LA ENERGÍA EN NUESTRO ENTORNO

Transcripción

1 LA ENERGÍA EN NUESTRO ENTORNO 1

2 ENERGÍAS DEL FUTURO En la actualidad se está trabajando en nuevas fuentes de energía, algunas todavía en fase de investigación: fusión fría: supuesto efecto observado en 1989 por los científicos Fleischman y Pons otras en fase experimental pila de hidrógeno (pila de combustible): dispositivo que genera corriente eléctrica a partir de la unión de iones de oxígeno e hidrógeno y dando agua como subproducto 2

3 GENERACIÓN, TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE ELECTRICIDAD El sistema eléctrico de un país se compone de tres elementos: Producción o generación de electricidad Transporte Distribución 3

4 GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD Se lleva a cabo en las centrales eléctricas, sean térmicas, hidráulicas, nucleares, eólicas,... que proporcionan energía eléctrica en forma de CORRIENTE ALTERNA. Todas las centrales aportan la energía que producen a una única red de transporte, para lo cual, la tensión de salida de la central debe coincidir con la del punto de conexión a la red en tres parámetros: La tensión (Amplitud) Frecuencia Fase Basta con que uno de los tres parámetros difiera para que se produzca un cortocircuito entre dos puntos de diferente potencial eléctrico. Los alternadores de las centrales tienen una tensión de salida de 15 a 20kV. Mediante transformadores se eleva la tensión hasta los 400kV, antes de conectarla a la red de transporte. 4

5 TRANSPORTE DE ELECTRICIDAD El transporte se realiza en alta tensión para minimizar las pérdidas de energía en la línea de transporte: Si la tensión de trabajo es V, el transportar una cantidad de energía E en un tiempo t, precisa de una intensidad de corriente: E = V I t Las pérdidas de energía en la línea de transporte serán: E 2 = I RL t E EP = RL t V t P E I = V t Vemos que a mayor tensión de trabajo, menor es la energía perdida en la línea En las proximidades de los puntos de utilización, se reduce la tensión hasta 132kV en las subestaciones transformadoras, mediante transformadores reductores Las líneas que unen las centrales y las subestaciones transformadoras se denominan redes primarias 2 2 E E = V t P R 2 L 5

6 TRANSPORTE DE ELECTRICIDAD 6

7 DISTRIBUCIÓN DE ELECTRICIDAD Desde las subestaciones de transformación hasta las acometidas de los edificios finales se hallan las redes secundarias, en las cuales tenemos: Centros de transformación: Se hallan en las afueras de las ciudades Reducen el voltaje de 132kV a 20kV Casetas de transformación: Situadas dentro de las localidades. Reducen la tensión de 20kV a 380V (empresas y pequeñas fábricas) o 220V viviendas 7

8 COGENERACION Se define como el aprovechamiento de la energía residual procedente de la generación de energía eléctrica o mecánica. Ejemplo aplicado a una central térmica: 1.- Se calienta el agua hasta que pasa a vapor 2.- El vapor se conduce a la turbina 3.- La turbina gira impulsada por el vapor 4.- El alternador, arrastrado por la turbina, produce energía eléctrica 5.- La energía eléctrica se transporta por las líneas de AT 6.- Mediante un intercambiador de calor se extrae calor del vapor que sale de la turbina, que pasa a líquido 7.- Esta energía térmica se aprovecha canalizandola a un sistema de calefacción 8.- El agua procedente del intercambiador de calor vuelve a comenzar el ciclo Ejemplo aplicado a la industria: En algunas industrias, la energía eléctrica que necesitan la generan con grupos electrógenos propios accionados con motores diesel o turbinas de reacción. En estos casos, la energía térmica que se extrae en los sistemas de refrigeración también puede recuperarse mediante intercambiadores de calor y se aprovecha en los procesos de fabricación Si tienen excedente de energía eléctrica, pueden venderla a las compañías eléctricas 8

9 INSTALACIÓN DE TRANSFORMACIÓN DE ENERGIA: CALENTADOR 9

12 ENERGÍAS ALTERNATIVAS DE APOYO A LA VIVIENDA Las mas factibles de emplear son la energía eólica y la solar, que se aplican en: viviendas alojamientos turísticos casas rurales pequeñas industrias... El uso de una u otra formas de apoyo o la combinación de ambas dependerá de las condiciones climatológicas del punto de aplicación Existen subvenciones para la puesta en marcha de este tipo de instalaciones El posible excedente de energía puede venderse a las compañías eléctricas 12

13 NECESIDADES ENERGÉTICAS MINIMAS EN UNA VIVIENDA Es el primer paso para acometer una de estas instalaciones. Para ello: Conviene emplear electrodomésticos de eficiencia energética máxima (categorías A o B), sobre todo los que tienen un uso continuado. Aprovechar los momentos de más producción para emplear los aparatos de mayor consumo. Disponer de sistemas (baterías, depósitos,... ) para acumular el excedente de energía de los momentos de más producción. Racionalizar el uso de los distintos elementos de consumo. 13

14 DISEÑO DE LA INSTALACIÓN DE LA VIVIENDA 14

15 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE APOYO A LA INDUSTRIA 15

16 ÁNGULO DE INCIDENCIA DE LOS RAYOS SOLARES 16

17 RENDIMIENTO DE UN COLECTOR SOLAR 17

18 TABLAS DE RADIACIÓN SOLAR RADIACIÓN SOLAR DIARIA MEDIA RECIBIDA EN EL SUELO (Kcal/m2) ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO ALBACETE ,6 ALICANTE ,2 ALMERÍA ,4 ÁVILA ,5 BADAJOZ ,1 BARCELONA ,8 BILBAO ,5 BURGOS ,5 CACERES ,8 CADIZ ,6 CASTELLÓN ,6 CEUTA ,2 CIUDAD REAL ,6 CORDOBA ,7 CUENCA ,4 GERONA ,8 GRANADA ,8 GUADALAJARA ,4 HUELVA ,7 HUESCA ,4 JAEN ,7 LACORUNA ,6 LAS PALMAS ,4 LEÓN ,5 LÉRIDA ,3 LOGROÑO ,3 JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE MEDIA ANUAL MEDIA HORAS DE SOL AL DIA 18

19 TABLAS DE RADIACIÓN SOLAR RADIACIÓN SOLAR DIARIA MEDIA RECIBIDA EN EL SUELO (Kcal/m2) ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO LUGO ,2 MADRID ,7 MALAGA ,3 MELILLA ,4 MURCIA ,2 ORENSE ,9 OVIEDO ,7 PALENCIA PALMA DE MALLORCA ,7 PAMPLONA ,6 PONTEVEDRA ,3 S SEBASTIAN SALAMANCA ,8 SANTANDER ,8 SEGOVIA ,7 SEVILLA ,9 SORIA ,9 TARRAGONA ,2 TENERIFE ,9 TERUEL ,5 TOLEDO ,9 VALENCIA ,2 VALLADOLID ,1 VITORIA ,5 ZAMORA ,5 ZARAGOZA ,5 JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE MEDIA ANUAL MEDIA HORAS DE SOL AL DIA 19

20 DATOS CLIMATOLÓGICOS DATOS CLIMATOLÓGICOS TA: Temperatura ambiente media durante las horas de sol (ºC) Ta: Temperatura media del agua de red (ºC) ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ÁLAVA ALBACETE ALICANTE ALMERÍA ÁVILA BADAJOZ BALEARES BARCELONA BURGOS CADIZ CASTELLÓN CEUTA CIUDAD REAL CORDOBA CORUÑA CUENCA GIRONA GRANADA GUADALAJARA GUIPÚZCOA HUELVA HUESCA LEÓN LÉRIDA LOGROÑO

21 DATOS CLIMATOLÓGICOS DATOS CLIMATOLÓGICOS TA: Temperatura ambiente media durante las horas de sol (ºC) Ta: Temperatura media del agua de red (ºC) ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC LUGO MADRID MÁLAGA MELILLA MURCIA NAVARRA ORENSE OVIEDO PALENCIA PALMAS, PONTEVEDRA SALAMANCA SANTANDER SEGOVIA SEVILLA SORIA TARRAGONA TENERIFE TERUEL TOLEDO VALENCIA VALLADOLID VIZCAYA ZAMORA ZARAGOZA

22 ACERCA DE LA ORIENTACIÓN 22

23 EJEMPLO DE CÁLCULO Vamos a calcular la instalación de agua caliente sanitaria (ACS) necesaria en una vivienda partiendo de las premisas: situada en Cuenca (41º latitud norte). uso durante todo el año para 4 personas consumo de 60 litros a 38ºC por persona y día distribución de consumo mayoritario 50/50 puntualmente se quiera disponer de agua a un máximo de 65ºC Las características de los colectores elegidos son: k 1 =0,8 y k 2 =4,8 superficie de 1,5m 2. bombeo cuando exista una diferencia de 5ºC entre el depósito y los colectores. el volumen de líquido contenido en el colector es de 15 l/m 2 Deberemos determinar: el número de paneles necesarios y su inclinación la capacidad del depósito y el volumen de fluido transmisor 23

24 INCLINACIÓN FACTOR DE CORRECCIÓN Con estos datos: La inclinación de los paneles será β=37º Para el factor de corrección tomaremos un valor interpolado entre el promedio anual de 30º y 40º: Pr º Pr º 30 = 40 = 1,2 1,23 (1,23 1,2) 7 F37 º = 1,2 + = 1,

25 RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE De las tablas de datos climatológicos obtenemos el promedio anual de la temperatura ambiente Pr TA =13,58ºC. De las tablas de radiación solar obtenemos el promedio anual para Cuenca Pr RA =3580kcal/m 2 día y el promedio de horas de sol al día N H =7,4horas TA: Temperatura ambiente media durante las horas de sol (ºC) ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC CORDOBA CORUÑA CUENCA GIRONA GRANADA GUADALAJARA ENERO FEBRERO RADIACIÓN SOLAR DIARIA MEDIA EN Kcal/m2 MARZO ABRIL MAYO JUNIO CIUDAD REAL ,6 CORDOBA ,7 CUENCA ,4 GERONA ,8 GRANADA ,8 GUADALAJARA ,4 JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE MEDIA ANUAL MEDIA HORAS DE SOL AL DIA La radiación solar incidente perpendicular al panel y por hora se obtendrá considerando el factor de corrección F 37 º y la media de horas de sol al día: I = Pr F N RA 37º I = H 35801,221 = 582,824kcal / m 7,4 2 h 25

26 RENDIMIENTO ENERGÍA OBTENIDA La temperatura de salida del agua del panel será de 65ºC (la máxima temperatura que se desea utilizar) y por tanto, la de entrada T a 65-5=60ºC. η = k 1 k 2 ( T T I e A) η = (60 13,58) 0,8 4,8 = 0, ,824 Conocido el rendimiento del panel, podemos calcular la energía que nos proporciona cada m 2 panel al día: E = η Pr F37 = m 2 RA º,221 0,4177 E m = 1825,842kcal / 1 2 m 2 26

27 NÚMERO DE PANELES El consumo de agua caliente diario de 4 personas supone un volumen V=4 60=240 litros que equivale a 240kg. que habrán de calentarse desde la temperatura de abastecimiento de la red hasta la temperatura de uso. La temperatura de abastecimiento (promedio) la obtenemos de la tabla de datos climatológicos, Pr Ta =8,25ºC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC CORDOBA CORUÑA CUENCA GIRONA GRANADA GUADALAJARA E necesaria = e uso a DATOS CLIMATOLÓGICOS Ta: Temperatura media del agua de red (ºC) m c ( t t ) = 2401 (38 8,25) La energía necesaria al día será: E necesaria = 7140kcal Y la superficie y número de paneles: 7140 S = = 3,91m 1825, ,91 N paneles = = 2,6 3paneles 1,5 27

28 CAPACIDAD DEL DEPÓSITO Calculamos la capacidad del depósito considerando que acumulará m dep kg de agua a 65ºC, que una vez mezclada con agua fría, dará lugar a 240 litros de agua a 38ºC. m tuso = mdep tdep + ( muso mdep ) ta 240 (38 8,25) m dep = 38 = m 65 + (240 m ) 8, , dep dep m dep =125, 8kg V dep = 125, 8litros Dado el consumo mayoritario se distribuye en dos periodos, la capacidad de almacenamiento podría reducirse a la mitad. Por último queda calcular el volumen de fluido transmisor entre los colectores y el depósito, en caso de que se emplee un intercambiador de calor. V = R S V tr =15 3 1,5 = 67, 5litros tr ac 28

29 SELECCIÓN DE LA ENERGÍA MÁS ADECUADA SEGÚN EL LUGAR 29

30 COSTE ENERGÉTICO El coste energético de un local depende de las fuentes de energía que se utilicen. Normalmente se dispone de: Electricidad: Se suministra mediante la red de distribución nacional El consumo, en kwh, se determina mediante contadores de energía eléctrica, propiedad de la empresa suministradora y alquilados al cliente. La factura suele ser bimensual y se compone de varios conceptos:» energía consumida, al precio por kwh que la compañía suministradora establece» una cantidad fija por potencia contratada» un impuesto específico sobre electricidad» una tasa de alquiler de los equipos de medida (contadores)» el IVA correspondiente 30

31 COSTE ENERGÉTICO Combustibles: Propano: Butano Gas natural Gasóleo C Se pueden suministrar mediante Bombonas individuales Camiones cisterna para abastecer depósitos Canalizaciones En la facturación encontramos los conceptos:» Cantidad de gas consumido en kg (caso de gases licuados) o litros (líquidos)» Impuesto Especial de Hidrocarburos» Término Fijo» IVA 31

32 COSTE ENERGÉTICO El tipo de energía a emplear se deberá decidir considerando la adecuación o idoneidad en cada caso (facilidad de uso, fiabilidad, limpieza, residuos generados, precio,... 32