Tecnología Industrial - Tema 3 FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

Transcripción

1 Tecnología Industrial - Tema 3 FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

2 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:

3 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)

4 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.

5 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.

6 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 hormigón Menor aporte de material Arcos múltiples: menor cantidad

7 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.

8 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.

9 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.

10 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.

11 Vídeo 1 - Central hidroeléctrica

12 Actividades 1, 2 y 3

13 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.

14 Turbina Francis: turbina de media presión. Cubre mayor rango de opciones. Saltos de altura superior a 200 m.

15 Turbina Kaplan: turbina de baja presión. Cuando el flujo de agua es fuerte y viene de una altura entre 20 y 200m

16 Vídeo 2 - Comparación de turbinas

17 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.

18 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.

19 Parque de alternadores y transformadores: Los alternadores actuales generan energía eléctrica a una tensión inferior a V. Se producen pérdidas de tensión, por el efecto Joule. Se debe elevar la tensión por encima de los V. (En el parque de transformadores).

20 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. P Útil = ŋ P

21 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 centrales hidroeléctricas. Generan unos 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).

22 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.

23 Actividades 4, 5 y 6.

24 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) c 2 (m 2 /s 2 ), siendo c = m/s Energía que se transmite al universo en forma de radiación.

25 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.

26 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.

27 Vídeo 3 - Cómo funciona la energía solar fotovoltaica

28 4.- ENERGÍA EÓLICA Vídeo 4 - Energías renovables: parque eólico y central solar fotovoltaica

29 5.- ENERGÍA MAREOMOTRIZ Vídeo 5 - Energía del mar Vídeo 6 - La energía del mar

30 6.- ENERGÍA GEOTÉRMICA Vídeo 7 - Geotermia - La energía de la Tierra

31 8.- ENERGÍA DE LA BIOMASA Y RSU Vídeo 8 - Biomasa - La energía de la naturaleza Vídeo 9 - Planta de biomasa