), de la diferencia
de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del océano, el gradiente térmico
oceánico; de la salinidad, de las corrientes marinas o la energía eólica marina. En España,
el Gobierno de Cantabria y el Instituto para la Diversificación y Ahorro Energético (IDAE)
quieren crear un centro de i+d+i en la costa de Santoña. La planta podría atender al
consumo doméstico anual de unos 2.500
hogares.1
La energía mareomotriz se produce
gracias al movimiento generado por las
mareas, esta energía es aprovechada por
turbinas, las cuales a su vez mueven la
mecánica de un alternador que genera
energía eléctrica, finalmente este último
esta conectado con una central en tierra
que distribuye la energía hacia la
comunidad y las industrias.
Al no consumir elementos fósiles ni
tampoco producir gases que ayudan al
efecto invernadero. Se le considera una
energía limpia y renovable. Dentro de sus
ventajas el ser predecible y tener un suministro seguro con potencial que no varia de forma
trascendental anualmente, solo se limita a los ciclos de marea y corrientes.
La instalación de este tipo de energía se realiza en ríos profundos, desembocaduras
(estuarios) de rió hacia el océano y debajo de este ultimo aprovechando las corrientes
marinas.
Las Mareas
Participante de este efecto son el sol, la luna y la tierra.Siendo la mas importante en esta
acción la luna, por su cercanía.La luna y la Tierra ejercen una fuerza que atrae a los
cuerpos hacia ellas: esta fuerza de gravedad hace que la Luna y la Tierra se atraigan
mutuamente y permanezcan unidas. Como la fuerza de gravedad es mayor cuanto más
cerca se encuentren las masas, la fuerza de atracción que ejerce la Luna sobre la Tierra es
más fuerte en las zonas más cercanas que en las que están más lejos.
Esta desigual atracción que produce la Luna sobre la Tierra es la que provoca las Mareas
en el mar. Como la Tierra es sólida, la atracción de la Luna afecta más a las aguas que a
los continentes, y por ello son las aguas las que sufren variaciones notorias de acuerdo a
la cercanía de la Luna
En la Actualidad año 2009 y 2010 se
ha presentado distintas opciones en
modelos ya comerciales para la
generación de la energía, hay que
indicar que después de los daños
ambientales producidos en la central
mareomotriz La Rance en Francia
construida en 1967 los especialistas
en los modelos actuales, han
minimizado el impacto sobre la vida
marina para no repetir los errores de La Rance. Un ejemplo que se repite es la baja velocidad en
que se mueven las turbinas, tal como las puertas giratorias que podemos encontrar en los hoteles o
centros comerciales esta baja velocidad no significa que no generen potencia la densidad del agua
es mucho mayor que cualquier otro tipo de energía en condiciones optimas.
ENERGÍA MAREOMOTRIZ DINÁMICA
La energía mareomotriz dinámica (Dynamic tidal power o DTP) es una tecnología de generación
teórica que explota la interacción entre las energías cinética y potencial en las corrientes de marea.
Se propone que las presas muy largas (por ejemplo: 30 a 50 km de longitud) se construyan desde
las costas hacia afuera en el mar o el océano, sin encerrar un área. Se introducen por la presa
diferencias de fase de mareas, lo que lleva a un diferencial de nivel de agua importante (por lo
menos 2.3 metros) en aguas marinas ribereñas poco profundas con corrientes de mareas que
oscilan paralelas a la costa, como las que encontramos en el Reino Unido, China y Corea Del Sur.
Cada represa genera energía en una escala de 6 a 17 GW.
GENERADOR DE LA CORRIENTE DE MAREA
Los generadores de corriente de marea Tidal Stream Generators (o TSG por sus iniciales inglés)
hacen uso de la energía cinética del agua en movimiento a las turbinas de la energía, de manera
similar al viento (aire en movimiento) que utilizan las turbinas eólicas. Este método está ganando
popularidad debido a costos más bajos y a un menor impacto ecológico en comparación con las
presas de marea, ya que esto ocasiona que el agua suba 10 metros a nivel del mar sobre lo
normal.
3.6. CELDAS DE HIDRÓGENO.
¿QUE ES UNA CELDA DE HIDROGENO?
Es el método más utilizado en la industria para la producción de hidrógeno es el de
reformación de hidrocarburos con vapor de agua, el cual consiste en hacer circular
mezclas de hidrocarburo y vapor de agua sobre un catalizador de níquel a temperaturas y
presiones elevadas.
Ahora bien, una celda de combustible es una celda galvánica donde uno de los reactivos
es un combustible, como hidrogeno. Esta celda de hidrogeno difiere, también, de una pila
ordinaria porque los reactivos no están contenidos dentro de la celda, sino que se
suministran continuamente desde un deposito externo.
FUNCION
El Hidrogeno entra del lado del ánodo donde se oxida,
cátodo para la reducción, estas celda contienen
impregnados con catalizadores metálicos
El Hidrogeno entra del lado del ánodo donde se oxida,
cátodo para la reducción, estas celda contienen
impregnados con catalizadores metálicos.
mientras que el oxígeno entra del lado del
además electrodos de carbón poroso
mientras que el oxígeno entra del lado del
además electrodos de carbón poroso
INNOVACIONES
En México, se llevan a cabo investigaciones y
proyectos referentes a las energías renovables en el
CIE(Centro de Investigación de Energía ) de la
UNAM, allí se llevó a cabo un proyecto para la
creación de un sistema híbrido de energía, solar e
hidrogeno.
3.7. ENERGÍA NUCLEAR
¿Qué es la energía nuclear?
Toda la materia del universo está formada por moléculas que a su vez están constituidas
por átomos, pequeñísimas unidades que durante mucho tiempo se consideraron
invisibles. En la actualidad sabemos que el átomo está constituido fundamentalmente, por
un núcleo compuesto de protones, neutrones y electrones que giran alrededor de éste.
Los protones y los neutrones están constituidos por quarks.
Estas reacciones se dan en los núcleos de algunos isótopos de ciertos elementos
químicos (radioisótopos), siendo la más conocida la fisión del uranio-235 (235U), con la
que funcionan los reactores nucleares, y la más habitual en la naturaleza, en el interior de
las estrellas, la fusión del par deuterio-tritio (2H-3H). Sin embargo, para producir este tipo
de energía aprovechando reacciones nucleares pueden ser utilizados muchos otros
isótopos de varios elementos químicos, como el torio-232, el plutonio-239, el estroncio-90
o el polonio-210 (232Th, 239Pu, 90Sr, 210Po; respectivamente).
Existen varias disciplinas y/o técnicas que usan de base la energía nuclear y van desde la
generación de electricidad en las centrales nucleares hasta las técnicas de análisis de
datación arqueológica (arqueometría nuclear), la medicina nuclear usada en los
hospitales, etc. Los sistemas más investigados y trabajados para la obtención de energía
aprovechable a partir de la energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la
fusión nuclear. La energía nuclear puede transformarse de forma descontrolada, dando
lugar al armamento nuclear; o controlada en reactores nucleares en los que se produce
energía eléctrica, energía mecánica o energía térmica. Tanto los materiales usados como
el diseño de las instalaciones son completamente diferentes en cada caso. Otra técnica,
empleada principalmente en pilas de mucha duración para sistemas que requieren poco
consumo eléctrico, es la utilización de generadores termoeléctricos de radioisótopos
(GTR, o RTG en inglés), en los que se aprovechan los distintos modos de desintegración
para generar electricidad en sistemas de termopares a partir del calor transferido por una
fuente radiactiva.
Las reacciones nucleares
.
HISTORIA
En 1896 Henri Becquerel descubrió que algunos elementos
químicos emitían radiaciones.3 Tanto él como Marie Curie y
otros estudiaron sus propiedades, descubriendo que estas
radiaciones eran diferentes de los ya conocidos Rayos X y
que poseían propiedades distintas, denominando a los tres
tipos que consiguieron descubrir alfa, beta ygamma.
Pronto
se
vio
que
todas
ellas
provenían
del núcleo
atómico que describió Rutherford en 1911.
Con el descubrimiento del neutrino, partícula descrita teóricamente en 1930 por Pauli pero no
detectada hasta 1956 por Clyde Cowan y sus colaboradores, se pudo explicar la radiación beta.
En 1932 James Chadwick descubrió la existencia del neutrón que Wolfgang Pauli había predicho
en 1930, e inmediatamente después Enrico Fermi descubrió que ciertas radiaciones emitidas en
fenómenos no muy comunes de desintegración eran en realidad estos neutrones.
Durante los años 1930, Enrico Fermi y sus colaboradores bombardearon con neutrones más de
60 elementos, entre ellos 235U, produciendo las primeras fisiones nucleares artificiales. En 1938,
en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi y
en 1939 demostraron que parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos
experimentos con uranio eran núcleos de bario. Muy pronto llegaron a la conclusión de que eran
resultado de la división de los núcleos del uranio. Se había llevado a cabo el descubrimiento de
la fisión.
Ventajas
La energía nuclear de fisión tiene como principal ventaja que no utiliza combustibles fósiles, por
lo que no emite gases de efecto invernadero. Esto es importante debido al Protocolo de Kyoto,
que obliga a pagar una tasa por cada tonelada de CO2 emitido. Además, genera gran cantidad
de energía consumiendo muy poco combustible y las reservas de combustible nuclear son
suficientes para abastecer a todo el planeta durante más de 100 años.
Desventajas
Además de producir una gran cantidad de energía eléctrica, también produce residuos nucleares
que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo. Las emisiones
contaminantes indirectas derivadas de la construcción de las centrales nucleares, de la
fabricación del combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos son muy
peligrosas y podrían llegar a tener una gran repercusión en el medio ambiente y en los seres
vivos si son liberados o vertidos a la atmósfera, llegando incluso a producir la muerte, y condenar
a las generaciones venideras con mutaciones. Estos residuos tardan siglos en descomponerse y
por lo que su almacenamiento debe asegurar protección y que no contaminen durante todo este
tiempo. Uno de los procedimientos más utilizados es su almacenamiento en contenedores
cerámicos, pero ahora se está proponiendo su almacenamiento en cuevas profundas, los
llamados almacenamientos geológicos profundos (AGP) donde el objetivo final es que queden
enterrados con seguridad durante varios miles de años aunque esto no puede garantizarse.
Los residuos más peligrosos generados en la fisión nuclear son las barras de combustible, en las
que se generan isótopos que pueden permanecer radiactivos a lo largo de miles de años como el
curio, el neptunio o el americio. También se generan residuos de alta actividad que deben ser
vigilados, pero que duran pocos años y pueden ser controlados.
Otra gran preocupación es que roben estos residuos y los utilicen como combustible para
bombas atómicas o armas nucleares, ya que en sus inicios la energía nuclear se utilizó para
fines bélicos. Por eso estas instalaciones poseen niveles de seguridad más elevados que el resto
de instalaciones industriales.
Otros sistemas de energía nuclear
Con la invención de la pila química por Volta en 1800 se dio lugar a una forma compacta y
portátil de generación de energía. A partir de entonces fue incesante la búsqueda de sistemas
que fueran aún menores y que tuvieran una mayor capacidad y duración. Este tipo de pilas, con
pocas variaciones, han sido suficientes para muchas aplicaciones diarias hasta nuestros
tiempos. Sin embargo, en el siglo XX surgieron nuevas necesidades, a causa principalmente de
los programas espaciales. Se precisaban entonces sistemas que tuvieran una duración elevada
para consumos eléctricos moderados y un mantenimiento nulo. Surgieron varias soluciones
(como los paneles solares o las células de combustible), pero según se incrementaban las
necesidades energéticas y aparecían nuevos problemas (las placas solares son inútiles en
ausencia de luz solar), se comenzó a estudiar la posibilidad de utilizar la energía nuclear en
estos programas.
Fundamentos físicos
Artículo principal: Física nuclear
Representación
del periodo
de
semi
desintegración de los núcleos conocidos. En el eje de
abscisas se representa el número de protones (Z)
mientras que en el eje de ordenadas el número de
neutrones (N). Los isótopos marcados en rojo son aquellos que pueden considerarse estables.
Sir James Chadwick descubrió el neutrón en 1932, año que puede considerarse como el
inicio de la física nuclear moderna.10
El modelo de átomo propuesto por Niels Bohr consiste en un núcleo central compuesto
por partículas que concentran la mayoría de la masa del átomo (neutrones y protones),
rodeado por varias capas de partículas cargadas casi sin masa (electrones). Mientras que
el tamaño del átomo resulta ser del orden del angstrom (10-10 m), el núcleo puede medirse
en fermis (10-15 m), o sea, el núcleo es 100.000 veces menor que el átomo.
Todos los átomos neutros (sin carga eléctrica) poseen el mismo número de electrones
que de protones. Un elemento químico se puede identificar de forma inequívoca por el
número de protones que posee su núcleo; este número se llama número atómico (Z). El
número de neutrones (N) sin embargo puede variar para un mismo elemento. Para
valores bajos de Z ese número tiende a ser muy parecido al de protones, pero al
aumentar Z se necesitan más neutrones para mantener la estabilidad del núcleo. A los
átomos a los que solo les distingue el número de neutrones en su núcleo (en definitiva, su
masa), se les llama isótopos de un mismo elemento. La masa atómica de un isótopo viene
dada por
u, el número de protones más el de neutrones (nucleones) que
posee en su núcleo.
Para denominar un isótopo suele utilizarse la letra que indica el elemento químico, con un
superíndice que es la masa atómica y un subíndice que es el número atómico (p. ej. el
isótopo 238 del uranio se escribiría como
).
Generación de electricidad
Probablemente, la aplicación práctica más conocida de la energía nuclear es
la generación de energía eléctrica para su uso civil, en particular mediante la fisión
de uranio enriquecido. Para ello se utilizan reactores en los que se hace fisionar o fusionar
un combustible. El funcionamiento básico de este tipo de instalaciones industriales es
similar a cualquier otra central térmica, sin embargo poseen características especiales con
respecto a las que usan combustibles fósiles:

Se necesitan medidas de seguridad y control mucho más estrictas. En el caso de
los reactores de cuarta generación estas medidas podrían ser menores,19 mientras
que en la fusión se espera que no sean necesarias.20

La cantidad de combustible necesario anualmente en estas instalaciones es
varios órdenes de magnitud inferior al que precisan las térmicas convencionales.
Las emisiones directas de CO2 y NOx en la generación de electricidad, principales gases
de efecto invernadero de origen antrópico, son nulas; aunque indirectamente, en procesos
secundarios como la obtención de mineral y construcción de instalaciones, sí se producen
emisiones.21
Aplicaciones de la tecnología nuclear
Aunque la tecnología nuclear se utiliza principalmente para la producción de energía
eléctrica en las centrales nucleares ésta no es la única utilidad que se le puede dar.
Este tipo de energía aparece en muchos otros asp ectos de nuestra vida cotidiana y
en el campo científico
.Trabajando con diferentes isótopos de un mismo elemento, se puede utilizar la
tecnología nuclear para otras aplicaciones en diversos campos:
Aplicaciones industriales de la tecnología nuclear
La
tecnología
nuclear
adquiere
una
gran
importancia en el sector
industrial
concretamente
se utiliza en el desarrollo y
mejora de los procesos,
para las mediciones, la
automatización y el control
de calidad. Se utiliza como
requisito previo para la
completa
automatización
de las líneas de producción
de alta velocidad, y se
aplica a la investigación de
procesos, la mezcla, el
mantenimiento y el estudio del desgaste y corrosión de instalaciones y maquinaria.
La tecnología nuclear también se utiliza en la fabricación de plásticos y en la
esterilización de productos de un solo uso.
Aplicaciones médicas de la tecnología nuclear
Uno de cada tres pacientes que acuden a un hospital en un país industrializado, recibe
los beneficios de algún tipo de procedimiento de medicina nuclear. Se emplean
radiofármacos, técnicas como la radioterapia para el tratamiento de tumores malignos,
la teleterapia para el tratamiento oncológico o la biología radiológica que permite
esterilizar productos médicos.
Aplicaciones
agricultura
de
tecnología nuclear
en
la
La aplicación de los isótopos a la
agricultura ha permitido aumentar la producción agrícola de los países menos
desarrollados.
La tecnología nuclear resulta de gran utilidad en el control de plagas de insectos, en
el máximo aprovechamiento de los recursos hídricos, en la mejora de las variedades
de cultivo o en el establecimiento de las condiciones necesarias para optimizar la
eficacia de los fertilizantes y el agua .
Aplicación de la tecnología nuclear a la alimentación
En cuanto a la alimentación, las técnicas nucleares juegan un papel fundamental en
la conservación de alimentos.
La aplicación de los isótopos permite aumentar considerablemente la conservación
de los alimentos. En la actualidad, más de 35 países permiten la irradiación de
algunos alimentos.
Aplicaciones medioambientales de la tecnología nuclear
La aplicación de isótopos permite determinar las cantidades exactas de las
sustancias contaminantes y lugares en que se presentan así como sus causas.
Además, el tratamiento con haces de electrones permite reducir las consecuencias
medioambientales y sanitarias del empleo a gran escala de combustibles fósiles, y
contribuye de manera más efectiva que otras técnicas a resolver problemas como
“el efecto invernadero” y la lluvia ácida.
OTRAS APLICACIONES DE LA TECNOLOGÍA NUCLEAR
Como la datación, que emplea las propiedades de fijación del carbono-14 a los huesos, maderas
o residuos orgánicos, determinando su edad cronológica, y los usos en Geofísica y Geoquímica,
que aprovechan la existencia de materiales radiactivos naturales para la fijación de las fechas de
los depósitos de rocas, carbón o petróleo.
Otras aplicaciones de la tecnología nuclear se producen en disciplinas como la hidrología, la
minería o la industria espacial.
Sistemas de generación de energía
4.1. USO EFICIENTE DE LA LEÑA.
Importancia de la leña Gobierno de Chile | Ministerio de Energía 2 Nivel Nacional
• La leña tiene una participación cercana al 17% en la matriz energética primaria
nacional1
• Sus emisiones de CO2 son consideradas como carbono neutro. Nivel Regional
• Cerca de un 90% de la población de la zona Centro-Sur del país cuenta con un
artefacto a leña para calefacción o cocción2.
• Alrededor del 59% de la leña producida anualmente está destinada al consumo del
sector residencial2.
• Es valorada por la población como un combustible y con tradición en la cultura urbana y
rural del sur de Chile.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ENERGÍA QUE PRODUCE LA LEÑA
SANIDAD DE LA LEÑA:
No debe tener manchas blancas ni grises producidas por hongos (nunca aparecerán cuando la
leña tenga un bajo contenido de humedad y esté bien ventilado)
EFICIENCIA DEL CALEFACTOR:
Se mide por el porcentaje de calor que es capaz de aprovechar de la leña seca. Es importante
que la combustión de la leña alcance altas temperaturas (sobre 800ºC) para quemar los gases y
humos que son perjudiciales para la salud.
Sistemas de generación de energía
5.1. BIOCONSTRUCCIONES: MATERIALES BÁSICOS, DERIVADOS Y RECICLADOS.
Reciben el nombre de bioconstrucción los sistemas de edificación o establecimiento de
viviendas, refugios u otras construcciones, realizados con materiales de bajo impacto ambiental o
ecológico, reciclados o altamente reciclables, o extraíbles mediante procesos sencillos y de bajo
costo como, por ejemplo, materiales de origen vegetal y biocompatibles
.El acto de construir y de edificar genera un gran impacto en el medio que nos rodea. La
bioconstrucción persigue minimizarlo en la medida de lo posible ayudando a crear un desarrollo
sostenible que no agote al planeta sino que sea generador y regulador de los recursos
empleados en conseguir un hábitat saludable y en armonía con el resto. La vivienda debe
adaptarse a nosotros como una 3ª piel, debe procurarnos cobijo, abrigo, salud. La bioconstrución
debe entenderse como la forma de construir respetuosa con todos los seres vivos. Es decir, la
forma de construir que favorece los procesos evolutivos de todo ser vivo, así como la
biodiversidad. Garantizando el equilibrio y la sustentabilidad de las generaciones futuras.1
Para ello se deben de tener en consideración:





Gestión del suelo
Gestión del agua
Gestión del aire
Gestión de la energía
Consumo y desarrollo local
Según la obra Bioética, como puente entre ciencia y sociedad:
La toma de conciencia sobre el entorno, es lo que lleva a formular
modelos o aplicación de técnicas de diseño y construcción para
edificaciones verdes, edificaciones con opciones de sostenibilidad,
procesos constructivos a favor de las arquitecturas de Tierra que evocan
la
presencia
de
los
cuatro
elementos
de
la naturaleza: tierra, agua, aire y fuego, en los procesos de la vida en
justa proporción,
donde
si
analizamos
esta
proporción
para
aproximarnos a la óptima, desde una perspectiva biológica, que
considera la resonancia entre la arquitectura y sus moradores, se
pondrían en valor estas arquitecturas de tierra, ya que en combinación
con la piedra para los cimientos, la madera para las techumbres, la arcilla cocida para cubiertas y las formas dadas a
estos materiales, resuelven la armonía de estos elementos. La tierra, y su forma simbólica asociada, el círculo, han
resuelto históricamente el fundamento de la arquitectura habitacional.
PRINCIPIOS DE LA BIOCONSTRUCCIÓN
Los principios de la bioconstrucción consideran que debemos ser conscientes (y es nuestra responsabilidad para con
las futuras generaciones) de que todo lo que un ser vivo realiza repercute en los demás, de tal manera que una acción
nunca permanece aislada sino que provoca reacciones, tangibles o no, a mayor o menor plazo de tiempo, en todo lo
que la rodea, extendiéndose su efecto del mismo modo que las ondas que provoca una piedra al caer en el agua. Así
todas nuestras acciones son importantes, inciden en el resto de los seres y del planeta y repercuten mucho más allá
de ellas mismas. Esta conciencia de que el planeta es nuestra casa y es nuestra responsabilidad cuidarlo, preservarlo
y mantenerlo a él y a los seres que lo habitan en óptimas condiciones para producir salud y felicidad, debe irse
trasluciendo en toda actividad humana.
La construcción ecológica, por tanto, es
una forma de crear un hábitat
respetando siempre el medio donde se
realiza, y teniendo especial cuidado con
todos y cada uno de los elementos de la
naturaleza. Resulta tener conciencia del
lugar donde vivimos y además,
aprovechar las cualidades que nos
brinda la naturaleza para usarlas
provechosamente. Lo podemos llamar
construcción
ecológica,
edificación
sostenible o bioconstrucción. La idea es
conseguir que se implante de una
manera arraigada en nuestra sociedad
para reducir el impacto ambiental que la
construcción tiene en el medio
ambiente. Este tema adquiere especial
relevancia a todas aquellas personas
comprometidas con el medio, con la
salud, y que a la vez, no rechaza vivir
con ciertas comodidades y elementos
indispensables, como lo son los de una vivienda. Principalmente el grupo que podría estar más interesado en este
tema, sería el que ama la naturaleza, la cuida y la respeta; pero también a todos los ciudadanos que desconocen el
uso de materiales ecológicos para la fabricación de una casa, un edificio, etc.
Decálogo de la Bioconstrucción
1) Ubicación adecuada
Se
evitará
la
proximidad
de
fuentes
emisoras
de
contaminación eléctrica y electromagnética, química y
acústica, tales como: fábricas contaminantes, grandes vías
de comunicación, tendidos de alta tensión, subestaciones y
centros de transformación, etc. También deberán ser evitados
aquellos lugares donde, por la actuación del hombre, puede
ponerse en peligro algún determinado ecosistema.
2) Integración en su entorno más próximo
Atendiendo a la morfología del terreno, construcciones adyacentes, los estilos arquitectónicos
tradicionales de la zona, incluyendo vegetación propia del lugar y armonía de formas
constructivas. "La clave se encuentra en la actitud que debemos adoptar a la hora de crear un
asentamiento, esta debe ser de integración y no de ocupación"
3) Diseño personalizado
Según las necesidades del usuario, en un
proceso de interacción continúa con él por
parte del proyectista, de tal manera que la
vivienda se le adapte y sirva perfectamente
para desarrollar en ella su forma de vida. Se
procurará, en la medida de lo posible, cuidar
el efecto "onda de forma", evitando los
elementos excesivamente rectilíneos, con
esquinas pronunciadas. No son convenientes
los materiales excesivamente rígidos y/o
tensionados. Las grandes luces se pueden
salvar con arcos, bóvedas, etc. Las
proporciones espaciales, así como las formas
y colores juegan un gran papel en la
armonización del lugar.
4) Adecuada Orientación y distribución de espacios
Se atenderá a la lógica distribución de servicios así como a las consideraciones bioclimáticas, de
ahorro energético y funcional. Se perseguirá siempre que sea posible una buena orientación. Se
proyectarán los acristalamientos adecuados para el máximo aprovechamiento térmico y lumínico
(con paredes y suelos de alta inercia térmica) Situación de estancias de poco uso al Norte
(garajes, despensas, escaleras, ...) y Zonas Día al Sur. Se dedicará una muy especial atención al
estudio de los lugares de descanso, evitando que en la vertical de los mismos transcurran
conducciones de electricidad, agua o de cualquier otro tipo.
Optimización de recursos naturales
Es muy recomendable realizar un estudio de recursos del lugar, de tal manera que podamos
determinar los elementos naturales que nos pueden aportar algún tipo de "trabajo" sin limitar su
perdurabilidad, a tener presente: Climatología
Insolación (radiación solar incidente y temporalidad)
Geología e hidrología

Pluviometría

Vientos dominantes (fuerza, temporalidad y dirección)

Biomasa (masa forestal)

Ecosistemas
Algunos de los materiales propios de la bioconstrucción






La bioconstrucción se basa en las tradiciones de construcción con materiales primarios propios
del lugar a edificar, como pueden ser el adobe (mezcla de arcillas, fibras vegetales y a veces
excrementos secos) o la piedra.
Balas de paja de cereales o hierbas altas como bloques, que se recubren con pastas que
incluyen mezclas de cal o arcilla para protegerlos de los agentes externos. Este sistema, aunque
pueda parecer muy rudimentario, permite construcciones de gran resistencia y
aceptable habitabilidad, con un razonable aislamiento térmico y acústico, lo que permite un
mayor ahorro de energía. Existen casas de balas de paja en pie desde hace 150 años. Incluso se
ha realizado un polideportivo con este sistema en Alemania.
Fibras
de cáñamo y lino en
aglomerados o morteros con
cal, para la preparación de
ladrillos de gran fuerza y
resistencia ignífuga, o una gran
variedad
de
materiales
aislantes.
Maderas y derivados (morteros,
aglomerados, etc.), tanto para
estructuras como en tableros de
fibra
de
madera
para
aislamientos
Tierra y arcillas" para la
construcción
con tapial, BTC, cob y adobes.
Materiales
reciclados de
plástico, papel (especialmente
en aislamientos y entre fachada
y tabique interior o tabiques
secos),
vidrio,
etc.
El
aislamiento con papel de
periódico reciclado y molido,
también llamado aislamiento
de celulosa, en centro Europa
se lleva aplicando desde hace
25 años, en EEUU desde hace
un siglo. Su aplicación es muy
sencilla
con
máquinas
especiales mediante insuflado o
proyectado en húmedo en
cavidades,
fachadas,
buhardillas, cubiertas o falsos
techos o tabiquería seca.
en general, cualquier cosa que
surja del aprovechamiento y de
la idea de un bajo impacto ambiental y económico puede incluirse dentro de la bioconstrucción.
AISLAMIENTOS:

de origen vegetal: celulosa, fibra de madera, corcho, cáñamo, algodón, lino, fibra de
coco,

de origen animal: lana de oveja

de origen mineral: arlita, perlita, vermiculita, arcilla
SISTEMAS CONSTRUCTIVOS:

Tierra cruda: tapial, adobe, bloque de tierra comprimido (BTC), cob

Tierra cocida: ladrillos cocidos de diversas clases

Con materiales vegetales: balas de paja, guadua, encofrados de cal y cañamiza,
entramado ligero de madera
5.2. MANEJO, RECUPERACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS
El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y
biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos
presentes en el agua efluente del uso humano.
La tesis fundamental para el control de la polución por aguas residuales ha sido tratar las aguas
residuales en plantas de tratamiento que hagan parte del proceso de remoción de los
contaminantes y dejar que la naturaleza lo complete en el cuerpo receptor. Para ello, el nivel de
tratamiento requerido es función de la capacidad de auto purificación natural del cuerpo receptor.
A la vez, la capacidad de auto purificación natural es función, principalmente, del caudal del
cuerpo receptor, de su contenido en oxígeno, y de su "habilidad" para reoxigenarse.1 Por lo tanto
el objetivo del tratamiento de las aguas residuales es producir efluente reutilizable en el ambiente
y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición
o reutilización. Es muy común llamarlo depuración de aguas residuales para distinguirlo del
tratamiento de aguas potables.
. Las aguas residuales
son
generadas
por
residencias, instituciones
y locales comerciales e
industriales.
Éstas
pueden
ser
tratadas
dentro del sitio en el cual
son
generadas
(por
ejemplo: tanques sépticos
u otros medios de
depuración)
o
bien
pueden ser recogidas y
llevadas mediante una
red de tuberías - y
eventualmente bombas - a una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para recolectar y
tratar las aguas residuales domésticas de la descarga están típicamente sujetas a regulaciones y
estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). A menudo ciertos
contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren procesos de
tratamiento especializado.
Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial de
sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales empleando un
sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados esos materiales por equipo
especial; posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos
como la arena) seguido de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separe los
sólidos suspendidos existentes en el agua residual. Para eliminar metales disueltos se utilizan
reacciones de precipitación, que se utilizan para eliminar plomo y fósforo principalmente.
DESCRIPCIÓN
Las aguas residuales son provenientes de tocadores, baños, regaderas o duchas, cocinas, etc;
que son desechados a las alcantarillas o cloacas. En muchas áreas, las aguas residuales
también incluyen algunas aguas sucias provenientes de industrias y comercios. La división del
agua casera drenada en aguas grises y aguas negras es más común en el mundo desarrollado,
el agua negra es la que procede de inodoros y orinales y el agua gris, procedente de piletas y
bañeras, puede ser usada en riego de plantas y reciclada en el uso de inodoros, donde se
transforma en agua negra. Muchas aguas residuales también incluyen aguas superficiales
procedentes de las lluvias. Las aguas residuales municipales contienen descargas residenciales,
comerciales e industriales, y pueden incluir el aporte de precipitaciones pluviales cuando se usa
tuberías de uso mixto pluvial - residuales.
Los sistemas de alcantarillado que trasportan descargas de aguas sucias y aguas de
precipitación conjuntamente son llamados sistemas de alcantarillas combinado. La práctica de
construcción de sistemas de alcantarillas combinadas es actualmente menos común en los
Estados Unidos y Canadá que en el pasado, y se acepta menos dentro de las regulaciones del
Reino Unido y otros países europeos, así como en otros países como Argentina. Sin embargo, el
agua sucia y agua de lluvia son recolectadas y transportadas en sistemas de alcantarillas
separadas, llamados alcantarillas sanitarias y alcantarillas de tormenta de los Estados Unidos, y
“alcantarillas fétidas” y “alcantarillas de agua superficial” en Reino Unido, o cloacas y conductos
pluviales en otros países europeos. El agua de lluvia puede arrastrar, a través de los techos y la
superficie de la tierra, varios contaminantes incluyendo partículas del suelo, metales pesados,
compuestos orgánicos, basura animal, aceites y grasa.
Tratamiento físico químico

Tamizado

Remoción de gas.

Remoción de arena.

Precipitación con o sin ayuda de coagulantes o floculantes.

Separación y filtración de sólidos.
El agregado de cloruro férrico ayuda a precipitar en gran parte a la remoción de fósforo y ayuda a
precipitar biosólidos o lodo.
Tratamiento biológico

Lechos oxidantes o sistemas aeróbicos.

Post – precipitación.

Liberación al medio de efluentes, con o sin desinfección según las normas de cada jurisdicción.

Biodigestión anaeróbica y humedales artificiales utiliza la materia orgánica biodegradable de las
aguas residuales, como nutrientes de una población bacteriana, a la cual se le proporcionan
condiciones controladas para controlar la presencia de contaminantes.
TRATAMIENTOS PRELIMINARES: aunque no reflejan un proceso en sí, sirven para aumentar
la efectividad de los tratamientos primarios, secundarios y terciarios. Las aguas residuales que
fluyen desde los alcantarillados a las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), son
muy variables en su flujo y contienen gran cantidad de objetos, en muchos casos voluminosos y
abrasivos, que por ningún motivo deben llegar a las diferentes unidades donde se realizan los
tratamientos y deben ser removidos. Para esto son utilizados los tamices, las rejas, los
microfiltros, etc.
PLANTA DE AGUAS RESIDUALES
Tamizado: los tamices autolimpiantes están construidos con mallas dispuestas en una
inclinación particular que deja atravesar el agua y obliga a deslizarse a la materia sólida retenida
hasta caer fuera de la malla por sí sola. La gran ventaja de este equipo es que es barato, no
tiene partes móviles y el mantenimiento es mínimo, pero necesita un desnivel importante entre el
punto
de
alimentación
del
agua y el de salida.
Rejas : se utilizan para separar objetos de tamaño más importante que el de simples partículas
que son arrastrados por la corriente de agua. Se utilizan solamente en desbastes previos. El
objetivo es proteger los equipos mecánicos e instalaciones posteriores que podrían ser dañados
u obstruidos con perjuicio de los procesos que tuviesen lugar. Se construyen con barras
metálicas de 6 o más mm de espesor, dispuestas paralelamente y espaciadas de 10 a 100 mm.
Se limpian mediante rastrillos que pueden ser manejados manualmente o accionados
automáticamente.
Para pequeñas alturas de la corriente de agua se emplean rejas curvas y para alturas mayores
rejas longitudinales dispuestas casi verticalmente.
Microfiltraciòn: los microfiltros trabajan a baja carga, con muy poco desnivel, y están basados
en una pantalla giratoria de acero o material plástico a través de la cual circula el agua. Las
partículas sólidas quedan retenidas en la superficie interior del microfiltro que dispone de un
sistema de lavado continuo para mantener las mallas limpias. Se han utilizado eficazmente para
separar algas de aguas superficiales y como tratamiento terciario en la depuración de aguas
residuales. Según la aplicación se selecciona el tamaño de malla indicado. Con mallas de acero
pueden tener luces del orden de 30 micras y con mallas de poliéster se consiguen buenos
rendimientos con tamaños de hasta 6 micras.
TRATAMIENTOS PRIMARIOS: el principal objetivo es el de remover aquellos contaminantes
que pueden sedimentar, como por ejemplo los sólidos sedimentables y algunos suspendidos o
aquellos que pueden flotar como las grasas. El tratamiento primario presenta diferentes
alternativas según la configuración general y el tipo de tratamiento que se haya adoptado. Se
puede hablar de una sedimentación primaria como último tratamiento o precediendo un
tratamiento biológico, de una coagulación cuando se opta por tratamientos de tipo físico-químico.
-Sedimentación primaria: se realiza en tanques ya sean rectangulares o cilíndricos en donde se
remueve de un 60 a 65% de los sólidos sedimentables y de 30 a 35% de los sólidos suspendidos
en las aguas residuales. En la sedimentación primaria el proceso es de tipo floculento y los
lodos producidos están conformados por partículas orgánicas.
Un tanque de sedimentación primaria tiene profundidades que oscilan entre 3 y 4m y tiempos de
detención entre 2 y 3 horas. En estos tanques el agua residual es sometida a condiciones de
reposo para facilitar la sedimentación de los sólidos sedimentables. El porcentaje de partículas
sedimentadas puede aumentarse con tiempos de detención más altos, aunque se sacrifica
eficiencia y economía en el proceso; las grasas y espumas que se forman sobre la superficie del
sedimentador primario son removidas por medio de rastrillos que ejecutan un barrido superficial
continuo.
Precipitación química – coagulación: la coagulación en el tratamiento de las aguas
residuales es un proceso de precipitación química en donde se agregan compuestos químicos
con el fin de remover los sólidos. El uso de la coagulación ha despertado interés sobretodo
como tratamiento terciario y con el fin de remover fósforo, color, turbiedad y otros compuestos
orgánicos.
TRATAMIENTOS SECUNDARIOS
el objetivo de este tratamiento es remover la demanda biológica de oxígeno (DBO) soluble que
escapa a un tratamiento primario, además de remover cantidades adicionales de sólidos
sedimentables.
El tratamiento secundario intenta reproducir los fenómenos naturales de estabilización de la
materia orgánica, que ocurre en el cuerpo receptor. La ventaja es que en ese proceso el
fenómeno se realiza con más velocidad para facilitar la descomposición de los contaminantes
orgánicos en períodos cortos de tiempo. Un tratamiento secundario remueve aproximadamente
85% de la DBO y los SS aunque no remueve cantidades significativas de nitrógeno, fósforo,
metales pesados, demanda química de oxígeno (DQO) y bacterias patógenas.
Además de la materia orgánica se va a presentar gran cantidad de microorganismos como
bacterias, hongos, protozoos, rotíferos, etc, que entran en estrecho contacto con la materia
orgánica la cual es utilizada como su alimento. Los microorganismos convierten la materia
orgánica biológicamente degradable en CO2 y H2O y nuevo material celular. Además de estos
dos ingredientes básicos microorganismos – materia orgánica biodegradable, se necesita un
buen contacto entre ellos, la presencia de un buen suministro de oxígeno, aparte de la
temperatura, PH y un adecuado tiempo de contacto.
Para llevar a efecto el proceso anterior se usan varios mecanismos tales como: lodos activados,
biodisco, lagunaje, filtro biológico.
LODOS ACTIVADOS
es un tratamiento de tipo biológico en el cual una mezcla de agua residual y lodos biológicos es
agitada y aireada. Los lodos biológicos producidos son separados y un porcentaje de ellos
devueltos al tanque de aireación en la cantidad que sea necesaria. En este sistema las bacterias
utilizan el oxígeno suministrado artificialmente para desdoblar los compuestos orgánicos que a su
vez son utilizados para su crecimiento.
A medida que los microorganismos van creciendo se aglutinan formando los lodos activados;
éstos más el agua residual fluyen a un tanque de sedimentación secundaria en donde
sedimentan los lodos. Los efluentes del sedimentador pueden ser descargados a una corriente
receptora; parte de los lodos son devueltos al tanque con el fin de mantener una alta población
bacterial para permitir una oxidación rápida de la materia orgánica.
2.-BIODISCO: es tan eficaz como los lodos activados, requiere un espacio mucho menor, es fácil de
operar y tiene un consumo energético inferior. Está formado por una estructura plástica de diseño
especial, dispuesto alrededor de un eje horizontal. Según la aplicación puede estar sumergido de un 40 a
un 90% en el agua a tratar, sobre el material plástico se desarrolla una película de microorganismos, cuyo
espesor se autorregula por el rozamiento con el agua, en la parte menos sumergida, el contacto periódico
con el aire exterior es suficiente para aportar el oxígeno necesario para la actividad celular.
3.-LAGUNAJE: el tratamiento se puede realizar en grandes lagunas con largos tiempos de retención (1/3
días) que les hace prácticamente insensibles a las variaciones de carga, pero que requieren terrenos muy
extensos. La agitación debe ser suficiente para mantener los lodos en suspensión excepto en la zona más
inmediata a la salida del efluente.
4.- FILTRO BIOLÓGICO: está formado por un reactor, en el cual se ha situado un material de
relleno sobre el cual crece una película de microorganismos aeróbicos con aspecto de limos .
La altura del filtro puede alcanzar hasta 12m. El agua residual se descarga en la parte superior
mediante un distribuidor rotativo cuando se trata de un tanque circular. A medida que el líquido
desciende a través del relleno entra en contacto con la corriente de aire ascendente y los
microorganismos. La materia orgánica se descompone lo mismo que con los lodos activados,
dando más material y CO2.
TRATAMI
ENTOS TERCIARIOS: tiene el objetivo de remover contaminantes específicos, usualmente
tóxicos o compuestos no biodegradables o aún la remoción complementaria de contaminantes
no suficientemente removidos en el tratamiento secundario.
Como medio de filtración se puede emplear arena, grava antracita o una combinación de ellas.
El pulido de efluentes de tratamiento biológico se suele hacer con capas de granulometría
creciente, duales o multimedia, filtrando en arena fina trabajando en superficie. Los filtros de
arena fina son preferibles cuando hay que filtrar flóculos formados químicamente y aunque su
ciclo sea más corto pueden limpiarse con menos agua.
La adsorción con carbón activo se utiliza para eliminar la materia orgánica residual que ha
pasado el tratamiento biológico.
PROBLEMAS SOCIOCULTURALES
Las instalaciones de tratamiento requieren tierra; su ubicación puede resultar en la
repoblación involuntaria. Es más, las obras de tratamiento y eliminación pueden crear molestias
en las cercanías inmediatas, al menos ocasionalmente. A menudo, las tierras y los barrios
elegidos, corresponden a los "grupos vulnerables"
que son los menos capacitados para afrontar los
costos de la reubicación y cuyo ambiente vital ya
está alterado. Se debe tener cuidado de ubicar las
instalaciones de tratamiento y eliminación donde
los olores o ruidos no molestarán a los residentes
u otros usuarios del área, manejar la reubicación
con sensibilidad, e incluir en el plan de atenuación
del proyecto, provisiones para mitigar o
compensar los impactos adversos sobre el medio
ambiente humano. Si no se incluye estas
consideraciones en la planificación del proyecto,
existe el riesgo sustancial.
POTENCIALES IMPACTOS AMBIENTALES
Los contaminantes de las aguas servidas municipales, o aguas servidas domésticas, son
los sólidos suspendidos y disueltos que consisten en: materias orgánicas e inorgánicas,
nutrientes, aceites y grasas, sustancias tóxicas, y microorganismos patógenos. Los desechos
humanos sin un tratamiento apropiado, eliminados en su punto de origen o recolectados y
transportados, presentan un peligro de infección parasitaria (mediante el contacto directo con la
materia fecal), hepatitis y varias enfermedades gastrointestinales, incluyendo el cólera y tifoidea
(mediante la contaminación de la fuente de agua y la comida). Cabe mencionar que el agua de
lluvia urbana pueden contener los mismos contaminantes, a veces en concentraciones
sorprendentemente altas.
Cuando las aguas servidas son recolectadas pero no tratadas correctamente antes de su
eliminación o reutilización, existen los mismos peligros para la salud pública en las proximidades
del punto de descarga. Si dicha descarga es en aguas receptoras, se presentarán peligrosos
efectos adicionales (p.ej. el hábitat para la vida acuática y marina es afectada por la acumulación
de los sólidos; el oxígeno es disminuido por la descomposición de la materia orgánica; y los
organismos acuáticos y marinos pueden ser perjudicados aún más por las sustancias tóxicas,
que pueden extenderse hasta los organismos superiores por la bio-acumulación en las cadenas
alimenticias). Si la descarga entra en aguas confinadas, como un lago o una bahía, su contenido
de nutrientes puede ocasionar la eutrofización, con molesta vegetación que puede afectar a las
pesquerías y áreas recreativas.
PROBLEMAS SOCIOCULTURALES_________________________
Las instalaciones de tratamiento requieren tierra; su ubicación puede resultar en la repoblación involuntaria. Es más, las
obras de tratamiento y eliminación pueden crear molestias en las cercanías inmediatas, al menos ocasionalmente. A menudo, las
tierras y los barrios elegidos, corresponden a los "grupos vulnerables" que son los menos capacitados para afrontar los costos de la
reubicación y cuyo ambiente vital ya está alterado. Se debe tener cuidado de ubicar las instalaciones de tratamiento y eliminación
donde los olores o ruidos no molestarán a los residentes u otros usuarios del área, manejar la reubicación con sensibilidad, e incluir
en el plan de atenuación del proyecto, provisiones para mitigar o compensar los impactos adversos sobre el medio ambiente humano.
Si no se incluye estas consideraciones en la planificación del proyecto, existe el riesgo sustancial.
5.3. SISTEMAS HÍBRIDOS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA.
El uso de energías fotovoltaica y eólica ha crecido de manera importante en las últimas
décadas dados los beneficios directos económicos y ambientales que traen consigo. Una parte
importante en estos sistemas de energías renovables son los inversores multinivel. Un inversor
multinivel es todo aquel dispositivo que cambia el voltaje de corriente directa (CD) a alterna (CA)
de forma escalonada. El puente H es una opción atractiva por sus diversas ventajas, respecto a
las otras topologías. En el presente trabajo se muestra un prototipo de inversor CD/CA de baja
potencia en puente H que funciona simultáneamente con energía fotovoltaica y eólica. El objetivo
de este proyecto es presentar un modelo de inversor híbrido que pueda tener aplicaciones
didácticas y que pueda ser implementado en un laboratorio a bajo costo.
La demanda energética de la población mundial ha crecido de manera considerable a través del
último siglo. Tan sólo en 2005 hubo una demanda energética de 15 TWh (TeraWatthora; 1 TW =
1, 000, 000, 000,000 W) de lo cuales el 86.5% provenía de combustibles fósiles (Patel, 2006). En
este contexto es importante mencionar que el petróleo, gas y carbón siguen siendo los
combustibles más recurridos por su bajo costo. Sin embargo, el impacto ambiental de estas
fuentes de energía, sumado con el crecimiento de la población en el planeta y su demanda
energética, ha traído consigo nocivos efectos al medio ambiente. Por ello, el mercado de las
energías renovables ha crecido de manera considerable en las últimas décadas promoviendo
una forma de generar energía sin dañar al
medio ambiente.
En la figura 1 se puede apreciar una
proyección en la generación de energía desde
2005 hasta el 2035. Es interesante observar
como las energías renovables se podrían
posicionar como la segunda fuente de energía
para la población mundial en 2035 por encima del gas y de la energía nuclear y sólo por debajo
del carbón cuyas reservas mundiales aún son vastas y podrían agotarse hasta 2065 (EIA, 2012).
El potencial de la energía solar y eólica que recibe la tierra es enorme. La cantidad de esta
energía recibida es tan vasta que equivale aproximadamente al doble de toda la energía
producida por otras fuentes de energía no renovable como el petróleo, carbón, uranio y gas
natural. Además, México tiene una posición geográfica privilegiada en cuanto a la captación de
este tipo de energías. En 2011, el territorio mexicano recibió una radiación solar promedio de
5,000 Wh/m² al día en comparativa con los países de Norteamérica y del norte de Europa cuya
radiación solar promedio apenas superó los 2500 Wh/m² al día (UNAM, 2012).
La segunda utiliza el movimiento de las aspas de una turbina a través del viento, generando
corriente directa a la salida. Todo ello basado en el principio fundamental de la física: “La energía
no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.
El uso de cada tipo de energía renovable se muestra en la figura 2.
Sistemas híbridos de energías renovables
Estos sistemas se denominan “híbridos” porque pueden generar energía eléctrica a partir de dos
o más fuentes de energía renovable simultáneamente; por ejemplo, fotovoltaica-eólica,
fotovoltaica-celdas de combustible, eólicatérmica entre otras.
Figura 3. Partes de un sistema híbrido aislado
En este trabajo, se está considerando un sistema híbrido de tipo aislado del cual se explicarán
los aspectos teóricos de cada una de sus partes.
Energía Solar Fotovoltaica
(FV) SISTEMA HÍBRIDO FOTOVOLTAICO-EÓLICO PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA
La energía solar Fotovoltaica (FV) funciona bajo el principio físico del efecto fotoeléctrico el cual,
al hacer incidir luz visible en un material semiconductor, se genera una absorción de fotones y
desplazamiento de electrones en dicho material. Esto da lugar a la generación de un potencial
eléctrico en los extremos de dicho material (Djamila, 2012). Cada panel solar está construido a
partir de pequeñas celdas (obleas de silicio) que generan un potencial eléctrico individual
aproximado de entre 0.6 y 0.7 Volts. Esto puede apreciarse en la figura 4. Al colocar las celdas
solares en arreglos serie y paralelo, se pueden obtener mayores voltajes y corrientes.
El actual y creciente interés mundial en la búsqueda de recursos energéticos que permitan una
gradual sustitución de los combustibles fósiles (carbón y petróleo), así como de la energía
nuclear por los efectos negativos sobre el ambiente y la salud en general del planeta y sus
habitantes, han generado una oferta interesantísima en opciones de producción de energía
eléctrica que no solo permiten su aprovechamiento en zonas rurales sin ningún tipo de suministro
de electricidad, sino también en estrategias de uso y ahorro de energía eléctrica en grandes
centros urbanos a niveles residenciales, comerciales e industriales. El conocimiento de estas
tecnologías y sus posibilidades de aprovechamiento, aunadas con las viabilidades técnicas y
económicas de su implementación permiten
vislumbrar un panorama de diversidad energética
en el mediano y largo plazo lo que lleva a que sea
necesario conocerlas adecuadamente para su
integración y utilización.
Dentro de estas tecnologías, la integración de
distintas fuentes energéticas reviste una especial
importancia, primero, desde la perspectiva técnica
que permite la integración de distintos equipos de
generación eléctrica garantizando una mayor
confiabilidad del suministro energético, ante un
recurso energético bastante aleatorio, y reduciendo
las interrupciones ante la carencia o ausencia de
uno de ellos. Segundo, desde el aspecto
económico, la integración de distintas fuentes
energéticas permite una reducción importante de
los costos totales de los equipos de generación,
aún en comparación con estrategias convencionales de electrificación que dependen de un único
recurso energético a lo largo de la vida útil del sistema.
5.4. BIOFERTILIZANTES.
Los biofertilizantes son insumos formulados con uno o
varios microorganismos, los cuales, de una forma u otra,
proveen o mejoran la disponibilidad de nutrientes
cuando se aplican a los cultivos.
En el suelo existe una notable población microbiana,
dentro de la que se encuentran los microorganismos
benéficos, caracterizados por realizar funciones como la
fijación del nitrógeno atmosférico, la solubilización del
fósforo insoluble presente en el suelo, la antibiosis y la
estimulación del crecimiento y desarrollo vegetal, entre
otras; todas ellas de suma importancia para el normal
establecimiento y aumento de la productividad de
especies cultivables de importancia económica. Estos
microorganismos, fundamentalmente bacterias, hongos filamentosos, actinomicetos y hongos
micorrizógenos arbusculares se encuentran normalmente distribuidos en el suelo, pero en
poblaciones insuficientes (entre 103 -104 células por gramo de suelo) como para provocar el
efecto benéfico deseado sobre las plantas; de aquí la importancia de aumentar el número
poblacional de éstos (entre 106 - 108 células por gramo de suelo) en función de potenciar su
efecto, dando lugar como actividad a la elaboración de biofertilizantes y bioestimuladore
crecimiento y desarrollo vegetal.
FUNCIONES DE LOS MICROORGANISMOS
Las principales funciones de los microorganismos del suelo como pilares básicos para un
desarrollo sostenible de los agroecosistemas, son:
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Desarrollo de la estabilidad de los agregados de los suelos cultivables.
Reciclaje de los residuos orgánicos.
Producción de sustancias beneficiosas en la zona rizosférica de las plantas.
Fijación de nitrógeno atmosférico.
Transformación del fósforo del suelo.
Control de microorganismos dañinos.
Materia prima para la obtención de productos naturales.
Tipos de Biofertilizantes
Estos son preparados que contienen células vivas o latentes de cepas microbianas
eficientes fijadoras de nitrógeno, solubilizadoras de fósforo o potenciadoras de diversos
nutrientes, que se utilizan para aplicar a las semillas o al suelo, con el objetivo de
incrementar el número de estos microorganismos en el medio y acelerar los procesos
microbianos, de tal forma que se aumenten las cantidades de nutrientes que pueden ser
asimilados por las plantas o se hagan más rápidos los procesos fisiológicos que influyen
sobre el desarrollo y el rendimiento de los cultivos.
Estas sustancias microbianas son aplicadas a los suelos para desempeñar funciones
específicas, las cuales benefician la productividad de las plantas, incluyendo la absorción
de agua y nutrientes, la fijación de nitrógeno, la solubilización de minerales, la
producción de estimuladores de crecimiento vegetal y el biocontrol de patógenos.
Además, pueden utilizarse en los cultivos anuales, las praderas de gramínea y
leguminosas, hortalizas y frutales.
Bioestimuladores
Es el producto que contiene células vivas o
latentes de cepas microbianas previamente
seleccionadas, que se caracterizan por
producir
sustancias
fisiológicamente
activas (auxinas, giberelinas, citoquininas,
aminoácidos, péptidos yvitaminas) que al
interactuar con la planta promueven o
desencadenan
diferentes
eventos
metabólicos en función de estimular el
crecimiento, el desarrollo y el rendimiento de cultivos económicos.
Biofertilizantes utilizados en la agricultura

Micorrizas: son simbiosis entre hongos y raíces de plantas superiores donde la planta suministra
carbohidratos al hongo y éste a su vez contribuye a la absorción de nutrientes y agua por el vegetal.

Azotobacter: son bacterias que poseen un complejo enzimático capaz de reducir el nitrógeno del aire a
amonio para ser asimilado por las plantas.

Fosforina: son bacterias del género bacillus que tienen la cualidad de producir ácidos orgánicos, enzimas y
otras sustancias capaces de solubilizar el fósforo del suelo y ponerlo a disposición de la planta.
VENTAJAS DE LOS BIOFERTILIZANTES
Su costo es 90 por ciento menor a los químicos; aprovechan los microorganismos de la
tierra para que la planta asimile mejor los nutrientes; controlan patógenos biológicamente
y contribuyen a la conservación y mejoramiento del medio ambiente.
Principales mecanismos de acción de los biofertilizantes y bioestimuladores
Fijación biológica del dinitrógeno
El complejo enzimático nitrogenasa es el sistema capaz de fijar el nitrógeno atmosférico,
y está formado por dos componentes proteicos; una MO-Fe proteína (azofermo) y otra
Fe-proteína (azofer). El sistema requiere como disponibilidad energética el ATP y un
fuerte agente reductor. Mediante la acción de este sistema, una molécula de nitrógeno
es convertida en dos moléculas de amonio, según la siguiente reacción general:
Experiencia acumulada en biofertilizantes y bioestimuladores en Cuba
La aplicación de biofertilizantes a base de Azotobacter chroococcum, con
reducciones del 30% del fertilizante nitrogenado, permite incrementos del rendimiento
por la acción de las sustancias activas estimuladoras del rendimiento sintetizadas por las
bacterias, además de su acción fijadora de nitrógeno atmosférico, que permite
suministrar a las plantas una parte importante del nitrógeno que necesitan.
Las aplicaciones sobre gramíneas han arrojado igualmente muy buenos resultados. En
arroz, se logró reducir en un 20% la fertilización nitrogenada (equivalente a 72kg urea/ha
con un beneficio de 23 USD/ha) y se obtiene como promedio un aumento de rendimiento
de un 10-15 % (0.3-0.5 t/ha) con una mayor calidad en el tamaño del grano cosechado;
este resultado, introducido en la práctica agrícola en 1991, alcanzó volúmenes de
aplicación de hasta 3x106 L, que beneficiaron más de 80 000 ha del cultivo
Actualmente, se recomienda su aplicación en el programa de arroz popular dentro del
Movimiento Nacional de Agricultura Urbana de Cuba. En maíz, sorgo y trigo se logra un
cierre de las plantaciones entre 9 y 12 días antes en comparación con la áreas sin tratar,
con un notable ahorro en aplicaciones de herbicidas y laboreo en general, lográndose
incrementos entre 20 y 35% (equivalentes a 0.5-1.2 t/ha) en el rendimiento, con la
obtención de frutos y granos de mayor calidad en cuanto a tamaño, peso y apariencia. El
plátano ha sido uno de los cultivos más extensamente beneficiados en Cuba, con la
aplicación de Azotobacter chroococcum, con reducción de un 20% de la fertilización
nitrogenada, después que se comprobó por primera vez, con el auxilio de técnicas
isotópicas, que cepas seleccionadas de la bacteria eran capaces de establecer una
asociación con el plátano que permitía la fijación del 25% de las necesidades de
nitrógeno del cultivo (Alvarez et al., 2002), lográndose además incrementos de 5 % en el
rendimiento por la acción de las sustancias activas, cosechándose frutos de mayor
calidad (con aumentos entre 11 y 18 % ) en cuanto a peso y diámetro promedio .
Al aplicar plantaciones de papa se ha logrado aumentar el rendimiento hasta 8 t/ha, con
relación a las áreas no tratadas, en la obtención de tubérculos de mayor tamaño,
disminuyendo considerablemente la producción de las llamadas papas “titinas”. El efecto
económico de estas aplicaciones por concepto de incremento resulta entre 930 y 1287
pesos/ha.
Preparación de los biofertilizantes y bioestimuladores
Los biofertilizantes y bio estimuladores son preparados biodinámicos o biopreparados
elaborados a base de suspensiones celulares con una alta población (entre 1010–1014
UFC/ml), que se pueden presentar en forma líquida o soportada sobre sustrato sólido
como es el caso de la turba, cachaza o algún otro material. En el caso de los
biopreparados líquidos, en Cuba se han desarrollado diferentes bioproductos
estimuladores, nitro fijadores y solubilizadores del fósforo en el suelo, que se aplican en
dosis de 2 L/ha con la ayuda de una moto mochila para áreas pequeñas o máquina
fumigadora regulada a 3 atmósferas de presión para áreas mayores, en ambos casos,
en una solución final de trabajo, empleando agua común, a razón de 350 a 400 L/ha,
asperjando esta solución en el momento de la siembra sobre el suelo o canteros en el
caso de sistemas organopónicos. Pueden aplicarse también a través del sistema de
riego. Las bacterias se establecen en la zona rizosférica de las plantas y se alimentan de
las secreciones de las raíces, realizando en esta zona su función de fijar el nitrógeno
atmosférico o de solubilizar el fósforo insoluble del suelo. En estas condiciones, las
bacterias mantienen altas las poblaciones durante 90-100 días, reduciéndolas
paulatinamente por agotamiento de las sustancias nutritivas de las secreciones
radiculares, a causa del envejecimiento del cultivo y del antagonismo de otros
microorganismos del suelo. Cuando se hacen aplicaciones foliares, las bacterias se
establecen sobre las hojas y se alimentan de las secreciones, manteniéndose durante
largo tiempo en las hojas que reciben sombra, como ha sido demostrado en plantaciones
de café y cacao en distintas regiones del Centro y Sur de América.