SUMARIO PARTE I. INTRODUCCIÓN... 1 CAPITULO 1. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE ENERGÍA... 3 CAPÍTULO 2. RECURSOS NATURALES... 21

Transcripción

1 PARTE I. INTRODUCCIÓN... 1 CAPITULO 1. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE ENERGÍA Concepto y definición de energía Formas de la energía Calidad de la energía Unidades de medida de la energía Leyes de conservación y disipación de la energía Eficiencia de la energía, trabajo y potencia Principios de la termodinámica Primer principio de la termodinámica Segundo principio de la termodinámica CAPÍTULO 2. RECURSOS NATURALES Tipos de recursos naturales El Sol como fuente primaria Recursos energéticos Petróleo Carbón Gas natural Reservas y consumo de combustibles fósiles de algunos países latinoamericanos Impactos ambientales de los hidrocarburos fósiles CAPÍTULO 3. ENERGÍA ELÉCTRICA Elementos de electrostática Corriente eléctrica... 39

2 XIV sumario 3.3 Magnetismo y electromagnetismo Campo magnético Fuerza electromotriz inducida Máquinas eléctricas Generador eléctrico Motor eléctrico Transformadores Transmisión y distribución de la energía eléctrica Situación de la energía eléctrica en algunos países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Ejercicios y preguntas CAPÍTULO 4. ENERGÍA ELECTROQUÍMICA Reacciones de oxidación y reducción Celdas electroquímicas Potencial estándar de electrodos Potencial estándar del electrodo de hidrógeno Potencial estándar de otros electrodos Potenciales de electrodos en condiciones no estándar Pilas, baterías y celda de combustión Baterías o pilas primarias Baterías secundarias Celda de combustible Usos y características de las pilas y baterías Impacto ambiental de las pilas y baterías usadas Ejercicios y preguntas Fuentes de Energía. Renovables y no renovables

3 XV 2ª PARTE. FUENTES DE ENERGÍAS NO RENOVABLES. APLICACIONES CAPÍTULO 5. ENERGÍA TÉRMICA Calor latente y calor específico Calor latente Calor específico Transferencia de calor Conducción del calor Convección del calor Radiación del calor Transferencia general de calor Termoquímica Máquinas térmicas Fundamento de las máquinas térmicas Eficiencia energética de la máquina de vapor Eficiencia energética de los motores Otto y Diesel Eficiencia energética de refrigeradores, acondicionadores de aire y bombas de calor Centrales termoeléctricas Centrales termoeléctricas de un ciclo Caldera de vapor Turbina de vapor Condensador Centrales de ciclo combinado Impacto ambiental de las centrales termoeléctricas y tecnologías de abatimiento de emisiones Ejercicios y preguntas CAPÍTULO 6. ENERGÍA NUCLEAR Estructura del átomo Isótopos

4 XVI sumario 6.3 Radiactividad Fisión nuclear Reactores nucleares Reactor de agua a presión Otros reactores de fisión nuclear Enriquecimient0 del uranio Manejo de los productos de desintegración del uranio Fusión nuclear Impacto ambiental de las centrales de fisión nuclear Accidentes nucleares más significativos Ventajas del combustible nuclear sobre los combustibles fósiles Situación de la energía nuclear en algunos países latinoamericanos México Argentina Ejercicios y preguntas ª PARTE.FUENTES DE ENERGÍAS RENOVABLES. APLICACIONES CAPÍTULO 7. LA TIERRA Y LA BIÓSFERA Origen, dimensiones y movimientos de la Tierra Líneas divisorias de la Tierra y posicionamiento geográfico Componentes de la Tierra Características de los ecosistemas Factores bióticos y abióticos de los ecosistemas Factores bióticos Factores abióticos Flujo de energía en los ecosistemas Estructura trófica de los ecosistemas Impacto ambiental por empleo de energía Impacto en la atmósfera Fuentes de Energía. Renovables y no renovables

5 XVII Impacto en la hidrósfera Impacto en el suelo Impacto sobre la biósfera Consumo de energía en la sociedad actual Huella ecológica Ejercicios y preguntas CAPÍTULO 8. ENERGÍA SOLAR El Sol: principal fuente de energía de la Tierra Características de la radiación solar Flujo y balance de energía en la Tierra Energía solar como regulador del clima y la biota Radiación solar en algunos países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Estimación y medición de la radiación solar Captación de la energía solar térmica Utilización de la energía solar térmica Fundamento de la utilización de la energía solar térmica en colectores solares planos Tecnologías de la energía solar térmica para calentar agua y para calefacción Diseño de un sistema solar térmico con colectores planos para obtener agua caliente sanitaria Características de la vivienda y cálculo de su consumo energético Dimensionamiento de la instalación Componentes y características del sistema solar térmico Viabilidad económica del proyecto

6 XVIII sumario Beneficio ambiental del sistema solar térmico Tecnologías para la conversión de energía solar térmica en energía eléctrica Concentradores Cilindros Parabólicos (CCP) Concentradores discos parabólicos Concentradores de torre central con campo de helióstatos Almacenamiento de calor mediante sales fundidas Energía solar fotovoltaica Fundamento de la energía solar fotovoltaica Tecnologías para la utilización de la energía solar fotovoltaica Diseño de una planta de energía solar fotovoltaica aislada Definición del tipo de planta Determinación del consumo Caracterización de la localización Caracterización y dimensionado de los componentes Impactos ambientales de la energía solar térmica y solar fotovoltaica Aprovechamiento de la energía solar en algunos países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Ejercicios y preguntas CAPÍTULO 9. ENERGÍA DE LA BIOMASA Ciclo biológico del carbono Producción y productividad de biomasa Clasificación de la biomasa Características de la biomasa aprovechable Fuentes de Energía. Renovables y no renovables

7 XIX 9.5 Composición y combustión de la madera Características de los biocombustibles líquidos Biometanol Bioetanol Biobutanol Biodiesel Características de los biocombustibles gaseosos Biogás Biohidrógeno Tecnologías para el aprovechamiento de los biocombustibles Combustión directa Combustión en hornos para secado Combustión en calderas para generar electricidad Combustión mixta Combustión de residuos forestales para centrales termoeléctricas Procesos termoquímicos Pirólisis Gasificación Biometanol vía gas de síntesis Biohidrógeno vía gas de síntesis Biodiesel vía gas de síntesis Diseño de planta piloto para generar electricidad vía gas de síntesis Descripción del sistema Cálculo del gasificador de flujo descendente Dimensionamiento de los equipos principales Balances de materia y energía Procesos bioquímicos Bioetanol Biobutanol Biodiesel Biogás

8 XX sumario 9.9 Producción y aprovechamiento de biocombustibles en algunos países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Impacto ambiental de los biocombustibles Ejercicios y preguntas CAPÍTULO 10. LA ATMÓSFERA Y LA ENERGÍA EÓLICA Atmósfera: estructura, composición y propiedades Estructura Composición Propiedades Clima y tiempo atmosférico Factores que determinan el clima y el tiempo atmosférico Contaminación del aire Cambio climático Gases de efecto invernadero Cambio climático producido por los GEI Impactos globales producidos por el cambio climático Energía y cambio climático Clasificación y distribución de los climas en algunos países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Antecedentes históricos del uso del viento Circulación general de la atmósfera Dirección y velocidad del viento Tipos de vientos inmediatos a la superficie Fuentes de Energía. Renovables y no renovables

9 XXI Vientos o brisas costeras Vientos de montaña Vientos originados por una barrera orográfica Vientos en valles encajonados Principios de la conversión de energía eólica en eléctrica Características técnicas de los aerogeneradores Aerogeneradores de eje horizontal Aerogeneradores de eje vertical Aerogeneradores de tracción directa Parques eólicos Impactos ambientales de los parques eólicos Potencial y estado actual de la energía eólica en países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Ejercicios y preguntas CAPÍTULO 11. LA HIDRÓSFERA Y LA ENERGÍA HIDRÁULICA La hidrósfera Propiedades del agua y su importancia en la naturaleza Estructura del agua Propiedades físicas del agua Ciclo hidrológico y precipitaciones Ciclo hidrológico externo e interno Fases del ciclo hidrológico Alteraciones del ciclo hidrológico Precipitaciones Balance hídrico Distribución y calidad del agua en la hidrósfera Cuencas hidrográficas

10 XXII sumario Aguas superficiales Ríos Lagos Glaciares Aguas subterráneas Gestión integrada del recurso hídrico. Huella hídrica Gestión integrada del agua Huella hídrica Aprovechamiento del agua para generación de energía eléctrica Principios de la conversión de energía hidráulica en eléctrica Centrales hidroeléctricas Centrales hidroeléctricas de embalse Impactos ambientales de las centrales hidroeléctricas de embalse Centrales hidroeléctricas de pasada Bases para el diseño de una central minihidroeléctrica Potencial y estado actual de la energía hidroeléctrica en algunos países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Ejercicios y preguntas ª PARTE. OTRAS FUENTES DE ENERGÍAS RENOVABLES. APLICACIONES CAPÍTULO 12. ENERGÍA DEL MAR Distribución geográfica y características de las aguas oceánicas Movimientos de las aguas marinas Energía térmica oceánica Fuentes de Energía. Renovables y no renovables

11 XXIII 12.4 Energía de las mareas Tipos y características de las mareas Aprovechamiento de la energía de las mareas para producir electricidad Energía de las olas Tipos y características de las olas Aprovechamiento de la energía de las olas para producir electricidad Convertidores instalados en la costa Convertidores instalados en el mar Potencial de la energía del mar en algunos países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Ejercicios y preguntas CAPÍTULO 13. ENERGÍA GEOTÉRMICA Estructura interna de la Tierra Origen y distribución de los recursos geotérmicos Estructura de los recursos geotérmicos Tipos de recursos geotérmicos según su naturaleza y aplicación Recursos de alta temperatura Recursos de temperatura media Recursos de baja temperatura Usos de la energía geotérmica Exploración de reservorios geotérmicos para ejecutar un proyecto eléctrico Estudios previos a la perforación exploratoria Perforaciones de pozos exploratorios Generación de electricidad mediante energía geotérmica Tipos de centrales geotermoeléctricas

12 XXIV sumario Centrales de flash simple Centrales de flash doble Centrales de ciclo binario Centrales de rocas calientes secas Uso directo del calor interno de la Tierra Funcionamiento y eficiencia de la bomba de calor geotérmica Tecnología del sistema bomba de calor geotérmica Características de los captadores Variables del intercambio de calor en los captadores. Material de fabricación Diseño de un sistema de climatización geotérmico de una casa Características de la casa Determinación de cargas térmicas para climatización Cálculo de la transmitancia térmica de los cerramientos Cálculo de la transmitancia térmica de fachadas Determinación de cargas térmicas de refrigeración Cálculo de la carga térmica externa de refrigeración Cálculo de la carga térmica interna de refrigeración Determinación de cargas térmicas de calefacción Resultados del cálculo de climatización Elección de la bomba de calor geotérmica y del sistema interior de refrigeración y calefacción Diseño de un sistema geotérmico de agua caliente sanitaria Cálculo para instalar un sistema geotérmico de agua caliente sanitaria Diseño del intercambiador de calor enterrado de la bomba de calor geotérmica Impacto ambiental de la explotación de la energía geotérmica Fuentes de Energía. Renovables y no renovables

13 XXV Situación de la energía geotérmica en algunos países latinoamericanos México Colombia Argentina Chile Ejercicios y preguntas CAPÍTULO 14. EMPLEO EFICIENTE Y SUSTENTABLE DE LA ENERGÍA Motivación para la eficiencia energética Mejoras en la eficiencia energética de la industria Eficiencia en la generación y distribución de la energía eléctrica Eficiencia energética en el transporte Eficiencia energética en la vivienda Eficiencia energética en los artefactos domésticos Eficiencia energética en la iluminación de interiores y exteriores Origen del concepto de desarrollo sustentable Desarrollo sustentable de la energía