ENERGIA DE LA BIOMASA

Se conoce como biomasa a toda materia orgánica de origen vegetal o animal, y a la obtenida a

partir de ésta mediante transformaciones naturales o artificiales.

Las plantas, y los animales a través de ellas, almacenan energía gracias a la fotosíntesis, que

tiene lugar en presencia de la luz solar en combinación con agua, sales minerales y dióxido de carbono.

PROCESOS DE EXTRACCIÓN

De las plantas que tienen frutos aceitosos como las olivas, el maíz, girasol, etc., se pueden extraer sus aceites para utilizarlos como combustible. En algunos casos se procede al prensado en una almazara, como en el caso de las aceitunas:

En el caso de cereales oleaginosos, tras el molido se procede a disolver los aceites con benceno y otros disolventes que después se separan por decantación.

FUENTES DE BIOMASA

Residuos agrarios: Se transforman para obtener combustibles líquidos. Previamente deben ser tratados mediante un proceso que requiere energía previa
Residuos animales: estiércol, purines, camas o, también, descomposición de animales muertos o restos de mataderos. Se transforman para obtener biogás del tipo metano, que se usa como combustible para producir electricidad.
Residuos forestales
Residuos industriales (carpinterías, ...): Proceden de la industria maderera y papelera, siendo utilizados como combustible dentro del mismo sector que los produce, de la agrícola y agroalimentaria: frutos secos, aceite de oliva, conserva de frutas,...
Cultivos vegetales concretos para este fin:
Cultivos tradicionales: cultivos clásicos que se utilizan con fines alimenticios o
industriales y se emplean para obtener energía con plantaciones del tipo
leñoso: eucaliptos, álamos, sauces,...
Cultivos poco frecuentes: aquellos que han empezado a desarrollarse de forma
masiva por su interés energético: cardos, helechos, girasol, piteras,...
Cultivos acuáticos: Algas y jacintos de agua
Combustibles líquidos: Plantas leñosas que son transformadas en combustibles
alternativos semejantes a la gasolina, pero que apenas producen impacto
ambiental: palma, caucho,...
Residuos sólidos urbanos: Generados como consecuencia de la actividad humana: RSU y ARU(aguas residuales urbanas). Se tratan con varias técnicas: eliminación por vertedero: reciclaje-compostaje, e incineración con recuperación de energía.

PROCESOS TERMOQUÍMICOS

 A estos procesos también se les denomina obtención por vía seca, pues en el proceso no hay agua presente. Además de la simple combustión de leña al aire abierto, tenemos otros dos métodos:

Combustión pobre en oxígeno, que consiste en que los hidrocarburos se transforman mediante una combustión parcial en monóxido de carbono e hidrógeno una mezcla gaseosa conocida como gas pobre, que se puede volver a quemar en el interior de un motor. Con este método se suplió en España la falta de gasolina en los años 1940-1950, y era corriente ver vehículos, especialmente taxis, "de gasógeno"

Pirólisis, que es la carbonización de materia orgánica aplicando calor y no permitiendo la presencia de aire, como en la obtención del carbón vegetal, donde se quema una pequeña parte de leña en el centro de la carbonera, y el resto simplemente se cuece sin aire, eliminando todo lo que no sea carbono (humedad, nitrógeno y azufre principalmente).

Procesos físicos: 

Compactación o reducción de volumen para su tratamiento directo como combustible 

Secado para realizar posteriormente un tratamiento térmico 

Procesos termoquímicos: Se trata de someter a la biomasa a temperaturas elevadas. Así se tiene 

Combustión directa de la biomasa con aire: al quemar la biomasa, se obtiene calor para producir vapor que mueva una turbina que arrastra un alternador que produce electricidad. 

También se aprovecha para calefacción. La biomasa debe ser baja en humedad. 

Pirólisis: Consiste en un calentamiento sin la presencia de oxígeno. La materia orgánica se  descompone, obteniendo productos finales más energéticos. 

Gasificación: Oxigenación parcial o hidrogenación, que permite la obtención de hidrocarburos 

Procesos bioquímicos: Ciertos microorganismos actúan sobre la biomasa transformándolos 

Fermentación alcohólica (aerobia): Es el proceso de transformación de la glucosa en etanol por la acción de los microorganismos. El resultado es el bioalcohol, un combustible para vehículos. En Brasil, uno de cada tres vehículos funciona con etanol extraído de la caña de azúcar. 

Fermentación anaerobia: Consiste en fermentar en ausencia de oxígeno y durante largo tiempo la biomasa. Origina productos gaseosos (biogás), que son principalmente metano y dióxido de carbono. Este biogás se suele emplear en granjas para activar motores de combustión o calefacción 

Procesos químicos: En este caso en el proceso de transformación no intervienen microorganismos 

Transformación de ácidos grasos: Consiste en transformar aceites vegetales y grasas animales en una mezcla de hidrocarburos mediante procesos químicos no biológicos para crear un producto llamado Biodiesel, que sirve de combustible. Como materia prima se emplean, principalmente cereales, trigo, soja, maíz, ...

Tanto el bioalcohol, como el biogás y el biodiesel se llaman biocombustibles.

En definitiva, las tres grandes aplicaciones de la biomasa son:

Para calefacción.

Para mover turbinas-generadores, es decir, para obtener energía eléctrica

Como combustible de vehículos.

VENTAJAS

Soluciona los problemas que Se corre el riesgo de que, por una falta de control, se lleven a cabo

acarrea talas excesivas que agoten la masa vegetal de una zona la destrucción incontrolada de los residuos

Disminuye el riesgo de incendios en los bosques

Su uso significa una reducción en el consumo de otras fuentes de energía no renovables, tales como el

carbón o el petróleo

ENERGIA EOLICA

Energía eólica es la energia obtenida del viento, es decir, la energia cinetica generada por efecto de las corrientes de aire.Esta energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. En 2011 generó alrededor del 3% del consumo de electricidad mundial.
La energía del viento está relacionada con el calentamiento no uniforme de la superficie terrestre, la distribución de las corrientes de aire sería con aire caliente ascendente en el Ecuador, y aire frío descendente en los Polos, pero tambien hay que tener en cuenta la presencia de mares. Por lo que esto provoca una serie de corrientes de aire, y debido al movimiento de la tierra, aparecen vientos dominantes típicos de cada zona. 

Esta energía se ha aprovechado tradicionalmente mediante máquinas dotadas de aspas que recogen el aire para hacer girar un molino. Pero el giro también se puede aprovechar para obtener electricidad mediante aerogeneradores, que aprovechan hasta el 40% del viento. Éstos tienen un elemento provisto de varias palas que gira por acción del viento y transmite el giro a un generador eléctrico. Pueden tener una hélice. Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en espacios de tiempo breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de datos con una duración mínima de 20 años.

HISTORIA
La energía eólica no es algo nuevo, es una de las energías más antiguas junto a la energía térmica. El viento como fuerza motriz existe desde la antigüedad y en todos los tiempos ha sido utilizado como tal, como podemos observar. Tiene su origen en el sol. Así, ha movido a barcos impulsados por velas o ha hecho funcionar la maquinaria de los molinos al mover sus aspas. Pero, fue a partir de los ochenta del siglo pasado, cuando este tipo de energía limpia sufrió un verdadero impulso. La energía eólica crece de forma imparable a partir del siglo XXI, en algunos países más que en otros, pero sin duda alguna en España existe un gran crecimiento, siendo uno de los primeros países por debajo de Alemania a nivel europeo o de Estados Unidos a escala mundial. Su auge en parques eólicos es debido a las condiciones tan favorables que existe de viento, sobre todo en Andalucía que ocupa un puesto principal, entre los que se puede destacar el Golfo de Cádiz, ya que el recurso de viento es excepcional.

Energia Solar

03-Energía solar

• La energía producida por los rayos solares se esparce por todo el Universo.  La Tierra intercepta una parte de esa energía, que se puede aprovechar, pues supone, como media, la nada despreciable cantidad de 100 W por cada m² de suelo. Este valor se conoce como constante solar, y depende de factores como la posición del sol o la nubosidad.  Entre los distintos métodos de utilización de la energía solar se cuentan algunos tradicionales y otros tecnológicamente punteros. Pero todos se clasifican atendiendo a tres tipos de aprovechamiento: Pasivo, Térmico y Fotovoltáico.
  APROVECHAMIENTO PASIVO
  
  

   

  • Es el conjunto de métodos que usan la energía del sol de forma natural. En este apartado se cuenta el diseño de viviendas orientadas hacia el sur, la presencia de ventanas y claraboyas para la iluminación, los invernaderos o las desaladoras solares, como la del dibujo de la derecha.
   

   

   

  APROVECHAMIENTO TÉRMICO

   

  En este caso se hace uso del calor que produce la transmisión por radiación, y los sistemas utilizados se clasifican dependiendo de la temperatura que se alcanza, y tenemos:

   

  
  

  

  • Sistemas de baja temperatura (hasta 100º C): donde se incluyen los colectores solares, o sistemas de Agua Caliente Sanitaria (que se conocen por sus siglas A.C.S.), en los que se hace pasar agua por unas tuberías que absorben la radiación solar y la calientan. Para mejorar el rendimiento, se pintan todas las piezas de negro, y se colocan en una caja cubierta con vidrio para producir el efecto invernadero.

   

   

   

  Dentro de este grupo se encuentran también las torres de convección, método que consiste en calentar aire bajo unos paneles y conducirlo a una chimenea central en la que una turbina girará por efecto de la corriente de aire caliente.

   

  

  Proyecto de torre solar de Fuente del Fresno

   

  • Sistemas de media y alta temperatura (a partir de 100º C): que concentran la radiación del sol mediante espejos. Por los puntos calientes se hace pasar un fluido que recoge el calor, y con él se vaporiza agua para que ésta pase por turbinas que a su vez moverán el generador eléctrico. En este grupo existen:

  • Los colectores cilíndrico-parabólicos, que reflejan el sol hacia unas tuberías por las que circula un fluido que se calienta hasta 600º C.

   

  

   

  
  

  •  Los sistemas de torre central o campos de helióstatos, en los que se refleja la radiación solar mediante gran cantidad de espejos denominados helióstatos, para concentrarla en un punto por el que pasa un líquido que alcanza temperaturas de hasta 800º C.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

  • Los hornos solares son similares a los anteriores sistemas de torre central, pero los helióstatos inciden sobre otro espejo que concentra la radiación aún más, hasta alcanzar 5000º C en el punto de recogida.

  
  

  

  Horno solar en Odeille (Pirineo francés)

   

  APROVECHAMIENTO FOTOVOLTÁICO

  
  Con este sistema se utilizan células fotovoltaicas que generan una tensión entre sus extremos cuando reciben luz. Esto se debe a la existencia de dos tipos de materiales de silicio, uno con átomos de boro, que como tiene valencia 3, deja un “hueco” donde puede entrar un electrón que complete los cuatro electrones del silicio para completar su octeto, y se dice que es un material tipo P. El segundo material es silicio con átomos de fósforo de valencia 5, por lo cual “sobra” un electrón tras formarse los enlaces, constituyendo el material tipo N.
  

   

  

   

  Cuando el material N recibe energía, los electrones se movilizan y se establece la corriente a través de la capa P con un voltaje de 0,5 V. Se necesitan, por tanto, muchas células para producir una energía apreciable, los paneles solares normalmente tienen 36 células conectadas en serie para obtener 18 V. Además se necesitan baterías que se carguen de día para poder tener electricidad por la noche, pero con estos sistemas se alcanzan rendimientos hasta del 25%
  

   

  ÁLCULOS CON ENERGÍA SOLAR

  
  

  Ya sabemos que el suelo recibe una energía, que se evalúa en cada sitio de la Tierra mediante la constante solar k. Los cálculos con la energía solar se basan en esta constante solar:

  
  

  E = k · S · t

  P = k · S

  
  

  donde S es la superficie expuesta al sol y t el tiempo.
  Como siempre, hay que tener en cuenta que la energía o potencia útiles vienen afectadas por el rendimiento:
  

   

  

   

   

   

   

   

   

ENERGIA DEL MAR

• Energía del mar

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.

Alrededor de tres cuartas partes del planeta Tierra están cubiertas por agua. Ésto supone una inmensa masa que almacena energía por diversos métodos:

• energía gravitatoria  
• energía cinética debida a movimiento de agua 
• energía térmica que se recibe del Sol   

• Energía de las mareas

Debido a la atracción gravitatoria de la Luna y en menor medida del Sol, la superficie de los mares se levanta y baja dos veces al día:

 

Esta enorme cantidad de agua en movimiento es un recurso que se aprovecha llenando o vaciando una bahía cerrada por un dique. En el dique se instalan una batería de turbinas que pueden funcionar tanto en el llenado como en el vaciado, accionando generadores eléctricos.

• Energía de las olas

La energía undimotriz, o energía olamotriz, es la energía generada por el movimiento de las olas. Es menos conocida y extendida que otros tipos de energía marina, como la mareomotriz, pero cada vez se aplica más.

Algunos sistemas pueden consistir en:

• Una turbina anclada al fondo y con una boya unida a él con un cable. El movimiento de la boya se utiliza para mover un generador. Otra variante sería tener la maquinaria en tierra y las boyas introducidas en un pozo comunicado con el mar.
• Un aparato flotante de partes articuladas que obtiene energía del movimiento relativo entre estas partes. Como la "serpiente marina" Pelamis.
• Un pozo con la parte superior hermética y la berruga comunicada con el mar. En la parte superior hay una pequeña abertura por la que sale el aire expulsado por las olas. Este aire mueve una turbina, que genera la electricidad.
• Un volumen de agua contenido dentro de un tubo curvado (OWC HORIZONTAL - COLUMNA DE AGUA OSCILANTE HORIZONTAL inventada por Jorge Egúsquiza Loayza de Lima- Peru) sobre un bote o plataforma, cuando la ola hace oscilar al bote o plataforma, el volumen de agua contenido dentro del tubo oscila y empuja el aire hacia la turbina wells ubicada en un extremo del tubo, en el otro extremo sucede lo inverso, se produce un vacío y el aire al ocuparlo acciona la otra turbina. Basada en el principio de conservación del nivel.

Energía Hidroeléctrica

Energía Hidroeléctrica

El calor del sol calienta la superficie de los mares, transformando el agua en vapor que al enfriarse se transforma en nubes, lluvia y nieve. Tarde o temprano este agua vuelve al mar, cerrando el llamado ciclo del agua. Los griegos ya empleaban la rueda hidráulica o noria, en el siglo III a.C. para elevar agua hasta una acequia. Sin embargo, las primeras referencias detalladas de la rueda hidráulica, así como sus aplicaciones provienen del imperio romano, cuando aparecen la rueda hidráulica horizontal (o “molino romano”) y el molino de rueda vertical de paletas, que se denominaba “molino vitruviano”.

Más adelante, la rueda hidráulica se transformó en la gran máquina de la Edad Media, utilizándose en molinos harineros, en aserraderos, para accionar fuelles y martillos, para la batanadura de la lana; incluso fueron usadas en el proceso de extracción de los minerales en la famosa mina del Potosí, en Bolivia. Estas grandes ruedas hidráulicas medievales de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos de fuerza, gracias a la innovación tecnológica que supusieron las ruedas de carga superior.

 

Las máquinas utilizadas en la actualidad accionan los alternadores de una central hidroeléctrica para producir corriente eléctrica. Los tres tipos más corrientes son las turbinas Petlon, Francis y Kaplan, cada una apropiada para un desnivel o salto y un caudal de agua:

Salto	70 - 1.800 m	18 - 520 m	7 - 60 m
Caudal	0,1 - 50 m³/s	0,2 - 700 m³/s	0,7 - 1000 m³/s
Potencia	50 - 200.000 kW	50 - 750.000 kW	50 - 180.000 kW
Rendimiento	85 %	90%	95 %

Como muestra del tamaño real de estas turbinas tenemos las imágenes siguientes:

Rueda Pelton

Turbina Francis en la presa de las Tres Gargantas

Turbina Kaplan

 
Las centrales que aprovechan ríos con caudal constante a lo largo del año tienen un simple dique para retener agua y la llevan hasta la turbina mediante una tubería. Son las presas fluyentes. Es más corriente disponer de un muro o presa que retenga el río, formando un embalse, y éste puede aprovecharse para regadío, abastecimiento de agua potable o para generación eléctrica. Son centrales de regulación, cuyo esquema es el que se puede ver más abajo.

En ambos casos, la presa retiene al agua por dos posibles principios:

• Cuando es el peso del propio muro el que sujeta, se habla de presas de gravedad.

• En las presas de bóveda, el muro forma un arco, con lo que esfuerzo se descarga sobre las montañas que cierran el embalse.

aunque las presas reales adaptan ambos principios en la medida de lo posible.




PRESAS DE GENERACIÓN
Las centrales hidroeléctricas suelen ser presas de regulación, y su esquema es el siguiente: por el interior de la presa discurre la conducción, que se estrecha formando una tubería forzada al llegar a la turbina. Para evitar sobrepresiones hay chimeneas de equilibrio por cada tubería, y en los cimientos hay pozos de drenaje para extraer el agua del subsuelo, que podría llegar a levantar la construcción por efecto de la presión de la humedad en el suelo.
En la parte superior del muro existen siempre aliviaderos para que rebose agua sobrante, y además se colocan compuertas para el vaciado en previsión de lluvias fuertes.

La energía del agua hace girar a las turbinas, y éstas impulsan a los alternadores de la central, que generan corriente alterna a unos 15.000 V. Esta corriente se eleva hasta los 400.000 V en los transformadores, y a este valor se transporta a través de la red eléctrica.
Para aprovechar la energía excedente de centrales térmicas en horas de bajo consumo, se eleva agua desde embalses inferiores con el fin de almacenar agua para las horas punta de consumo. En este caso se habla de centrales de bombeo, que en algunos casos pueden ser presas construidas en la cima de una montaña expresamente para este cometido.

VENTAJAS E INCONVENIENTES
La influencia que tiene un embalse en el medio ambiente se puede valorar con los siguientes puntos, que en algunos casos pueden ser ventajas e inconvenientes a la vez:

• Se evitan inundaciones en temporada de lluvias.

• Cambia las condiciones de humedad ambiental y acuíferos subterráneos.

• Se sedimentan arenas y materias orgánicas que no seguirán río abajo. Esto, además es causa de que las presas se colmaten entre 40 y 200 años.

• El agua almacenada tiene multitud de fines, de regadío, consumo, recreo,...

• Se inunda una extensión importante de territorio, inutilizando tierras de labor y bosques.

CÁLCULOS CON ENERGÍA HIDRÁULICA
Ya sabemos que el agua almacenada en el embalse tiene una altura o salto, y esta diferencia de altura respecto a la turbina se transforma en energía cinética del agua. La energía del agua se aprovecha para girar la turbina que está unida al alternador, y éste genera electricidad. Las expresiones de la potencia del agua pueden ser cualquiera de las dos siguientes, y se usa una u otra dependiendo de que se conozca el salto o la velocidad del agua:

P = Q · d · g · h

P = ½ ·Q · d · v²

donde:

• Q: caudal del agua
• d: densidad del agua (1000 kg/m³)
• g: aceleración de la gravedad
• h: salto
• v: velocidad de paso del agua por la turbina

Para ver cómo se obtienen ambas expresiones, pulsa aquí para visitar la demostración

Esas dos fórmulas corresponden a la potencia que desarrolla el agua. Pero en la turbina hay rozamientos, torbellinos de agua, etc. que se valoran mediante su rendimiento. A su vez, en el alternador se pierde energía en forma de calor, por efectos electromagnéticos, etc., y también tiene un rendimiento. En ambos casos, el rendimiento viene dado por la expresión: