Tecnología Industrial - Tema 3

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

1. - LAS ENERGÍAS RENOVABLES❖ La demanda de energía de la sociedad actual, el riesgo de agotamiento de

combustibles fósiles y los peligros de la energía nuclear han propiciado el desarrollo de trabajos de investigación para encontrar nuevas fuentes de energía capaces de sustituir o complementar las ya conocidas.

❖ Se denominan renovables, no convencionales o alternativas. La energía útil que generan no permite aún que sean sustituto de grandes centrales térmicas o nucleares.

❖ Podemos destacar:

❖ Características de las fuentes de energía no convencionales:

• Limpias: no general residuos contaminantes.

• Baratas: la obtención y transformación requieren instalaciones menos costosas.

• Inagotables: la fuente primaria de energía es el Sol (directamente o a través de fenómenos naturales)

2.- ENERGÍA HIDRÁULICA❖ Aprovechamiento energético de la caída de masas de agua

de los ríos (embalses, pantanos, lagos).

❖ Se utiliza exclusivamente para producir energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.

❖ Central hidroeléctrica: instalación que transforma la energía cinética del agua en movimiento en energía eléctrica por medio de turbinas y alternadores.

❖ El aprovechamiento de la energía hidráulica depende del caudal del río y de la altura del salto de caída de agua.

❖ Características de una central hidroeléctrica:

• Se clasifican según:

★ modo de aprovechamiento: depende de la orografía del terreno.

✴ Centrales de desviación o de agua fluyente: utilizan la energía cinética del agua (cauce del río).

✴ Centrales de acumulación o de agua embalsada: regulan la caída de la masa de agua desde un embalse artificial.

★ tipo de turbina empleado: depende de la altura del salto de agua o desnivel.

✴ Centrales de alta presión.

✴ Centrales de media presión.

✴ Centrales de baja presión.

• Las más utilizadas: acumulación de alta presión y media presión.

❖ Partes principales de una central hidráulica genérica:

• Presa: almacena agua y provoca el aumento de salto de agua.

★ Se construyen para la formación de embalses y para regular el caudal del río.

★ Se construyen de hormigón cuando interesa acumular agua y además, un aprovechamiento hidroeléctrico.

★ Según la estructura, pueden ser:

Mayor aporte de material Reducen volumen hormigónMenor aporte de material

Arcos múltiples: menor cantidad

• Canal de derivación: conducto que canaliza el agua desde el embalse.

★ Pueden ser:

✴ abiertos: siguiendo la ladera de la montaña.

✴ cerrados: túneles excavados.

★ Tiene menos pendiente que el cauce del río, por tanto, el agua va ganando diferencia de altura al circular.

★ Cuando el salto de agua es inferior a 15m, el canal desemboca directamente en la cámara de turbinas.

★ En las tomas de agua, se colocan unas rejillas metálicas para evitar el paso de cuerpos extraños. Deben limpiarse periódicamente.

• Cámara de presión: punto de unión del canal de derivación con la tubería de presión.

★ Dispone de una chimenea de equilibro, depósito de compensación, que evita las variaciones bruscas de presión debidas a las fluctuaciones del caudal de agua, regulando la entrada a la cámara de turbinas.

★ Las variaciones bruscas se conocen con el nombre golpe de ariete (variación de presión en una tubería), pueden ser:

✴ positivo: hay una sobrepresión porque se interrumpe bruscamente la circulación de agua por una tubería.

✴ negativo: hay pérdida de presión cuando se abre el paso del agua.

• Tubería de presión (tubería forzada): conduce el agua hasta la cámara de turbinas.

★ Según la presión que deba soportar se construye de diferentes materiales:

✴ de palastro: chapas de acero rectangulares a las que damos forma cilíndrica. Los bordes se unen con soldadura o remachado. Se refuerzan con zunchos.

✴ de cemento - amianto: para saltos de poca potencia. Bajo coste.

✴ de hormigón armado: para grandes caudales y diferencias de altura (hasta 40 m). Construidas con espiras y varillas de hierro. Se fabrican sobre el terreno.

• Cámaras de turbinas: donde se instalan las turbinas y los alternadores.

★ Turbina: transforma la energía cinética del agua en energía cinética de rotación del eje.

★ Alternador: transforma la energía cinética de rotación de éste en energía eléctrica.

★ La turbina y el alternador comparten un mismo eje.

★ Según las características del salto de agua, tenemos tres tipos de turbina:

✴ Turbina Pelton.

✴ Turbina Francis.

✴ Turbina Kaplan.

Vídeo 1 - Central hidroeléctrica

Actividades 1, 2 y 3

✴ Turbina Pelton: turbina de alta presión.

✴ La fuerza del agua es responsable de la rotación de la turbina.

✴ El agua viene de gran altura y con poco flujo.

✴ Turbina Francis: turbina de media presión.

✴ Cubre mayor rango de opciones. Saltos de altura superior a 200 m.

✴ Turbina Kaplan: turbina de baja presión.

✴ Cuando el flujo de agua es fuerte y viene de una altura entre 20 y 200m

Vídeo 2 - Comparación de turbinas

★ Tipos de cámaras de turbinas:

✴ Cámaras abiertas: comunicadas con el exterior. Para saltos de agua de altura inferior a 15 m. El agua llega directamente desde el canal de derivación a las turbinas.

✴ Cámaras cerradas: no están comunicadas con el exterior. El agua fluye hasta ellas desde la tubería forzada. Permite mejor distribución de las turbinas y del canal de desagüe.

• Canal de desagüe: devuelve el agua utilizada en las turbinas hasta el cauce del río.

★ El agua sale a bastante velocidad, por lo que se deben reforzar con hormigón, las paredes laterales y la salida, para evitar la erosión.

• Parque de alternadores y transformadores:

★ Los alternadores actuales generan energía eléctrica a una tensión inferior a 20.000 V.

★ Se producen pérdidas de tensión, por el efecto Joule.

★ Se debe elevar la tensión por encima de los 200.000 V. (En el parque de transformadores).

❖ Potencia de una central hidroeléctrica:

• El aprovechamiento energético de los saltos de agua se consigue gracias a la presión generada por la diferencia de altura y el caudal disponible, según la expresión:

★ P (kgm/s) = C (l/s) · h (m)

★ (Potencia = caudal · altura)

• No toda la potencia es aprovechable, porque existen pérdidas debidas al transporte de agua y al rendimiento de las turbinas y alternadores.

• Para corregir el error introducimos el coeficiente de rendimiento estimado, ŋ.

★ PÚtil = ŋ · P

❖ Producción de energía hidroeléctrica:

• La energía hidráulica es la única energía renovable que sigue teniendo una importancia destacable para la producción de energía eléctrica a nivel mundial.

• Los principales productores mundiales, por sus ríos largos y caudalosos, son Canadá, EE.UU., Brasil, China y Rusia.

• La mayor central hidroeléctrica del mundo está en China.

• En España funcionan más de 1.300 centrales hidroeléctricas. Generan unos 18.280 MW de potencia al año.

• Las más potentes se encuentran sobre el río Duero, en Salamanca (Central Aldeadávila) y sobre el río Tajo, en Cáceres (Central José María Oriol).

❖ Impacto medioambiental:

• La energía hidráulica es una de las fuentes de energía más limpias que existen.

• No emiten gases contaminantes a la atmósfera y no genera residuos.

• Ventajas: disponibilidad duradera del cauce del río, conservación de un caudal ecológico, provisión de agua para cultivos, reducción del riesgo de inundaciones, práctica de deportes náuticos.

• Inconvenientes: impacto ecológico (flora y fauna del agua) y paisajístico, desplazamiento de poblaciones, problemas de erosión y sedimentación, posibles pérdidas de suelo fértil, costosas redes de transporte y distribución de la energía eléctrica.

Actividades 4, 5 y 6.

3.- ENERGÍA SOLAR❖ El Sol proporciona luz y calor. Su actividad es fundamental

para el desarrollo de la vida.

❖ El 90 % de la energía generada por el Sol se produce en el núcleo, formado básicamente por H y He. Las reacciones de fusión nuclear (el H se transforma en He).

❖ La cantidad de energía que generan estas reacciones, podemos calcularla mediante la ecuación de Einstein:

• E (J) = m (kg) · c2 (m2/s2), siendo c = 3 · 108 m/s

❖ Energía que se transmite al universo en forma de radiación.

❖ De la energía que genera el Sol, no toda llega a la superficie terrestre, la atmósfera actúa como filtro de la radiación que recibe, la que alcanza la superficie terrestre es todavía más reducida:

• Una tercera parte es devuelta al espacio por reflexión, por la acción de los gases y partículas en suspensión.

• Otra parte queda absorbida. La capa de ozono elimina prácticamente la totalidad de los rayos gamma y parte de la radiación ultravioleta, sobre todo UV-B, la más peligrosa para los seres vivos.

• Otra pequeña parte se considera radiación directa, que alcanza la superficie terrestre.

❖ La energía irradiada por el Sol no afecta por igual a todas las regiones del planeta, depende de la zona geográfica, la altitud, la época del año, la hora del día y la nitidez de la atmósfera.

❖ La tecnología actual permite la utilización de la energía solar de dos maneras:

• Aprovechamiento fototécnico: absorción de la energía solar y su transformación en calor.

• Conversión fotovoltaica: transforma directamente la energía solar en energía eléctrica.

Vídeo 3 - Cómo funciona la energía solar fotovoltaica

4.- ENERGÍA EÓLICA

Vídeo 4 - Energías renovables: parque eólico y central solar fotovoltaica

5.- ENERGÍA MAREOMOTRIZ

Vídeo 5 - Energía del mar

Vídeo 6 - La energía del mar

6.- ENERGÍA GEOTÉRMICA

Vídeo 7 - Geotermia - La energía de la Tierra

8.- ENERGÍA DE LA BIOMASA Y RSU

Vídeo 8 - Biomasa - La energía de la naturaleza

Vídeo 9 - Planta de biomasa