Energía Solar
Reacciones Nucleares y Radiación
En el núcleo del Sol se producen continuamente reacciones nucleares de fusión que proporcionan una energía equivalente a 4 millones de toneladas de masa. Esta energía se transmite en forma de radiación. La energía solar llega a la superficie de la Tierra directamente (radiación directa) o después de reflejarse con el polvo y el vapor de agua que contiene la atmósfera (radiación difusa).
Sistemas de Aprovechamiento
Existen dos vías principales para el aprovechamiento de la energía solar:
- Vía térmica: Consiste en la transformación de la radiación solar en energía térmica.
- Conversión fotovoltaica: La radiación se transforma directamente en energía eléctrica.
El aprovechamiento térmico se puede realizar mediante sistemas activos (captadores con o sin concentración de la radiación y centrales termosolares) y pasivos (construcción de casas con un diseño arquitectónico adaptado al entorno y al clima).
Sistemas Activos
Los sistemas activos pueden ser de temperatura baja, media y alta.
- Baja temperatura: Los más utilizados son los captadores planos o colectores, que se basan en el efecto invernadero.
- Media y alta temperatura: Se pueden usar para la obtención indirecta de energía eléctrica en las centrales termosolares. Una aplicación importante de los sistemas de alta temperatura es el horno solar, utilizado en la investigación de materiales de alta tecnología. Consiste en una gran superficie de captación parabólica formada por espejos que reflejan la radiación y la concentran en un punto (foco), donde se encuentra el horno y se obtienen temperaturas muy elevadas.
Centrales con Colectores Distribuidos (DCS)
Las DCS utilizan colectores de concentración que concentran la radiación solar en un elemento receptor de superficie reducida, lo que permite obtener temperaturas de hasta 300ºC, suficientes para producir vapor a alta temperatura para generar electricidad o en procesos industriales.
Centrales Solares de Torre Central (CRS)
Las CRS aprovechan la energía solar a alta temperatura. El sistema de captación está formado por una gran superficie cubierta de heliostatos (espejos con un sistema de seguimiento del Sol) que concentran la radiación en un receptor en la parte superior de una torre.
Conversión Fotovoltaica
Consiste en transformar la radiación solar directamente en energía eléctrica mediante células solares o fotovoltaicas. Estas células están construidas por una lámina de material semiconductor que produce electricidad al incidir los fotones de las radiaciones (efecto fotovoltaico).
Las aplicaciones de la conversión fotovoltaica, dejando de lado su utilización en la industria espacial, son:
- Instalaciones aisladas de la red eléctrica comercial.
- Instalaciones conectadas a la red eléctrica.
Sistemas de Baja Temperatura
Efecto Invernadero
El efecto invernadero es una “trampa” para la radiación infrarroja que emite un objeto calentado, de manera que queda retenida dentro del espacio cerrado, aumentando la temperatura.
Sistemas de Aprovechamiento
Pasivos: Arquitectura Bioclimática
Busca la obtención del confort en las viviendas mediante la disposición de elementos arquitectónicos que permitan el máximo aprovechamiento de la energía solar y la ventilación natural. Sus elementos básicos son: vidrieras, masa térmica, elementos de protección y reflectores.
Sistemas Activos
Utilizan la energía solar para calentar un fluido (agua o aire). En viviendas, satisfacen las necesidades de agua caliente sanitaria y calefacción.
- Subsistema de captación: Formado por los captadores o colectores solares.
- Subsistema de almacenamiento: Actúa como intermediario entre la captación y el consumo.
- Subsistema de consumo: Tuberías y elementos que enlazan el almacenamiento con los puntos de demanda (duchas, grifos, etc.).
Las instalaciones pueden funcionar en circuito abierto (sistema directo) o circuito cerrado (sistema con intercambiador). Ambos sistemas pueden ser de circulación natural o circulación forzada (el agua es impulsada por una bomba).
- Circuito abierto o sistema directo: El agua que circula por los colectores se utiliza directamente para el consumo.
- Circuito cerrado o sistema con intercambiador: Consta de dos circuitos. El primario contiene agua con aditivos y circula por los captadores. El secundario es el de consumo y recibe la energía del primario en el intercambiador.
El Colector o Captador
Es el elemento principal de la instalación, encargado de captar la energía solar y transferirla al fluido. Su funcionamiento se basa en el efecto invernadero.
Elementos principales:
- Placa absorbente: Absorbe la radiación solar y la cede en forma de calor al fluido.
- Cubierta transparente: Reduce las pérdidas, protege la placa y crea el efecto invernadero.
- Aislamiento térmico: Reduce las pérdidas de calor. Materiales: lana de vidrio, poliestireno expandido y espuma de poliuretano.
- Caja contenedor: Aloja todos los elementos del colector.
Energía Eólica
Centrales Eólicas
La energía eólica es el aprovechamiento energético de la fuerza del viento.
Tecnologías para el Aprovechamiento del Viento
Se utilizan aeroturbinas, también llamadas molinos de viento.
Tipos de Aeroturbinas
- Aeromotores: Máquinas lentas, con 12 a 24 palas y diámetro de hasta 8m. Poco rendimiento, pero necesitan poca velocidad del viento.
- Aerogeneradores: Máquinas rápidas, con 2 o 3 palas, dinámicas y con diámetro variable. Alto rendimiento, pero necesitan velocidades de viento más altas.
Partes de una Aeroturbina
- Rotor o turbina: Transforma la energía del viento en energía mecánica. Formado por las palas unidas a un eje.
- Sistema de regulación: Coloca el rotor perpendicular al viento y disminuye la velocidad, manteniendo la potencia.
- Convertidor energético: Transmite la energía mecánica obtenida en el eje del rotor.
- Bancada: Soporta y protege el convertidor energético y los sistemas de regulación y orientación.
- Soporte o torre: Eleva el rotor para mejorar la captación y absorber las vibraciones.
Tipos de Aerogeneradores
La energía mecánica del rotor se transmite a un generador eléctrico.
- Eje vertical: El generador se sitúa cerca de la base, facilitando el mantenimiento.
- Eje horizontal: El tipo más desarrollado. Se clasifican según su posición:
- Rotores de espaldas al viento: No necesitan sistemas de orientación.
- Rotores de cara al viento: Necesitan un sistema de orientación (cola, hélice lateral o mecanismos automáticos).
- Rotor de paso variable: Permite mayor producción energética.
- Rotor de paso fijo.
Parques Eólicos
Instalaciones que aprovechan la energía eléctrica de los aerogeneradores.
- Instalaciones no conectadas a la red: Electrificaciones rurales, aplicaciones agrícolas, señalización y comunicaciones.
- Instalaciones conectadas a la red como soporte: Disminuyen los gastos energéticos.
- Instalaciones conectadas a la red como central generadora: Suministran energía a la red.
Energía Geotérmica
Centrales Geotérmicas
La geotermia es la energía intrínseca de la Tierra en forma de calor.
Tipos de Centrales
- Centrales de condensación: El vapor que sale de la turbina se condensa y se reutiliza.
- Centrales sin condensación: El vapor se evacua a la atmósfera.
Energía Mareomotriz
Energía de las Mareas
Las mareas son movimientos cíclicos de ascenso y descenso del nivel del mar, producto de la gravedad de la Luna y el Sol. La amplitud de las mareas (diferencia entre pleamar y bajamar) varía con la proximidad de la Luna y la disposición geográfica.
Biomasa
Incluye toda la materia viva en la Tierra. Desde el punto de vista energético, se considera biomasa la materia orgánica de origen vegetal o animal, susceptible de ser utilizada con fines energéticos. Su origen es la fotosíntesis vegetal.
Procesos Físicos
- Homogeneización o refinamiento: Adecuación de la biomasa a unas condiciones de granulometría, humedad o composición.
- Densificación: Mejora de las propiedades de la biomasa mediante la fabricación de briquetas y pellets.
Procesos Termoquímicos
- Pirólisis o destilación seca: Degradación térmica de las moléculas de la biomasa en ausencia de oxígeno.
- Gasificación: Combustión incompleta de biomasa en presencia de oxígeno, obteniendo un gas pobre (CO, H2, CH4).
Procesos Bioquímicos
- Digestión anaerobia: Fermentación de la biomasa, obteniendo biogás.
- Fermentación aeróbica o alcohólica: Obtención de bioalcohol (etanol) mediante la fermentación en presencia de oxígeno.
Biocombustibles
Combustibles líquidos obtenidos a partir de la biomasa, destinados a sustituir los combustibles fósiles.
- Biodiesel: Obtenido a partir de aceites vegetales.
- Bioalcohol:
- Metanol: Obtenido por destilación de la madera o a partir del gas natural.
- Etanol: Obtenido a partir de la fermentación aeróbica. Se utiliza como combustible y aditivo.
Aprovechamiento de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU)
Son los residuos generados por la actividad doméstica. Su generación ha aumentado debido a la concentración de la población, el crecimiento demográfico y el aumento del consumo.
Procedimientos para Eliminar los RSU
- Vertido: Almacenar los residuos y enterrarlos.
- Compostaje: Separación de la materia orgánica y su tratamiento mediante fermentación aeróbica para obtener compost.
- Reciclaje: Separación de las fracciones de los RSU que pueden ser reincorporadas a los procesos de producción.
- Incineración: Eliminación de los residuos mediante combustión.
Ecoparques
Instalaciones que permiten obtener energía y abono a partir de los RSU. Disponen de dos líneas de tratamiento: la fracción orgánica y la fracción resto.
Recuperación de Biogás en los Vertederos
El biogás producido por la fermentación de los residuos orgánicos se extiende por los vertederos y puede producir explosiones e incendios. Para extraerlo se construyen pozos de desgasificación y extracción.