energía y cambio climático

ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO

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Índice

1. Degradación de la energía y generación de potencia eléctrica.

2. Fuentes de energía en el mundo. 3. Producción de energía a partir de

combustibles fósiles. 4. Producción de energía a partir de

combustibles no fósiles. 5. Efecto invernadero. 6. Calentamiento global.


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5. El efecto invernadero

La atmósfera, esa delgada capa de gases que envuelve la Tierra, ha hecho posible la existencia de la vida tal y como la conocemos.


Astronomy pictures of the dayApolo 17. Nasa.

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Sin la atmósfera, la temperatura efectiva de la Tierra calculada teóricamente sería alrededor de -18ºC, 33ºC inferior a la temperatura media del planeta, unos 15ºC.

Este efecto del calentamiento del planeta debido a la atmósfera es el denominado EFECTO INVERNADERO.

Su aumento por causas humanas se conoce como EFECTO INVERNADERO INTENSIFICADO.


Taringa.net

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¿-18ºC ? Un modelo simplificado

A la Tierra llega un flujo solar incidente, pero no todo es absorbido. Parte del mismo se refleja, pudiéndose caracterizarse este fenómeno mediante el albedo α.

α = Intensidad reflejada (Ir)/Intensidad incidente (I)


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α = Ir/I Así Ir = α I

El albedo global anual medio α se calcula en un 0,3 (30%) aproximadamente.


Puertorico.contrytoolbox.com

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Meteored.com

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La Tierra: sistema en equilibrio energético. Balance de radiación

nulo


Physics for the IB Diploma. Cambridge

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Energía solar


La luminosidad del sol es P = 3,9 . 10 26 W.

Este cálculo se ha hecho mediante la aplicación de las leyes de Wien y Stefan-Boltzman de la radiación del cuerpo negro.

Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.

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NOTA:

Si consideramos la Tierra un cuerpo negro a 15ºC (288 K) λ max = 2,9 . 10-3 m K/288 K λ max = 1.10-5 m (infrarrojos)

Max Planck. Astrocosmo.cl

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Intensidad incidente (I)


La luminosidad del sol es P = 3,9 . 10 26 W. Esta energía se distribuye uniformemente sobre la

superficie de una esfera imaginaria de r = 1,50 . 10 11 m. (Distancia Sol-Tierra).

La constante solar (S) es la cantidad de energía solar que llega por segundo a un área de 1 m2 de la atmósfera terrestre con los rayos del sol perpendiculares.

S = P/4 π r2 = 3,9 . 10 26 W/ 4 π (1,50 . 10 11 m)2 = 1380 W m-2, redondeada a S = 1400 W m-2 .

Puede variar ± 1,5% según la emisión del sol y ± 4% por la variación de la distancia Tierra-Sol (órbita elíptica).



Así:

I = S/4

I = 1400 W m-2/4

I = 350 W m-2

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¿-18 ºC ? Un modelo simplificado



La potencia P recibida en un área A de la Tierra:

P = (1-α) I A = (1-α) (S/4) A

La potencia emitida por la Tierra como cuerpo negro (ley Stefan-Boltzman):

P = σ A T4 Igualando:

(1-α) S = 4 σ T4

Dando valores: α = 0,30; S = 1400 Wm-2 y σ = 5.67 10-8 W m-

2 K-4

T = 255 K aprox (-18 ºC)

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Modificaciones al modelo


La Tierra no se comporta como un cuerpo negro perfecto. Hay que considerar la emisividad ε.

La emisividad es el cociente entre la potencia radiada por unidad de área por el objeto y la potencia radiada por unidad de área por un cuerpo negro a la misma temperatura.

ε varia entre 0 y 1 (cuerpo negro perfecto). Así, P emitida = ε σ A T4

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Si la potencia de radiación entrante no es igual a la potencia de radiación saliente, el cambio de la temperatura en un período de tiempo puede calcularse:

∆ T = (I in – I out) t /Cs

Cs = Capacidad calorífica superficial = Energía requerida para aumentar en 1 grado la temperatura de la unidad de superficie de un planeta. Se mide en J m-2 K-1

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El planeta no es un cuerpo simple. No se pueden ignorar las interacciones en

la atmósfera o los océanos. Hay que tener en cuenta que muchos

procesos se retroalimentan al cambiar el valor de las constantes implicadas en el cálculo (α, ε).

Por ejemplo, un aumento en la temperatura del planeta puede causar la fusión del hielo, lo cual modifica el albedo….


Lacomunidad.elpais.com


Serdioclima.blogspot.com


Monografías.com


Temas Investigación y Ciencia 45. Cambio climático.

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Gases Invernadero: Vapor de agua (H2O)


Procede de la evaporación del agua de océanos, lagos y ríos.

Su calor efectivo comparado con el CO2 (1) es 0,1.

Apenas contribuye al incremento del calentamiento global.

Aprendiendobiologiaenquinto.blogspot.com

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Gases Invernadero: Dióxido de carbono (CO2)


Fuentes naturales: incendios forestales, erupciones volcánicas, evaporación …

Fuentes artificiales: Combustión de combustibles fósiles y quema de bosques.

Su calor efectivo se toma como 1 para comparar.

Contribuye al incremento del calentamiento global en un 43% aprox.

Expower.es

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Gases Invernadero: Metano (CH4)


Fuentes naturales: incendios forestales, erupciones volcánicas, evaporación …

Fuentes artificiales: Combustión de combustibles fósiles y quema de bosques.

Su calor efectivo comparado con el CO2 (1) es 30.


Expower.es

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Gases Invernadero: Monóxido de dinitrógeno (N2O)


Fuentes naturales: Bosques, océanos, suelos, praderas, actividad microbiana.

Fuentes artificiales: Fertilizantes, combustión combustibles fósiles, manufactura del cemento, deforestación (disminuye la fijación de nitrógeno por las plantas).

Su calor efectivo comparado con el CO2 (1) es 150.


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Otros gases invernadero:


El OZONO (O3) también contribuye al efecto invernadero. Su calor efectivo comparado con el CO2 es de 2000 y su contribución al incremento del calentamiento globlal es en torno al 10%.

Los CLOROFLUOROCARBONOES (CFCs), usados en refrigerantes, propelentes y disolventes también contribuyen en otro 10%. Su calor efectivo comparado con el CO2 es de más de 10 000.

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¿Por qué son gases invernadero?

En los átomos, la energía de los electrones está cuantizada. Existen niveles de energía permitidos.

Las moléculas también tienen niveles de energía cuantizados asociados a sus movimientos rotacionales o vibracionales.


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Modos vibracionales y rotacionales del CO2


Physics Course Companion. IB Diploma. Oxford

A.1 DETERMINACIÓN DE ESTRUCTURAS

Técnicas espectroscópicas

ESPECTROS DE ABSORCIÓN

Cuando un compuesto orgánico se expone a radiación em, absorbe energía de ciertas longitudes de onda.

El que la energía de la luz sea absorbida o no depende tanto de la estructura del compuesto como de la longitud de onda de la radiación.

La molécula gana energía cuando absorbe radiación. Esto puede incrementar los movimientos moleculares: los enlaces pueden alargarse, flexionarse o girar. Alternativamente, pueden excitarse electrones pasando a orbitales de mayor energía

La cantidad de energía que una molécula contiene no varía de manera continua sino que está CUANTIZADA.



ESPECTROS DE ABSORCIÓN

Las longitudes de enlace son en realidad promedios. Los enlaces continuamente se estiran y flexionan, se alargan y se contraen. (Resorte).

Cuando la molécula se irradia con radiación em, el enlace de vibración absorbe energía radiante si las frecuencias de la radiación y de la vibración son iguales. CADA FRECUENCIA DE LUZ ABSORBIDA CORRESPONDE A LA VIBRACIÓN DE UN ENLACE ESPECÍFICO.

Cuando una molécula absorbe radiación infrarroja, la vibración molecular con frecuencia igual a la de la luz aumenta en intensidad (fenómeno de resonancia en m.a.s).

Si el material se irradia con energía de muchas longitudes de onda y se determina qué longitudes de onda absorbe y cuáles pasan a través, es posible determinar el ESPECTRO DE ABSORCIÓN del compuesto.



2. ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)

• Permite averiguar la naturaleza de los grupos funcionales presentes.

•Número de onda = 1/ l



1. ESPECTROSCOPÍA DE INFRARROJO

Interpretación de espectros

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Transmitancia IR gases invernadero



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Transmitancia IR gases invernadero



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Frecuencias de resonancia

El mecanismo preciso para explicar las frecuencias de absorción es complejo y requiere el uso de la mecánica cuántica.

Intentaremos comprender la absorción con un modelo sencillo que supone que la molécula (diatómica) se comporta como un oscilador armónico de frecuencia natural ω = (k/m)1/2 siendo k la constante del oscilador y m su masa.


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Frecuencias de resonancia



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Modelos simulados

Simular con Excel un modelo climático sencillo.

Hoja Oxford Simulaciones informáticas para modelos

más complejos.


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6. Calentamiento global


Loshinojos.wordpress.com

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1910 (Lucien Briet)

Glaciar Norte de Monte Perdido. Huesca

1970lacrabadelmonte.blogspot.com

Actualidad. Simonelías.desnivel.com

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Bismark77.oblog.com

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trinityatierra.com

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abadiadigital.com

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Posibles causas:


Variaciones en la composición de gases invernadero en la atmósfera

Concentrado.blogspot.com

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Posibles causas:


atinachile.cl


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Posibles causas:


Temas Investigación y Ciencia. 45. Cambio climático


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Posibles causas:


Manchas solares. foro.meteored.com

Variaciones en la actividad solar


Clubdeastronomia.wordpress.com

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Posibles causas:


Skepticalscience.com

Cambios cíclicos en la órbita de la Tierra


Web.me.com

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Posibles causas:


Foro.meteored.com

Variaciones en la actividad volcánica

atinachile.cl

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¿Qué puede aumentar el ritmo del calentamiento global ?

El calentamiento global reduce las capas de hielo/nieve, lo cual a su vez modifica el albedo, aumentando el ritmo de absorción de calor.

El aumento de la temperatura reduce la solubilidad del CO2 en el mar y aumenta las concentraciones atmosféricas.

Aumenta la evaporación del agua. La deforestación reduce la fijación de

carbono.


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Posibles consecuencias: aumento del nivel del mar

El coeficiente de expansión de volumen es la variación fraccional en volumen por grado de variación en la temperatura.

γ = ∆ V/(Vo ∆T)

Unidades de γ = K-1 o ºC-1


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Entre 0ºC y 4ºC γ es negativo para el agua.

Si la temperatura del agua aumenta dentro de ese rango, su volumen disminuye. Así, cuando el hielo que flota sobre el mar funde, el nivel del agua inicialmente decrece.

El hielo ártico flota sobre el mar.


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El hielo continental (Antártida y glaciares), no desplaza agua cuando funde y sí que aumenta el nivel del mar.


Btm.blogia.com


Realinstitutoelcano.org

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Posibles soluciones

Reducción del consumo energético. Eficiencia energética de edificios. Mayor rendimiento en la producción

de energía. ¿Captura dióxido de carbono? Reemplazar el uso de carbón y

petroleo Reforestación


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El problema es global, el esfuerzo debe ser mundial

Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC).

Protocolo de Kyoto. Sociedad de Asia y el Pacífico para el

Desarrollo Limpio y el Clima (APPCDC).


14/04/2023 64

La solución está en manos de todos


energía y cambio climático

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