FUENTES
DE ENERGÍA.
JULIÁN
RICARDO ZAPATA ROZO (2142170)
NEDYS
TAVERA SÁNCHEZ (2140110)
UNIVERSIDAD
INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA
DE GEOLOGÍA
INTRODUCCIÓN
A GEOCIENCIAS
BUCARAMANGA,
SANTANDER
2014
FUENTES
DE ENERGÍA.
JULIÁN
RICARDO ZAPATA ROZO (2142170)
NEDYS
TAVERA SANCHEZ (2140110)
TRABAJO
PRESENTADO A:
GEÓLOGO
AMBIENTAL JAVIER ENRIQUE PEÑA MANOSALVA
DOCENTE
UNIVERSIDAD
INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA
DE GEOLOGÍA
GRUPO
P43
INTRODUCCIÓN
A GEOCIENCIAS
BUCARAMANGA,
SANTANDER
2014
INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo fue
elaborado con fines académicos tras una rigurosa consulta y compilación de
información de distintas fuentes; corresponde a la sustentación de las
exposiciones asignadas un vez terminado el capítulo de rocas ígneas.
El tema a tratar es Fuentes
de Energía, enfocándonos en qué son cada una, su origen, forma de
aprovechamiento, usos y rocas asociadas.
El trabajo cuenta con una estructura de presentación para su fácil
comprensión, además cuenta con algunas imágenes ilustrativas y videos sobre
algunos procesos que se describen.
A lo largo del trabajo
veremos que la principal forma de aprovechar energía es por obtención de
energía calórica para producir vapor de agua y que este mueva una turbina que a
su vez alimenta a un generador eléctrico y así se genere energía eléctrica. Tal
es el caso de la energía nuclear, combustibles fósiles e incluso la geotermia.
(Para el caso de la hidráulica se aprovecha es el movimiento o caída del agua).
Basados en esto, este sería el esquema de una central térmica (que presenta un
serio problema: las mejores turbinas no
son capaces de transformar ni la mitad de la energía, es decir, entre el paso
de la energía calórica a la energía eléctrica se pierde la mitad y en
ocasiones, se aprovecha un 30% o menos).
EL CARBÓN
Datos básicos
¿Qué es?
El carbón o carbón
mineral es una roca sedimentaria
organoclástica de color negro, muy rica en carbono y con cantidades
variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y
nitrógeno, utilizada como combustible fósil. La mayor parte del carbón se formó
durante el período Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años).
Las rocas asociadas al carbón son
principalmente pizarras arcillosas, aunque también son comunes las areniscas, y
las calizas de grano fino constituyen también una parte importante de las
formaciones marinas.
Origen:
En
eras geológicas remotas, y sobre todo en el periodo carbonífero (que comenzó hace 362,5 millones de
años), grandes extensiones del planeta estaban
cubiertas por una vegetación abundantísima que crecía en pantanos. Al morir las
plantas, quedaban sumergidas por el agua y se producía la descomposición
anaeróbica de la materia orgánica. Debido a la acción de las bacterias
anaeróbicas, la materia orgánica fue ganando carbono y perdiendo oxígeno e
hidrógeno, y se formaron las turberas( La formación de turba constituye la
primera etapa del proceso por el que la vegetación se transforma en carbón);
este proceso, unido a los incrementos de presión por las capas superiores, así
como los movimientos de la corteza terrestre y, en ocasiones, el calor
volcánico, comprimieron y endurecieron los depósitos con el paso del tiempo, y
provocaron cambios físicos y químicos en los restos orgánicos.
Las vetas oscilan entre 0,6 y 2,5 m de
espesor, a profundidades entre 12 y 50 ó más metros, aunque hay algunos puntos
en que han aflorado. Los lignitos proceden de carbonizaciones de 50 millones de
años, y los principales yacimientos se encuentran en Canadá, México y Alemania.
La composición de los diferentes carbones
es la siguiente (partiendo de la composición de la madera:
Potencial Enegético:
Formas de aprovechamiento:
Desde el punto de
vista energético el carbón se aprovecha para producir calor (quemándolo, es
decir, haciendo que reaccione con el oxígeno del aire) y con él, evaporar agua
para mover una turbina, transformándola en energía mecánica y ésta,
posteriormente, en eléctrica. También se emplea su energía para fundir el
mineral de hierro en los altos hornos y para obtener diversos productos en la
industria química. (También existen procedimientos para convertir el carbón en
combustibles líquidos y gaseosos).
Es la mayor fuente de
combustible usada para la generación de energía eléctrica. Más de la mitad de
la producción total de carbón a nivel mundial, provee actualmente cerca del 40%
de la electricidad producida mundialmente. Muchos países son altamente
dependientes del carbón para su electricidad; El carbón es también
indispensable para la producción de hierro y acero; casi el 70% de la
producción de acero proviene de hierro hecho en altos hornos, los cuales
utilizan carbón y coque.. La mayoría de las plantas de cemento del mundo son
alimentadas con carbón
El carbón se utiliza
en la industria siderúrgica, como coque, la industria metalúrgica, los sistemas
de calefacción central, la producción de gas y otros combustibles sintéticos y
en las centrales carboeléctricas.
Los carbones
bituminosos son coquizables, es decir, que mediante un proceso de destilación
se elimina la materia volátil del carbón, quedando un carbón de muy buena
calidad que se denomina coque y que es de gran utilidad en la industria
siderúrgica (producción de hierro y acero, este último es precisamente una
aleación de hierro y carbono) y metalúrgica.
Los carbones
subituminosos, llamados de flama larga por la forma en que se realiza la
combustión, no se pueden transformar en coque y se utilizan en las centrales
carboeléctricas
Todos los tipos de
carbón tienen alguna utilidad. La turba se utiliza desde hace siglos como
combustible para fuegos abiertos, y más recientemente se han fabricado
briquetas de turba y lignito para quemarlas en hornos. La siderurgia emplea
carbón metalúrgico o coque, un combustible destilado que es casi carbono puro.
El proceso de producción de coque proporciona muchos productos químicos
secundarios, como el alquitrán de hulla, que se emplean para fabricar otros productos.
El carbón también se utilizó desde principios del siglo XIX hasta la II Guerra
Mundial para producir combustibles gaseosos, o para fabricar productos
petroleros mediante licuefacción. La fabricación de combustibles gaseosos y
otros productos a partir del carbón disminuyó al crecer la disponibilidad del
gas natural. En la década de 1980, sin embargo, las naciones industrializadas
volvieron a interesarse por la gasificación y por nuevas tecnologías limpias de
carbón. La licuefacción del carbón cubre todas las necesidades de petróleo de
Suráfrica.
Ciertos productos de
la combustión del carbón pueden tener efectos perjudiciales sobre el medio
ambiente.
Duración prevista:
En conjunto, a este
ritmo de producción las reservas globales se agotarían en 204 años. Obviamente,
en la medida que el carbón (licuado o
gasificado) sustituya al petróleo y al
gas, estas reservas sufrirán una drástica
disminución. En este caso, actuales recursos podrían pasar a la
consideración de reservas, si económica y
técnicamente fuera factible.
El proceso productivo
El proceso productivo
encaminado al empleo del carbón como fuente de energía primaria comprende las
siguientes fases: Extracción del material en la mina (laboreo), transporte del
carbón en bruto hasta pie de central; procesado del carbón hasta convertirlo en
un polvo fino; combustión del carbón en una caldera para su conversión en calor
(vapor de agua recalentado y a alta presión); conversión del vapor en energía
mecánica por medio de una turbina; conversión de la energía mecánica en energía
eléctrica por medio de un generador eléctrico; transporte de la electricidad
producida al exterior (energía final) El proceso incluye también la eliminación
de algunos residuos de la combustión, como son las cenizas y algunos volátiles.
Para
utilizar la energía atrapada en el carbón para producir electricidad, se
pulveriza y quema en hornos que calientan estanques de agua que es transformada
en vapor. Este vapor es posteriormente utilizado para hacer girar turbinas
conectadas a generadores de electricidad. En el proceso se pierde la mayor
parte de la energía del carbón como calor. Las turbinas más eficientes
construidas actualmente son capaces de transformar sólo el 35% de en
electricidad, el 65% restante se pierde, se habla de una eficiencia energética
del 35%, en las turbinas más antiguas es de un 30% o menos. Las centrales
eléctricas obtienen unos 2 kWh por kilógramo de carbón. Como quemar 1 kg de
carbón produce 1,83 kg de CO2, podemos afirmar que por cada kwh estas centrales
producen 0,915 kg de CO2 (0,254 kg CO2/MJ). El petróleo genera 890 g CO2/kWh y
el gas natural 600 g CO2/kWh. Las emisiones de las centrales nucleares, plantas
hidroeléctricas y de energía eólica son del orden de las 6 g CO2/kWh.
Inconvenientes:
El
carbón es el más sucio de todos los combustibles ya que genera la mayor
cantidad de CO2 por kilo quemado. No sólo produce CO2, sino también grandes
cantidades de dióxido de sulfuro (SO2). El carbón reacciona también con el
nitrógeno e hidrógeno del aire para formar HCN y nitrato de sulfuro (SNO3),
elementos muy tóxicos. Su combustión
también genera lluvia ácida de dos formas, tanto por el SO2 que reacciona con
el oxígeno del aire para formar SO3, que a su vez reacciona con las moléculas
de agua en la atmósfera para formar ácido sulfúrico, como cuando las moléculas
de CO2 reaccionan con el agua para formar ácido carbónico (h5CO3). Aunque es
posible reducir el SO2 en la planta, el ácido carbónico es mucho más difícil de
prevenir.
Existen
tecnologías “limpias” para la explotación del carbón, pero usarlas baja la
rentabilidad por lo que la industria no suelen usarlas tanto.
El coque: es
un combustible sólido formado por la destilación de carbón bituminoso calentado
a temperaturas de 500 a 1100 °C sin contacto con el aire.1 2 3 El proceso de
destilación implica que el carbón se limpia de alquitrán, gases y agua.3 Este
combustible o residuo se compone en 90 a 95% de carbono.
EL
PETRÓLEO
El producto es un compuesto
químico complejo en el que coexisten partes sólidas, líquidas y gaseosas. Lo
forman, por una parte, unos compuestos denominados hidrocarburos, formados por
átomos de carbono e hidrógeno y, por otra, pequeñas proporciones de nitrógeno,
azufre, oxígeno y algunos metales. Se presenta de forma natural en depósitos de
roca sedimentaria y sólo en lugares en los que hubo mar.
Su color es variable, entre
el ámbar y el negro y el significado etimológico de la palabra petróleo es
aceite de piedra, por tener la textura de un aceite y 1 encontrarse en yacimientos de roca sedimentaria.
Origen: los
restos de animales y plantas, cubiertos por arcilla y tierra durante muchos
millones de años sometidos por tanto a grandes presiones y altas temperaturas,
junto con la acción de bacterias anaerobias provocan la formación del
petróleo. El hecho de que su origen sea
muy diverso, provoca que su presencia sea también muy
variada: líquido, dentro de rocas porosas y entre los huecos de las
piedras; volátil, es decir, un líquido que se vuelve gas al
contacto con el aire; semisólido, con textura de ceras.
Localización: al
ser un compuesto líquido, su presencia no se localiza habitualmente en el lugar
en el que se generó, sino que ha sufrido previamente un movimiento vertical o
lateral, filtrándose a través de rocas porosas, a veces una distancia
considerable, hasta encontrar una salida al exterior en cuyo caso parte se
evapora y parte se oxida al contactar con el aire, con lo cual el petróleo en
sí desaparece o hasta encontrar una roca no porosa que le impide la salida.
Entonces se habla de yacimientos.
Estratigráficos: En forma de cuña alargada que se inserta entre
dos estratos.
Anticlinal: En un repliegue del subsuelo, que almacena el petróleo en el
arqueamiento del terreno.
Falla: Cuando el terreno se fractura, los estratos que antes coincidían
se separan. Si el estrato que contenía petróleo encuentra entonces
una roca no porosa, se forma la bolsa o yacimiento.
En las últimas décadas se ha desarrollado enormemente la búsqueda de
yacimientos bajo el mar, los
cuales, si bien tienen similares características que los terrestres en cuanto
a estructura de las bolsas,
presentan muchas mayores dificultades a la hora de su localización y, por
añadidura, de su explotación.
El petróleo no se encuentra distribuido de manera uniforme en el
subsuelo hay que tener presencia de al menos cuatro condiciones básicas para
que éste se acumule:
Debe
existir una roca permeable de forma tal que bajo presión el petróleo pueda
moverse a través de los poros microscópicos de la roca.
|
|
El
yacimiento debe comportarse como una trampa, ya que las rocas impermeables
deben encontrarse dispuestas de tal forma que no existan movimientos
laterales de fuga de hidrocarburos.
|
|
Debe
existir material orgánico suficiente y necesario para convertirse en petróleo
por el efecto de la presión y temperatura que predomine en el yacimiento.
|
La
búsqueda de petróleo o gas se enfrenta con el hecho de que la superficie
de la tierra tiene una historia complicada.
Los geo científicos saben que parte de la corteza terrestre, que abarcan
continentes y océanos, se han trasladado con relación a otras. Cuando los
continentes se separaron, zonas que eran tierra quedaron sumergidas por el mar: esas zonas se
convirtieron en lugares de deposición de rocas sedimentarias. Al producirse
colisiones las enormes fuerzas originadas levantaron cadenas de montañas,
estrujaron las rocas en plegamientos y las echaron unas sobre otras, para
formar estructuras complejas. Algunas de éstas son favorables
para la acumulación de petróleo.
Una de
las estructuras más comunes es el anticlinal, cuyas capas forman un arco hacia
arriba o en forma convexa, con las capas antiguas cubiertas por las más
recientes y se estrechan con la profundidad. Debajo del anticlinal, puede
encontrarse un yacimiento de hidrocarburos, sellado por una capa impermeable.
Si se perfora un pozo a través de esta cubierta, hasta llegar al yacimiento, se
puede sacar petróleo a la superficie.
Fig.2.-
Trampas estratigráficas: lentes de arena donde el petróleo se encuentra
impregnado entre los granos (poros). Estos lentes se encuentran rodeados por
material impermeable que actúa como roca sello.
Fig.3.-
Trampas estructurales: responde a fractura, fallamiento donde se desplaza un
bloque respecto del otro, y a plegamiento. El petróleo se acumula en los
laterales de la falla y en la cresta de los pliegues.
El
petróleo no suele encontrarse en el lugar en el que se genera. La generación de
petróleo se produce a partir de la materia orgánica que se encuentra en sedimentos de
grano fino, como arcillas; a estos sedimentos se les llama rocas madre.
Posteriormente el petróleo se traslada a sedimentos de grano más grueso, como
areniscas, por medio de un proceso llamado migración; A veces el petróleo no encuentra obstáculos en su
migración, por lo que sale o brota, a la superficie como un manantial
(así el Hombre conoció la existencia de petróleo) o bien
queda entrampado. Las trampas son sitios del subsuelo donde existen condiciones
adecuadas para que se acumulen los hidrocarburos, éstas se caracterizan por la
presencia de rocas porosas y permeables conocidas como rocas almacén o reservorios, donde se acumulan o almacenan
los hidrocarburos bordeados de capas de rocas impermeables o rocas sello que
impiden su migración.
Existen
dos tipos de migración: primaria, desde la roca madre al almacén, y secundaria,
dentro de la roca almacén. Mientras que la migración primaria se produce
siempre a través de cortas distancia, la secundaria se puede dar a distancias
muy largas.
Los
reservorios tienen tres propiedades cuyo conocimiento resultan fundamentales para conseguir el
máximo rendimiento en la exploración y producción de hidrocarburos.
Les
principales ruacas sedimentaríais en la cuales se encuentra petróleo en la
naturaleza son: arenas, areniscas, calizas y dolomitas. Las arcillas y
arcillolitas son impermeables estas son rocas de sello.
Porosidad
Porosidad
La
porosidad es la medida de los espacios huecos en una roca, y resulta
fundamental para que ésta actúe como almacén:
Porosidad = % (volumen de huecos / volumen total) x 100
Porosidad = % (volumen de huecos / volumen total) x 100
La
porosidad se expresa como ø. Casi todos los almacenes tienen un ø entre 5% y 30%, y la mayoría
entre 10% y 20%.
Existen
varios tipos de porosidad según la conexión de sus poros:
Conectada: poros conectados por un solo
lado.
Interconectada: poros conectados por varios
lados. Las corrientes de agua pueden desalojar el gas y el petróleo
Aislada: poros aislados.
Los poros
conectados e interconectados constituyen la porosidad efectiva.
Permeabilidad
Es el
segundo factor importante para la existencia de un almacén. La permeabilidad
(k) es la capacidad de una roca para que un fluido fluya a través de ella y se
mide en darcys, que es la permeabilidad que permite a un fluido de un
centipoise de viscosidad fluir a una velocidad de 1 cm/s a una presión de 1 atm/cm. Habitualmente, debido a la baja permeabilidad
de las rocas, se usan los milidarcies.
La ley de Darcy sólo es válida cuando no hay
reacciones química entre el fluido y la roca, y cuando hay una
sola fase rellenando los poros.
La
permeabilidad media de los almacenes varía entre 5 y 500 milidarcies, aunque
hay depósitos de hasta 3.000 - 4.000 milidarcies.
Para
ser comercial, el petróleo debe fluir a varias decenas de milidarcies.
Saturación de hidrocarburos
Debido a
ciertas propiedades de los fluidos y de las rocas almacén o reservorios, es
común que al menos una parte del espacio poral esté ocupado por agua. La
saturación de hidrocarburos expresa el porcentaje del espacio poral que está
ocupado por petróleo o gas natural.
En
términos geológicos, las capas subterráneas se llaman "formaciones" y
están debidamente identificadas por edad, nombre y tipo del material rocoso del
cual se formaron. Esto ayuda a identificar los mantos que contienen las
ansiadas rocas sedimentarias.
Las
"cuencas sedimentarias" son cubetas rellenas de sedimentos, que son
las únicas rocas donde se pueden generar hidrocarburos (conforme a la teoría de Engler) y donde en general se acumulan. En
pocos casos se dan acumulaciones de petróleo y gas en rocas graníticas. El
tamaño de estas cubetas varía en decenas de miles de kilómetros cuadrados, y el
espesor generalmente es de miles de metros, alcanzando hasta 7.000 metros.
Estas cubetas se encuentran rodeadas por zonas de basamento (que rara vez
contienen petróleo).
TIPOS DE PETRÓLEO
Son miles
los compuestos químicos que constituyen el petróleo, y, entre muchas otras
propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad (dependiendo de
la temperatura de ebullición). Al calentarse el petróleo, se evaporan
preferentemente los compuestos ligeros (de estructura química sencilla y bajo
peso molecular), de tal manera que conforme aumenta la temperatura, los
componentes más pesados van incorporándose al vapor.
(del inglés "true , temperatura
de ebullición real) distinguen a los diferentes tipos de petróleo y definen los
rendimientos que se pueden obtener de los productos por separación directa.
La industria mundial de hidrocarburos líquidos clasifica
el petróleo de acuerdo a su densidad API (parámetro internacional del Instituto
Americano del Petróleo, que diferencia las calidades del crudo).
Aceite Crudo
|
Densidad
( g/ cm3) |
Densidad
grados API |
Extrapesado
|
>1.0
|
10.0
|
Pesado
|
1.0 -
0.92
|
10.0 -
22.3
|
Mediano
|
0.92 -
0.87
|
22.3 -
31.1
|
Ligero
|
0.87 -
0.83
|
31.1 –
39
|
Súperligero
|
<
0.83
|
> 39
|
Para
descubrir los lugares donde existen yacimientos de petróleo no existe un método científico exacto, sino que es preciso
realizar multitud de tareas previas de estudio del terreno. Los métodos empleados, dependiendo del tipo de terreno,
serán geológicos o geofísicos.
MÉTODOS
GEOLÓGICOS
El
primer objetivo es encontrar una roca que se haya formado en
un medio propicio para la existencia del petróleo, es decir, suficientemente
porosa y con la estructura geológica de estratos adecuada para que puedan
existir bolsas de petróleo.
Hay que
buscar, luego, una cuenca sedimentaria que pueda poseer materia orgánica
enterrada hace más de diez millones de años.
Para todo
ello, se realizan estudios geológicos de la superficie, se recogen muestras de
terreno, se inspecciona con Rayos X, se perfora para estudiar los estratos y,
finalmente, con todos esos datos se realiza la carta geológica de la región que se estudia.
Tras
nuevos estudios "sobre el terreno" que determinan si hay rocas
petrolíferas alcanzables mediante prospección, la profundidad a la que habría
que perforar, etc., se puede llegar ya a la conclusión de si merece la pena o
no realizar un pozo-testigo o pozo de exploración. De hecho, únicamente en uno
de cada diez pozos exploratorios se llega a descubrir petróleo y sólo dos de
cada cien dan resultados que permiten su explotación de forma rentable.
MÉTODOS
GEOFÍSICOS
Cuando el terreno no
presenta una estructura igual en su superficie que en el subsuelo (por ejemplo,
en desiertos, en selvas o en zonas pantanosas), los métodos geológicos de
estudio de la superficie no resultan útiles, por lo cual hay que emplear la
Geofísica, ciencia que estudia las características del subsuelo sin tener en
cuenta las de la superficie.
Aparatos como el gravímetro
permiten estudiar las rocas que hay en el subsuelo. Este aparato mide las
diferencias de la fuerza de la gravedad en las diferentes zonas de suelo, lo
que permite determinar qué tipo de roca existe en el subsuelo.
Con los datos obtenidos se
elabora un "mapa" del subsuelo que permitirá determinar en qué zonas
es más probable que pueda existir petróleo.
También se emplea el
magnetómetro, aparato que detecta la disposición interna de los estratos y de
los tipos de roca gracias al estudio de los campos magnéticos que se crean.
Más recientemente, las
técnicas sísmicas tridimensionales de alta resolución permiten obtener imágenes
del subsuelo en su posición real, incluso en situaciones estructurales
complejas. Pero, con todo, la presencia de petróleo no está demostrada hasta
que no se procede a la perforación de un pozo.
El
proceso de perforación
El proceso de perforación de
pozos petroleros y de gas natural se realiza en las etapas de exploración y
desarrollo, de lo que la industria petrolera se conoce como upstream.
La extracción es una actividad de la última etapa del upstream,
denominada producción.
Si la presión de los fluidos
es suficiente, forzará la salida natural del petróleo a través del pozo que se
conecta mediante una red de oleoducto hacia su tratamiento primario, donde se
deshidrata y estabiliza eliminando los compuestos más volátiles. Posteriormente
se transporta a refinerías o plantas de mejoramiento. Durante la vida del
yacimiento, la presión descenderá y será necesario usar otras técnicas para la
extracción del petróleo. Esas técnicas incluyen la extracción mediante bombas,
la inyección de agua o la inyección de gas, entre otras.
El
refinado de petróleo
El petróleo es una mezcla de
productos que para poder ser utilizado en las diferentes industrias y en los
motores de combustión debe sufrir una serie de tratamientos diversos. Muy a
menudo la calidad de un Petróleo crudo depende en gran medida de su origen. En
función de dicho origen sus características varían: color, viscosidad,
contenido. Por ello, el crudo a pie de pozo no puede ser utilizado tal cual. Se
hace, por tanto, indispensable la utilización de diferentes procesos de
tratamiento y transformación para la obtención del mayor número de productos de
alto valor comercial. El conjunto de estos tratamientos constituyen el proceso
de refino o refinación del petróleo.
El petróleo natural no se
usa como se extrae de la naturaleza, sino que se separa en mezclas más simples
de hidrocarburos que tienen usos específicos, a este proceso se le conoce
como destilación fraccionada. El petróleo natural hirviente (unos
400 grados Celsius) se introduce a la parte baja de la torre, todas las
sustancias que se evaporan a esa temperatura pasan como vapores a la cámara
superior algo más fría y en ella se condensan las fracciones más pesadas que
corresponden a los aceites lubricantes. De este proceso se obtienen las
fracciones:
·
Gases: metano, etano y gases licuados
del petróleo (propano y butano)
·
Nafta, ligroína o éter de petróleo
·
Gasolina
·
Queroseno
·
Gasóleo (ligero y pesado)
·
Fuelóleo
·
Aceites lubricantes
·
Asfalto
·
Alquitrán
Los componentes químicos del
petróleo se separan y obtienen por destilación mediante un proceso de
refinamiento. De él se extraen diferentes productos, entre otros: propano, butano,
gasolina, queroseno, gasóleo, aceites lubricantes, asfaltos, carbón de coque,
etc. Todos estos productos, de baja solubilidad, se obtienen en el orden
indicado, de arriba abajo, en las torres de fraccionamiento.
GAS NATURAL.
¿Qué es?
El gas natural es un
compuesto no tóxico, incoloro e inodoro, constituido por una mezcla de
hidrocarburos en la que su principal componente es el metano (CH4). Su
composición química, no obstante, varía sensiblemente según su procedencia, ya
que acostumbra a ir asociada a otras moléculas o elementos como el ácido
sulfhídrico (H2S), el anhídrido carbónico (CO2), el nitrógeno (N2) o el helio (He) que se extrae
cuando el gas natural se destina a usos industriales y domésticos. Se encuentra
formando «bolsas» en el interior de la Tierra, a veces sólo y a veces en
compañía de petróleo.
Origen:
El origen del gas
natural, como el del petróleo, lo debemos buscar en los procesos de
descomposición de la materia orgánica,
que tuvieron lugar entre 240 y 70 millones de años atrás, durante la época en
la que los grandes reptiles y los dinosaurios habitaban el planeta (Era del
Mesozoico). Esta materia orgánica provenía
de organismos planctónicos que se fueron acumulando en el fondo marino
de plataformas costeras o en las cuencas poco profundas de estanques, y que
fueron enterradas bajo sucesivas capas de tierra por la acción de los fenómenos
naturales.
Así, sus compuestos
fundamentales –grasas y proteínas– se descompusieron muy lentamente en ausencia
de oxígeno por la actuación bacteriana.
Los gases generados, por diferencia de presiones, ascendieron por las
rocas porosas de la corteza terrestre hasta llegar a capas de terreno
impermeable, bajo las que quedaron
atrapados originando las grandes bolsas
o yacimientos de los que hoy en día sacamos provecho los humanos.
Este proceso es,
salvando las distancias, parecido al que tiene lugar en los vertederos donde
tiramos las basuras. La materia orgánica que proviene de los restos de fruta,
verdura o carne, por ejemplo, cuando se descompone, produce un gas de
características similares al gas natural, que debe ser evacuado del vertedero a
la atmósfera, mediante una red de tubos de drenaje para evitar que las emanaciones puedan provocar alguna
explosión, o bien almacenarse y
aprovecharse como combustible: es el denominado biogás.
Propiedades.
El
gas natural cuenta con un poder calorífico de 9.300 Kcal/m3 y el gas licuado
22.400 Kcal/m3. Es un energético altamente deseable,
por ser un combustible relativamente limpio, con menos polución que otros
combustibles fósiles. Sin embargo, ha sido el combustible con las proyecciones
más inexactas, con el error promedio más alto en: consumo, producción y precios; que los otros combustibles. No
tiene olor ni color. El
gas natural como cualquier otro combustible produce CO2; sin embargo, debido a
la alta proporción de hidrógeno-carbono de sus moléculas, sus emisiones son
unos 40-50% menores de las del carbón y unos 25-30% menores de las del
fuel-oil. Los óxidos de nitrógeno se producen en la combustión al combinarse
radicales de nitrógeno, procedentes del propio combustible o bien, del propio
aire, con el oxígeno de la combustión. Este fenómeno tiene lugar en reacciones
de elevada temperatura, especialmente procesos industriales y en motores
alternativos, alcanzándole proporciones del 95-98% de NO y del 2-5% de NO2.
Dichos óxidos, por su carácter ácido contribuyen, junto con el SO2 a la lluvia
ácida y a la formación del "smog" (término anglosajón que se refiere
a la mezcla de humedad y humo que se produce en invierno sobre las grandes
ciudades). La propia composición del gas natural genera dos veces menos
emisiones de NOx que el carbón y 2,5 veces menos que el fuel-oil. Las modernas
instalaciones tienen a reducir las emisiones actuando sobre la temperatura,
concentración de nitrógeno y tiempos de residencia o eliminándolo una vez
formado mediante dispositivos de reducción catalítica. Se trata del principal
causante de la lluvia ácida, que a su vez es el responsable de la destrucción
de los bosques y la acidificación de los lagos. El gas natural tiene un
contenido en azufre inferior a las 10ppm (partes por millón) en forma de
odorizante, por lo que la emisión de SO2 en su combustión es 150 veces menor a
la del gas-oil, entre 70 y 1.500 veces menor que la del carbón y 2.500 veces
menor que la que emite el fuel-oil.
El
gas natural se caracteriza por la ausencia de cualquier tipo de impurezas y
residuos, lo que descarta cualquier emisión de partículas sólidas, hollines,
humos, etc. y además permite, en muchos casos el uso de los gases de combustión
de forma directa (cogeneración) o el empleo en motores de combustión interna.
Generación de electricidad:
Además
de ser aprovechado en los hogares para cocina y la calefacción, el gas natural
sirve para generar electricidad. El gas natural ha sido un combustible
atractivo para la obtención de electricidad, ya que tiene un mejor rendimiento
energético y un menor impacto ambiental que otros combustibles fósiles. El
desarrollo y mejora de las turbinas de gas permite conseguir ahorros de
hasta un 40%. Hay tres sistemas de
producción de energía eléctrica que tienen el gas natural como
combustible:
·
Las centrales térmicas convencionales, que
generan electricidad mediante un sistema caldera-turbina de vapor con un
rendimiento global de un 33%.
·
Las centrales de cogeneración termoeléctrica,
en las que se obtiene calor y
electricidad aprovechando el calor residual de los motores y las turbinas. El
calor producido sirve para generar calefacción y aire acondicionado o para
calentar agua sanitaria, y la electricidad se utiliza o se envía a la red
eléctrica general. Su rendimiento eléctrico depende de la tecnología utilizada,
pero puede oscilar entre el 30 y el 40%,
mientras que el rendimiento térmico está alrededor del 55%.
·
Las centrales de ciclo combinado (CCGT), que
combinan una turbina de gas y una turbina de vapor, y tienen un rendimiento global de un 57%
respecto a la energía primaria.
Las propiedades
físico-químicas del metano hacen de este gas un excelente combustible, debido a
su bajo índice de contaminación atmosférica, y al bajo impacto acústico de los
motores. En forma de gas natural comprimido (GNC), el metano se ha utilizado en
numerosas experiencias que han demostrado su viabilidad como alternativa a los
combustibles fósiles tradicionales.
La prospección y la extracción
No existe indicio
alguno en la superficie de un suelo que revele la presencia de un yacimiento de
gas natural o de petróleo bajo tierra. No obstante, el profundo conocimiento
sobre la estructura del suelo que los geólogos y geofísicos han acumulado a lo largo
de años de experiencia les permite desestimar rápidamente ciertos lugares y
centrar sus estudios en aquellos que presentan unas determinadas
características topográficas. Ahora bien, cuando se detecta la presencia de una
bolsa de gas natural, hay que continuar la recopilación de datos para decidir
si se explota o no el yacimiento: la profundidad en la que se encuentra, su
volumen aproximado, las características de los estratos situados encima, etc.
Mediante una sonda instalada en una estructura metálica en forma de torre se
accede a la bolsa, se determina también
su composición química y la presión del gas y, si definitivamente se considera
que el yacimiento será rentable, el pozo se pone en explotación. Cuando el gas
no está mezclado con petróleo, los trabajos de explotación se simplifican ya
que el producto brota de forma natural y no es necesario elevarlo mecánicamente
a la superficie. A veces, se puede haber acumulado agua en los pozos, de manera
que hay que extraerlo con bombas para mantener una producción óptima. Los
trabajos de exploración y extracción incluyen actividades que pueden resultar
perturbadoras para la fauna y la flora. El impacto ambiental de estos trabajos,
no obstante, está limitado temporalmente ya que se adoptan medidas de prevención
y corrección que restituyen el entorno a su estado natural. Cuando un
yacimiento de gas natural se da por agotado, se procede al desmantelamiento de
las plataformas, a su retirada y al sellado del pozo, o son empleados como
almacenamientos naturales de gas.
Tipo de yacimientos
El gas natural puede
encontrarse en la naturaleza en yacimientos de diferente tipo, por lo que las
condiciones de explotación de este varían de acuerdo con su origen:
·
Yacimientos
de gas puro, donde su composición es básicamente metano, con propiedades
físicas que permiten su utilización sin someterse a mayores procesos de
tratamiento y separación.
·
Yacimientos
donde el gas se encuentre con petróleo; hay tres tipos diferentes de estos:
1.
En
capas, en este tipo el gas se encuentra separado del petróleo dentro del mismo
yacimiento, con la conveniencia fundamental de iniciar primero la explotación
del petróleo y luego el gas, especialmente si las reservas de petróleo son
considerables.
2.
Asociado,
en el cual el gas se encuentra disuelto en el petróleo, en este tipo de
yacimiento se producen los dos hidrocarburos simultáneamente, separándose en la
superficie.
3.
Condensado,
el gas natural se encuentra con hidrocarburos livianos sometidos a grandes presiones, por lo que se pueden presentar en
fase líquida a condiciones de yacimiento. En este tipo, la explotación debe ser
muy cuidadosa para poder obtener la máxima recuperación de petróleo. En algunos casos se produce para
extraer las porciones líquidas procediéndose luego a inyectar el gas seco, con
el fin de mantener la presión.
Proceso de licuefacción del Gas Licuado del Petróleo
El gas natural que se envía a plantas de
proceso está constituido por metano, etano, propano, butano e hidrocarburos más
pesados, así como por impurezas tales como el azufre. En una primera etapa la
corriente de gas natural pasa a una planta endulzadora, donde se elimina el
azufre. Enseguida, se alimenta a una planta criogénica, en la cual mediante
enfriamiento y expansiones sucesivas se obtienen dos corrientes, una gaseosa
básicamente formada por metano (gas residual) y la otra líquida
(licuables). En un proceso posterior de
fraccionamiento, la fase líquida se separa en diversos componentes: etano, gas
LP y gasolina naturales.
Gas
No Asociado: El gas no asociado es el gas que se encuentra
en los reservorios que no contienen cantidades significativas de petróleo
crudo. A menudo se produce a mayor profundidad, donde el calor ha dividido los
hidrocarburos en moléculas de gas más pequeñas y ligeras. El gas de esquisto es
un tipo de gas no convencional no asociado.
Gas Asociado: El
gas asociado se encuentra acompañado del petróleo crudo, disuelto en el crudo o
como un ‘tapón’ de gas libre por encima del yacimiento de petróleo. Cuando no
se puede utilizar, el gas asociado se reinyecta en el pozo, se quema en
antorcha o se arroja a la atmósfera.
El gas licuado del petróleo (GLP): es
la mezcla de gases licuados presentes en el gas natural o los disueltos en el
petróleo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presión ambientales
son gases, son fáciles de licuar, de ahí su nombre. En la práctica, se puede
decir que los GLP son una mezcla de propano y butano.
ENERGÍA NUCLEAR.
¿Qué es?
Video
de fision y fusión nuclear:
La energía nuclear es la energía que se
obtiene al manipular la estructura interna de los átomos. Se puede obtener
mediante la división del núcleo (fisión nuclear) o la unión de dos átomos
(fusión nuclear). La energía nuclear se utiliza principalmente para producir
energía eléctrica. Generalmente, esta energía (que se obtiene en forma de
calor) se aprovecha para generar energía eléctrica en las centrales nucleares,
aunque se puede utilizar en muchas otras aplicaciones.
La energía nuclear es la energía en el núcleo
de un átomo. Los átomos son las partículas más pequeñas en que se puede dividir
un material. En el núcleo de cada átomo hay dos tipos de partículas (neutrones
y protones) que se mantienen unidas. La energía nuclear es la energía que
mantiene unidos neutrones y protones. La energía nuclear se puede utilizar para
producir electricidad. Pero primero la energía debe ser liberada. Ésta energía
se puede obtener de dos formas: fusión nuclear y fisión nuclear. En la fusión
nuclear, la energía se libera cuando los átomos se combinan o se fusionan entre
sí para formar un átomo más grande. Así es como el Sol produce energía. En la
fisión nuclear, los átomos se separan para formar átomos más pequeños,
liberando energía. Las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear para
producir electricidad.
Cuando se produce una
de estas dos reacciones físicas (la fisión nuclear o la fusión nuclear) los
átomos experimentan una ligera pérdida de masa. Esta masa que se pierde se
convierte en una gran cantidad de energía calorífica como descubrió el Albert
Einstein con su famosa ecuación E=mc2. Aunque la producción de energía
eléctrica es la utilidad más habitual que se le da a la energía nuclear,
tambíen se puede aplicar en muchos otros sectores, como en aplicaciones
médicas, medioambientales o bélicas.
Fisión nuclear
Para poder obtener
energía manipulando los núcleos de uno o varios átomos podemos hacerlo de dos
formas distintas. Uniendo núcleos de átomos distintos (entonces hablamos de
fusión nuclear) o partiendo núcleos de un determinado átomo (caso de la fisión
nuclear)
En energía nuclear
llamamos fisión nuclear a la división del núcleo de un átomo. El núcleo se
convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa
original más dos o tres neutrones.
La suma de las masas
de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta 'falta' de masas
(alrededor del 0,1 por ciento de la masa original) se ha convertido en energía
según la ecuación de Einstein (E=mc2). En esta ecuación E corresponde a la
energía obtenida, m a la masa de la que hablamos y c es una constante, la de la
velocidad de la luz: 299.792.458 m/s2.
La fisión nuclear
puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón (fisión
inducida), o puede ocurrir espontáneamente debido a la inestabilidad del
isótopo (fisión espontánea).
Reacciones nucleares
en cadena:
Masa crítica
La masa crítica es la
cantidad mínima de material fisionable para que se mantenga una reacción
nuclear en cadena. Aunque en cada fisión nuclear se producen entre dos y tres neutrones, no
todos neutrones están disponibles para continuar con la reacción de fisión;
algunos se pierden. Si los neutrones liberados por cada reacción nuclear se
pierden a un ritmo más rápido de lo que se forman por la fisión, la reacción en
cadena no será autosostenible y se detendrá. La cantidad de masa crítica de un
material fisionable depende de varios factores: propiedades físicas,
propiedades nucleares, de su geometría y de su pureza. Una esfera tiene la
superficie mínima posible para una masa dada, y por tanto, reduce al mínimo la
fuga de neutrones. Si además bordeamos el material fisionable con un reflector
de neutrones se pierden muchos menos neutrones y se reduce la masa crítica.
La fisión nuclear
controlada
Además de la
necesidad de capturar neutrones, los neutrones a menudo tienen mucha energía
cinética (se mueven a gran velocidad). Estos neutrones rápidos se reducen a
través del uso de un moderador, como el agua pesada y el agua corriente.
Algunos reactores utilizan grafito como moderador, pero este diseño tiene
varios problemas. Una vez que los neutrones rápidos se han desacelerado, son
más propensos a producir más fisiones nucleares o ser absorbidos por las barra
de control.
Fisión nuclear
espontánea
Fusión nuclear.
En la fusión se aplica energía a el núcleo de dos átomos
pequeños como el hidrogeno por ejemplo para que al momento de estar en contacto
se unan y al unirse desprendan energía de sus núcleos formando un átomo mas
grande como podría ser Helio, y por ser
un átomo de gas noble o inerte sería un fuente de energía limpia, porque en
este caso sí se sabe que se obtendrá, y no hay desecho radiactivos, lo malo que
este fuente es muchísimo más cara que la fisión.
La fusión nuclear es
una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el
hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo
más pesado. Generalmente esta unión va acompañada con la emisión de partículas
(en el caso de núcleos atómicos de deuterio se emite un neutrón). Esta reacción
de fusión nuclear libera o absorbe una gran cantidad de energía en forma de
rayos gamma y también de energía cinética de las partículas emitidas. Esta gran
cantidad de energía permite a la materia entrar en estado de plasma.
Las reacciones de
fusión nuclear pueden emitir o absorber energía. Si los núcleos que se van a
fusionar tienen menor masa que el hierro se libera energía. Por el contrario,
si los núcleos atómicos que se fusionan son más pesados que el hierro la reacción
nuclear absorbe energía.
No confundir la
fusión nuclear con la fusión del núcleo de un reactor, que se refiere a la
fusión del núcleo del reactor de una central nuclear debido al
sobrecalentamiento producido por la deficiente refrigeración. Durante el
accidente nuclear de Fukushima, se utilizaba esta expresión frecuentemente.
Combustible utilizado
para las reacciones de fusión nuclear
Para las reacciones
de fusión nuclear se necesitan núcleos ligeros. Básicamente se utilizan
deuterio y Tritio, que son dos isótopos del hidrógeno.
El Deuterio es un
isótopo estable del hidrógeno formado por un protón y un neutrón. Su abundancia
en el agua es de un átomo por cada 6.500 átomos de hidrógeno. Esto supone que
en el agua de mar hay una concentración de 34 gramos de deuterio por metro
cúbico de agua. El contenido energético del deuterio es tan elevado que la
energía que se puede obtener del deuterio de un litro de agua de mar es
equivalente a la energía que se puede obtener de 250 litros de petróleo. Por
este motivo, teniendo en cuenta, que tres cuartas partes del Planeta están
cubiertas por agua, se considera la fusión
nuclear cómo una fuente de energía inagotable.
El otro elemento
empleado en la fusión nuclear, el Tritio, es el isótopo inestable o radiactivo del
átomo de hidrógeno. Está compuesto por un protón y dos neutrones y se
desintegra por emisión beta con relativa rapidez. Aunque el Tritio es escaso en
la naturaleza, se puede generar por reacciones de captura neutrónica con los
isótopos del Litio. El Litio es un material abundante en la corteza terrestre y
en el agua del mar.
Funcionamiento de una central de energía nuclear:
El principal uso que
se le da actualmente a la energía nuclear es el de la generación de energía
eléctrica. Las centrales nucleares son las instalaciones encargadas de este
proceso.
Prácticamente todas
las centrales nucleares en producción utilizan la fisión nuclear ya que la
fusión nuclear actualmente es inviable a pesar de estar en proceso de
desarrollo. El funcionamiento de una central nuclear es idéntico al de una
central térmica que funcione con carbón, petróleo o gas excepto en la forma de
proporcionar calor al agua para convertirla en vapor. En el caso de los
reactores nucleares este calor se obtiene mediante las reacciones de fisión de
los átomos del combustible.
A nivel mundial el
90% de los reactores de potencia, es decir, los reactores destinados a la
producción de energía eléctrica son reactores de agua ligera (en las versiones
de agua a presión o de agua en ebullición). De modo que explicaremos más
extensamente el funcionamiento de este tipo de reactor.
El principio básico
del funcionamiento de una central nuclear se basa en la obtención de energía
calorífica mediante la fisión nuclear del núcleo de los átomos del combustible.
Con esta energía calorífica, que tenemos en forma de vapor de agua, la convertiremos
en energía mecánica en una turbina y, finalmente, convertiremos la energía
mecánica en energía eléctrica mediante un generador.
El agua transformada
en vapor sale del edificio de contención debido a la alta presión a que está
sometido hasta llegar a la turbina y hacerla girar. En este momento parte de la
energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética. Esta turbina
está conectada a un generador eléctrico mediante el cual se transformará la
energía cinética en energía eléctrica.
Por otra parte, el
vapor de agua que salió de la turbina, aunque ha perdido energía calorífica
sigue estando en estado gas y muy caliente. Para reutilizar esta agua hay
refrigerarla antes de volverla a introducir en el circuito. Para ello, una vez
ha salido de la turbina, el vapor entra en un tanque (depósito de condensación)
donde este se enfría al estar en contacto con las tuberías de agua fría. El
vapor de agua se vuelve líquido y mediante una bomba se redirige nuevamente al
reactor nuclear para volver a repetir el ciclo.
Por este motivo las
centrales nucleares siempre están instaladas cerca de una fuente abundante de
agua fría (mar, río, lago), para aprovechar esta agua en el depósito de
condensación. La columna de humo blanco que se puede ver saliendo de
determinadas centrales es el vapor de agua que se provoca cuando se este
intercambio de calor.
Ventajas de la energía nuclear
Generar energía
eléctrica mediante la energía nuclear supone un importante ahorro de emisiones
de gases contaminantes (CO2 y otros) que serían generados si esta energía fuese
generada a partir de la quema de combustibles fósiles.
Actualmente se
consumen más combustibles fósiles de los que se producen de modo que en un
futuro no muy lejano estos recursos se agotarían o el precio subiría tanto que
serían inaccesibles para la mayoría de la población.
Otra ventaja está en
la cantidad de combustible necesario; con poca cantidad de combustible se
obtienen grandes cantidades de energía. Esto supone un ahorro en materia prima
pero también en transportes, extracción y manipulación del combustible nuclear.
El coste del combustible supone el 20% del coste de la energía generada.
La producción de
energía eléctrica es continua. Una central nuclear está generando energía
eléctrica durante prácticamente un 90% de las horas del año. Esto reduce la
volatilidad en los precios que hay en otros combustibles como el petróleo. El
hecho que sea continua también favorece a la planificación eléctrica ya que no
se tiene tanta dependencia de aspectos naturales. Con esto se solventa el gran
inconveniente de las energías renovables en que los horas de sol o de viento no
siempre coinciden con las horas de más demanda energética.
Al ser una
alternativa a los combustibles fósiles no se necesita consumir tanta cantidad
de combustibles como el carbón o el petróleo, de forma que en consecuencia se
reduce el problema del calentamiento global, el cual, se cree que tiene una
influencia más que importante con el cambio climático del planeta. Al reducir
el consumo de combustibles fósiles también mejoraría la calidad del aire que
respiramos con lo que ello implicaría en el descenso de enfermedades y calidad
de vida.
Inconvenientes de la energía nuclear
Una de las ventajas
comentadas anteriormente y los organismos a favor de la energía nuclear
utilizan asiduamente es la reducción del consumo de los combustibles fósiles y,
por lo tanto, la reducción del calentamiento global. Ésta es una verdad a
medias. Si bien es cierto, hoy en día sólo se usa la energía nuclear para
generar energía eléctrica. Sí que se reduciría el consumo de los combustibles
fósiles, pero sólo de los que se consumen para generar energía eléctrica. La
gran parte de consumo de combustibles fósiles proviene del transporte por
carretera, de su uso en los motores térmicos (automóviles de gasoil, gasolina… etc.).
El uso de la energía nuclear para convertirla en energía mecánica es muy bajo.
El principal
inconveniente y lo que la hace más peligrosa es que seguridad en su uso recae
sobre la responsabilidad de las personas. Aunque hay muchos sistemas de
seguridad automatizados en las centrales nucleares, las personas pueden tomar
decisiones equivocadas o irresponsables. Una sucesión de decisiones equivocadas
provocó el peor accidente nuclear en Chernobyl. Una vez se ha producido un
accidente, la forma en cómo se gestiona también depende de las decisiones que
toman las personas que están en el cargo. En este caso el ejemplo lo tenemos
con el accidente nuclear de Fukushima en que se cuestionó la gestión del
accidente.
Probablemente el
inconveniente más alarmante sea el uso que se le puede dar a la energía nuclear
en la industria militar. Curiosamente, la energía nuclear debutó ante el mundo
en forma de dos bombas lanzadas sobre Japón al fin de la Segunda Guerra
Mundial.
A nivel civil, un
gran inconveniente es la generación de residuos nucleares y la dificultad para
gestionarlos ya que tardan muchísimos años en perder su radioactividad y
peligrosidad.
Los reactores
nucleares, una vez construidos, tienen fecha de caducidad. Pasada esta fecha
deben desmantelarse, de modo que en los principales países de producción de
energía nuclear para mantener constante el número de reactores operativos
deberían construirse aproximadamente 80 nuevos reactores nucleares en los próximos diez años.
Debido precisamente a
que las centrales nucleares tienen una vida limitada. La inversión para la
construcción de una planta nuclear es muy elevada y hay que recuperarla en muy
poco tiempo, de modo que esto hace subir el coste de la energía eléctrica
generada. En otras palabras, la energía generada es barata comparada con los
costes del combustible, pero el tener que amortizar la construcción de la
planta nuclear la encarece sensiblemente.
Las centrales
nucleares son objetivo para las organizaciones terroristas.
Genera dependencia
del exterior. Poco países disponen de minas de uranio y no todos los países
disponen de tecnología nuclear, por lo que tienen que contratar ambas cosas en
el extranjero.
Los reactores
nucleares actuales funcionan mediante reacciones nucleares por fisión. Estas
reacciones se producen en cadena de modo que si los sistemas de control
fallasen cada vez se producirían más y más reacciones hasta provocar una
explosión radiactiva que sería prácticamente imposible de contener.
Ventajas de la fusión nuclear frente a la fisión nuclear
Actualmente la
generación de energía eléctrica en los reactores nucleares se realiza mediante
reacciones de fisión nuclear.
La fusión nuclear, por el momento, no es
aplicable para generar energía eléctrica. Está en vía de desarrollo, pero si la
fusión nuclear fuera practicable, ofrecería las grandes ventajas respecto a la
fisión nuclear:
·
Obtendríamos
una fuente de combustible prácticamente inagotable.
·
Evitaríamos
accidentes en el reactor por las reacciones en cadena que se producen en las
fisiones.
·
Los
residuos generados son mucho menos radiactivos.
Por otra parte, la
energía nuclear de fusión es inviable debido a la dificultad para calentar el
gas a temperaturas tan altas y para mantener un número suficiente de núcleos
durante un tiempo suficiente para obtener una energía liberada superior a la
necesaria para calentar y retener el gas resulta altamente costoso.
Radioactividad: consiste en la emisión espontánea de
partículas (alfa, beta, neutrón) o radiaciones (gamma, captura K), o de ambas a
la vez, procedentes de la desintegración de determinados nucleidos que las
forman, por causa de un arreglo de su estructura interna.
Explotaciones de uranio
La explotación de
estos minerales se hace por medio de minería a cielo abierto o en minería de
interior mediante galerías. Debido a que la concentración de uranio es tan
escasa, se necesita mover gran cantidad de material en los depósitos para
llegar al mineral, creándose enormes escombreras de estériles.
Rocas o minerales asociados: La principal mena de
uranio es la uraninita. Aunque básicamente el uranio está en toda la corteza
terreste, pero con 2 o 3 ppm. También se extrae Torio 232 de la torina, para,
luego de un proceso, obtener Uranio 233.
Exploración Geológica.
Los yacimientos de uranio pueden ser clasificados en varios tipos. De ellos los
cinco que han dado lugar a mayores minas son:
-
Yacimientos
o acumulaciones en contactos o discordancias. Los yacimientos
más importantes de este tipo son los encontrados en el Athabasca en Canadá, que
ha dado lugar a las minas más ricas del mundo (con contenidos superiores al
10%), como las de Cigar Lake y Rabit Lale.
-
Yacimientos
en areniscas. Yacimientos de estas características son los
encontrados en las antiguas repúblicas de la Unión Soviética de Kazajstán y
Uzbekistán.
-
Yacimientos
en brechas ricas en hematíes. El más importante
ha dado lugar a la Mina de Olympic Dam (Australia).
-
Conglomerados
de cantos de cuarzo. Un caso típico es el de los yacimientos de
Witwatersrand en Sudáfrica.
-
Filones
o brechas mineralizadas.
En la naturaleza
encontramos aprox. Un 1% de U-235 y un 99% de U-238. Mientras el primero es
directamente fisible, el segundo degenera naturalmente en Pu-239 que debe ser
bombardeado con neutrones en el núcleo para hacerlo a su vez también fisible.
Estos son los dos minerales más usados como base del combustible nuclear, ya
sea para uso militar o civil, aunque también puede usarse Torio que tras varios
procesos y partiendo de Th-232 da como resultado Uranio-233 que es más
eficiente, aunque no todos los reactores nucleares están preparados para su
uso.
Los métodos de extracción del mineral
son los normales para cualquier actividad minera, así hay minas a cielo abierto
y otras convencionales bajo tierra. Sin embargo los precios actuales del uranio
son muy bajos, rondando los US$ 10 por
libra de U-238, por lo que los gastos operativos de las minas han de ser
muy bajos para obtener rentabilidad, u obtenerse como subproducto de otras
minas como las de fosfatos.
Las cantidades de
producto que se obtienen de unos yacimientos a otros varía considerablemente
según el yacimiento, estando entre el 0.07% (España) al 11% (Canadá) de U3O8,
esto es que por cada 1.000 Kg. de mineral extraído solo se obtienen de 7 a 110
Kg de uranio, y de esta cantidad después
de todo el proceso de refinado una mínima parte es usado.
GEOTERMIA
¿Qué es?
Para mayor ampliación:
La
energía geotérmica es una fuente de energía “renovable” que aprovecha el calor
que existe en el subsuelo de nuestro planeta. Sus principales aplicaciones se
dan en nuestra vida cotidiana: climatizar y obtener agua caliente sanitaria de
manera ecológica tanto en grandes edificios (oficinas, fábricas, hospitales,
etc.) como en viviendas.
La
geotermia provecha el calor del subsuelo para climatizar y obtener agua
caliente sanitaria de forma ecológica. Aunque es una de las fuentes de energía
renovable menos conocidas, sus efectos son espectaculares de admirar en la
naturaleza. Seguro que todos podemos recordar imágenes del volcán Etna en
Sicilia en plena erupción, hemos probado alguna vez los efectos relajantes de
las aguas termales o bien admirado fumarolas y géiseres, como los del parque de
Timanfaya en Lanzarote, por ejemplo.¿Qué es la energía geotérmica? ¿Qué
aplicaciones tiene la energía geotérmica? Se trata de una energía considerada
limpia, renovable y altamente eficiente, aplicable tanto en grandes edificios
-hospitales, fábricas, oficinas, etc.-, en viviendas e incluso en inmuebles ya construidos.
¿Cómo se forma?
Cuando las placas se
juntan, una puede deslizarse bajo la otra, permitiendo la generación de magma
que, en ocasiones, puede llegar a la superficie generando volcanes. En la
mayoría de los casos, el magma no sale al exterior, pero es capaz de calentar
grandes zonas subterráneas.
Esta fuente de calor,
el magma, es uno de los principales elementos de un sistema geotermal, pero
hacen falta dos más para generar un reservorio: un acuífero y un sello. El
acuífero es una formación rocosa permeable, es decir, que permite que el agua u
otros fluidos las traspasen. Y el sello, es otra capa de rocas, pero
impermeable. Estos tres elementos deben ir montados uno sobre el otro, la
fuente de calor, encima el acuífero y sobre ellos, la tapa. Es como una olla a
presión.
Entonces,
imagina esto. Llueve. El agua se desliza por la superficie terrestre y penetra
hacia el subsuelo a través de las fallas y rocas fracturadas, que funcionan
como verdaderas cañerías. El agua queda atrapada en los acuíferos, por donde va
circulando y calentándose, pero no puede salir al exterior en su totalidad,
porque está cubierta por una capa de roca impermeable que le impide su paso.
Cuando estas condiciones se dan, estamos frente a un reservorio geotermal.
Los geiseres y las
aguas termales son algunos ejemplos de lo que sucede cuando parte de estas
aguas calientes o vapor salen a la superficie. Al igual que en nuestra olla, es
posible que parte del vapor se escape de la tapa, aunque a temperaturas
muchísimo más altas, superior a los 150°C, y eso los convierte en una enorme
fuente de energía. En algunas ocasiones,
no existen fuentes de agua natural (como lluvia o nieve) para generar este
circuito. En ese caso, se puede inyectar el agua de forma artificial, y el
fenómeno que se producirá es el mismo.
En
algunos lugares se dan otras condiciones especiales como son capas rocosas
porosas y capas rocosas impermeables que atrapan agua y vapor de agua a altas
temperaturas y presión y que impiden que éstos salgan a la superficie. Si se
combinan estas condiciones se produce un yacimiento geotérmico. La geotermia es
una fuente de energía renovable ligada a volcanes, géiseres, aguas termales y
zonas tectónicas geológicamente recientes, es decir, con actividad en los
últimos diez o veinte mil años en la corteza terrestre. “La actividad volcánica
sirve como mecanismo de transporte de masa y energía desde las profundidades
terrestres hasta la superficie”. Se relaciona con dos tipos de recursos
explotables por el ser humano: la energía geotérmica y algunos tipos de
yacimientos minerales, que son depósitos de origen magmático e hidrotermal.
¿Cómo se aprovecha?
Si bien las fuentes
aprovechables de geotermia son más abundantes en algunas partes del mundo que
en otras, esto no impide que actualmente se utilice como fuente de energía
renovable en muchos países del mundo, en un conjunto de aplicaciones diversas.
Esta fuente de energía se puede utilizar tanto para suministrar calor como para
generar electricidad. Normalmente, estas tecnologías disponibles se dividen en
tres categorías: las centrales geotérmicas, las aplicaciones de uso directo y
las bombas de calor geotérmicas.
Las centrales
geotérmicas generan electricidad a partir de la perforación de pozos, de un
kilómetro o más de profundidad, para explotar depósitos subterráneos
geotérmicos, de vapor de agua y agua muy caliente. En la actualidad, funcionan
tres tipos de centrales de generación eléctrica:
•
Centrales
de vapor: utilizan el vapor geotérmico directamente para hacer girar las turbinas
de la central.
•
Centrales
de transmisión de vapor: reservas geotérmicas que producen agua caliente. Se
aprovecha la parte que se convierte en vapor al llegar a la superficie.
•
Centrales
de ciclo binario: utilizan el agua subterránea para transferir el calor a un
segundo líquido que tiene una temperatura de evaporación más baja. Cuando este
líquido se evapora mueve las turbinas. Posteriormente se condensa este vapor y
se reutiliza el líquido de nuevo.
Este último sistema,
en comparación con los otras, es el que tiene más perspectivas de futuro. No
emite ningún tipo de gases, puesto que es un ciclo cerrado, y funciona con temperaturas
interiores de 100 a 150ºC.
Los recursos
geotérmicos de alta temperatura (más de 100-150º C) se utilizan para generar
energía eléctrica, mientras que aquellos con temperaturas menores son óptimos
para los sectores industrial, servicios y residencial. El Instituto Geotérmico
de Nueva Zelanda, dependiente de la Universidad de Auckland, es pionero en la
investigación geotérmica y en el desarrollo de tecnología para aprovechar esa
energía. Fue creado en 1978, a petición de las Naciones Unidas en el marco de
su Programa de Desarrollo, ante la necesidad de un centro que pudiese formar a
nuevos expertos en energía geotérmica procedentes de otros países.
La energía geotérmica de alta temperatura
existe en las zonas activas de la corteza terrestre (zonas volcánicas, límites
de placas litosféricas, dorsales oceánicas). A partir de acuíferos cuya
temperatura está comprendida entre 150 y 400 ºC, se produce vapor en la
superficie que enviando a las turbinas, genera electricidad. Se requieren
varios parámetros para que exista un campo geotérmico : un techo compuesto de
un cobertura de rocas impermeables ; un deposito, o acuífero, de permeabilidad
elevada, ente 300 y 2000m de profundidad ; rocas fracturadas que permitan una
circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la
fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático (entre 3 y 10 km de
profundidad a 500-600 ºC).La explotación de un campo de estas características
se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la
extracción del petróleo.
La energía geotérmica de temperaturas medias
es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos
elevadas (70-150ºC). Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se
realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse como intermediario un fluido
volátil. Pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos.
La energía geotérmica de baja temperatura
es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas
las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están
a temperaturas de 60 a 80 C. Se utiliza para la calefacción de las viviendas,
principalmente en Islandia y en Francia.
Colombia y la energía geotérmica
Colombia tiene un
tesoro en bruto que explotar. El país cuenta con 13 volcanes activos donde las
altas temperaturas que emanan de la tierra suponen un enorme potencial a la
hora de desarrollar proyectos de energía geotérmica. Conscientes de ello, los
gobiernos de Colombia y Ecuador proponen un proyecto para obtener energía
eléctrica a partir de tres volcanes fronterizos: Chiles, Tufiño y Cerro Negro,
una iniciativa que podría llegar a producir hasta 150 megavatios de una forma
limpia y respetuosa con el medio ambiente.
Además de estos tres
volcanes, en Colombia se han identificado otras zonas potenciales, como el
volcán Azufral, al sur del país, o el volcán Nevado de Santa Isabel. Uno de los
focos más importantes del país se encuentra en los alrededores del volcán
Nevado del Ruiz, situado en la Cordillera Central y considerado uno de los más
activos del planeta con sus 5.321 metros de altura. Las fuentes termales y
fumarolas de su entorno representan una posibilidad real de obtener grandes cantidades
de energía geotérmica.
Inconvenientes:
Las plantas de
energía geotérmica representan la mayor preocupación en cuanto a energía
geotérmica. Un problema: el hundimiento del terreno a medida que el agua o el
vapor se extraen inicialmente. Éste puede ser un problema grave. En Wairakei,
el terreno descendió cerca de 13 m (42.7 pies) cuando la planta comenzó a
funcionar. Esto sigue siendo un tema preocupante en Wairakei. En plantas
nuevas, se reinyecta rápidamente agua para mantener los niveles de presión de
agua y del depósito subterráneo.
Las plantas de
energía geotérmica binaria no emiten ningún gas. Sin embargo, las plantas de
vapor seco y por impulso de vapor emiten cantidades relativamente menores de
CO2, según el contenido del agua. También se genera un poco de sulfuro de
hidrógeno, pero no en cantidades importantes como para contribuir con la lluvia
ácida. A causa de los compuestos de azufre disueltos en el agua subterránea,
las plantas producen un olor a azufre desagradable para las personas. En Estados
Unidos, las plantas de energía geotérmica deben eliminar el sulfuro de
hidrógeno, ya sea quemándolo o bien convirtiéndolo en dióxido de azufre. Luego,
el dióxido de azufre puede disolverse o convertirse en ácido sulfúrico y
venderse. Las sales y los minerales que se eliminan del agua se vuelven a
inyectar al depósito de agua subterránea. También se produce un poco de lodo,
que ahora se procesa para extraer minerales valiosos.
Tipos de yacimientos geotérmicos
Puede considerarse
que hay dos tipos de yacimientos geotérmicos, que se podrían llamar:
•
De
agua caliente
•
Secos
Yacimientos de agua caliente
Estos yacimientos
pueden formar una fuente o ser subterráneos, contenidos en un acuífero.
Los que forman
fuentes, se aprovechan desde tiempos muy antiguos como baños termales. En
principio podrían aprovecharse enfriando el agua antes de utilizarla, pero
suelen tener caudales relativamente reducidos.
En cuanto a los
subterráneos, yacimientos de aguas termales muy calientes a poca o media
profundidad, sirven para aprovechar el calor del interior de la tierra. El agua
caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de
flujos de agua y de vapor. El método a elegir depende del que en cada caso sea
económicamente rentable.
En la mayoría de los
casos la explotación debe hacerse con dos pozos (o un número par de pozos), de
modo que por uno se obtiene el agua caliente y por otro se vuelve a inyectar en
el acuífero, tras haber enfriado el caudal obtenido. Las ventajas de este
sistema son múltiples:
Hay menos
probabilidades de agotar el yacimiento térmico, puesto que el agua reinyectada
contiene todavía una importante cantidad de energía térmica.
Tampoco se agota el
agua del yacimiento, puesto que la cantidad total se mantiene.
Las posibles sales o
emisiones de gases disueltos en el agua no se manifiestan al circular en
circuito cerrado por las conducciones, lo que evita contaminaciones.
Finalmente hay otros
yacimientos en los que el agua sale en forma de vapor. En éstos, el
aprovechamiento es directo para obtener energía mecánica mediante una turbina,
pero tienen el problema de que es más complicado reinyectar el agua después de
condensada, y en el camino habrán difundido en la atmósfera una parte de los
gases que acompañan al vapor.
Yacimientos secos.
En este caso, hay una
zona bajo la tierra, a profundidad no excesiva, con materiales o piedras
calientes, en seco. Se inyecta agua por una perforación y se recupera, caliente
por otra, se aprovecha el calor, por medio de un intercambiador y se vuelve a reinyectar
como en el caso anterior.
Un ejemplo, en
Inglaterra, fue el “Proyecto de Piedras Calientes HDR” (sigla en inglés: HDR,
Hot Dry Rocks), abandonado después de comprobar su inviabilidad económica en
1989. Los programas HDR se están desarrollando en Australia, Francia, Suiza,
Alemania. Los recursos de magma (rocas fundidas) ofrecen energía geotérmica de
altísima temperatura, pero con la tecnología existente no se pueden aprovechar
económicamente esas fuentes.
Extinción del calor.
Así como hay yacimientos
geotérmicos capaces de proporcionar energía durante muchas décadas, otros
pueden agotarse y enfriarse. En un informe, el gobierno de Islandia dice: debe
entenderse que la energía geotérmica no es estrictamente renovable en el mismo
sentido que la hidráulica.
ENERGÍA
HIDRÁULICA
Se obtiene del aprovechamiento de las
energías cinética y potencial de la corriente del agua, saltos
de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es
mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla; en caso contrario, es
considerada solo una forma de energía renovable.
El origen de la energía
hidráulica está en el ciclo hidrológico de las lluvias y por tanto, en la
evaporación solar y la climatología que remontan grandes cantidades de agua a
zonas elevadas de los continentes alimentando los ríos. Este proceso está
originado, de manera primaria, por la radiación solar que recibe la Tierra.
Estas características hacen
que sea significativa en regiones donde existe una combinación adecuada de
lluvias, desniveles geológicos y orografía favorable para la construcción de
represas. Es debida a la energía potencial contenida en las masas de agua que
transportan los ríos, provenientes de la lluvia y del deshielo. Puede ser
utilizada para producir energía eléctrica mediante un salto de agua, como se
hace en las centrales hidroeléctricas.
La energía hidroeléctrica es
una de las más rentables. El costo inicial de construcción es elevado, pero sus
gastos de explotación y mantenimiento son relativamente bajos. Las condiciones
pluviométricas medias del año deben ser favorables
Análisis para la
selección de tipo de presa a construir
1.- Altura de la presa:
•Menores a 30 metros,
el 80% son de presas de tierra.
•Mayores de 150
metros, el 60% son presas de hormigón.
2.- Geomorfología de
la cerrada, valles amplios (presas de tierra), valles estrechos (presas de
hormigón).
3.- Condiciones
geológicas geotécnicas de la cimentación, es decir, cuando el macizo de
cimentación es muy deformable (rocas blandas o suelos) o de baja resistencia se
construyen presas de tierra.
4.- Disponibilidad de
los materiales de construcción.
•Áridos para las
presas de hormigón.
Toda presa debe ser
estable, resistente e impermeable
Las presas se clasifican
según la forma de su estructura y los materiales empleados. Las grandes presas
pueden ser de hormigón, de este material las más comunes son de gravedad, de
bóveda y de contrafuertes.
También hay presas
naturales de piedra y tierra.
1. Las presas de
gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es
ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es
prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave. La
estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de
construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento.
2. Las Presas de
bóveda utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura
presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga se distribuye
por toda la presa hacia los extremos de las paredes.
En condiciones
favorables, esta estructura necesita menos hormigón que la de gravedad, pero es
difícil encontrar emplazamientos donde se puedan construir.
3. Las presas de
contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una serie de
contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten
la carga del agua a la base.
4. Las presas de
piedra o tierra y los diques son las estructuras más usadas para
contener agua. En su construcción se utiliza desde arcilla hasta grandes
piedras. Las presas de tierra y piedra utilizan materiales naturales con la
mínima transformación. Éstas presas pueden estar construidas con materiales
impermeables en su totalidad, como arcilla, o estar formadas por un núcleo de
material impermeable reforzado por los dos lados con materiales más permeables,
como arena, grava o roca. El núcleo debe extenderse hasta bastante más abajo de
la base para evitar filtraciones
Funcionamiento:
El funcionamiento
básico consiste en aprovechar la energía cinética del agua almacenada, de modo
que accione las turbinas hidráulicas.
En el aprovechamiento
de la energía hidráulica influyen dos factores: el caudal y la altura del salto
para aprovechar mejor el agua llevada por los ríos, se construyen presas para
regular el caudal en función de la época del año. La presa sirve también para
aumentar el salto.
Otra manera de
incrementar la altura del salto es derivando el agua por un canal de pendiente
pequeña (menor que la del cauce del río), consiguiendo un desnivel mayor entre
el canal y el cauce del río.
El agua del canal o
de la presa penetra en la tubería donde se efectúa el salto. Su energía
potencial se convierte en energía cinética llegando a las salas de máquinas,
que albergan a las turbinas hidráulicas y a los generadores eléctricos. El agua
al llegar a la turbina la hace girar sobre su eje, que arrastra en su
movimiento al generador eléctrico.
La tecnología de las
principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX.
Las turbinas pueden ser de varios
tipos, según los tipos de centrales: Pelton (saltos grandes y caudales
pequeños), Francis (salto más reducido y mayor caudal), Kaplan (salto muy
pequeño y caudal muy grande) y de hélice.
Las centrales
dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua
se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos
conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas para adecuar el flujo
de agua por las turbinas con respecto a la demanda de electricidad. El agua
sale por los canales de descarga.
El agua es devuelta
al río en las condiciones en que se tomó, de modo que se puede volver a
utilizar por otra central situada aguas abajo o para consumo.
La utilización de
presas tiene varios inconvenientes. Muchas veces se inundan terrenos fértiles y
en ocasiones poblaciones que es preciso evacuar. La fauna piscícola puede ser
alterada si no se toman medidas que la protejan.
Clasificación
Se pueden clasificar
según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del
asentamiento y condiciones de funcionamiento. En primer lugar hay que
distinguir las que utilizan el agua según discurre normalmente por el cauce de
un río, y aquellas otras a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde
un lago o pantano. Se denominan: Centrales de Agua Fluente, Centrales de agua
embalsada, Centrales de Regulación, Centrales de Bombeo.
Según la altura del
salto de agua o desnivel existente: Centrales de Alta Presión, Centrales de
Media Presión, Centrales de Baja Presión
Centrales de
Regulación:
Prestan un gran
servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es
continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para
cubrir horas punta de consumo.
Centrales de Agua
Fluente: Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen
en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante
en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas. No cuentan
prácticamente con reserva de agua, oscilando el caudal suministrado según las
estaciones del año. En la temporada de precipitaciones abundantes (de aguas
altas), desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente.
Durante la época seca (aguas bajas), la potencia disminuye en función del
caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío. Su
construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para
mantener un desnivel constante en la corriente de agua.
Centrales de Bombeo:
Se denominan "de acumulación". Acumulan caudal mediante bombeo, con
lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos
tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible. La alimentación del
generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra
central hidráulica, térmica o nuclear. No es una solución de alto rendimiento,
pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las
pérdidas de agua o combustible.
Centrales de Alta
Presión: Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es
superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente
pequeños, 20 m3/s por máquina. Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan
el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud.
Centrales de Media
Presión: Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200-20 metros
aproximadamente. Utilizan caudales de 200m3/s por turbina. En valles de media
montaña, dependen de embalses.
Centrales de Baja
Presión: Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se
alimenta de un caudal que puede superar los 300m3/s.
Ventajas y
aprovechamiento
La energía
hidroeléctrica en general, y su uso en particular, presenta ciertas ventajas
sobre otras fuentes de energía, como son:
Ø Principalmente la
producción de electricidad
Ø Disponibilidad: Es un
recurso inagotable, en tanto en cuanto el ciclo del agua perdure.
Ø No contamina"
(en la proporción que lo hacen el petróleo, carbón, etc.): Nos referimos a que
no emite gases "invernadero" ni provoca lluvia ácida, es decir, no
contamina la atmósfera, por lo que no hay que emplear costosos métodos que
limpien las emisiones de gases.
Ø Produce trabajo a la
temperatura ambiente: No hay que emplear sistemas de refrigeración o calderas,
que consumen energía y, en muchos casos, contaminan, por lo que es más rentable
en este aspecto.
Ø Almacenamiento de
agua para regadíos
Ø Permite realizar
actividades de recreo (remo, bañarse, etc.)
Ø Evita inundaciones
por regular el caudal.
LA
ENERGIA SOLAR
La energía solar es la
energía obtenida directamente del sol. La radiación solar incidente en la
tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o directamente a
través del aprovechamiento de la radiación. Este tipo de energía renovable y
limpia, es lo que se conoce como energía verde. La potencia de la radiación
varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan
y la latitud. Tanto la radiación directa como difusa es aprovechable:
Directa: la que llega
directamente del foco solar sin reflexiones ni refracciones.
Difusa: la que es emitida
por la bóveda celeste diurna, gracias a la reflexión y refracción solar en la
atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres.
Ventajas y desventajas.
Ventajas: se ahorra mucha
energía, se reduce la contaminación, es gratis, es una fuente de energía
inagotable y limpia.
Desventajas: no siempre
puedes contar con ella, como en las noches y días nublados, por lo que hay que
acudir a otra fuente de energía. Estos sistemas de energía son difíciles de
instalar y caros.
Recogiendo de forma adecuada
de la radiación solar, podemos obtener calor y electricidad. El calor se logra
mediante los captadores o colectores térmicos, y la electricidad, a través de
los llamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre
sí, ni en cuanto a su tecnología ni en cuanto a su aplicación.
Aprovechamiento del calor:
Ø Obtención
de agua caliente para consumo doméstico o industrial
Ø Para
dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas etc.
Ø Para
calentar piscinas permitiendo el baño durante todo año.
Ø Las
aplicaciones agrícolas son muy amplias: Con invernaderos solares pueden
obtenerse mayores y más tempranas cosechas
Ø Plantas
de purificación, desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de
combustible.
Aprovechamiento de la
electricidad:
Ø Puede
utilizarse de manera directa o bien ser almacenada en acumuladores para usarse
en las horas nocturnas.
Ø También
es posible inyectar la electricidad generada en la red general, obteniendo un
importante beneficio
Aplicaciones:
• Huerta solar.
• Central térmica solar, como: la que está en funcionamiento
desde el año 2007 en Sanlúcar la Mayor (Sevilla), de 11 MW de potencia que
entregará un total de 24 GWh al año y la de Llanos de Calahorra, cerca de
Guadix, de 50 MW de potencia. En proyecto Andasol I y II.
• Potabilización de agua.
• Cocina solar.
• Destilación.
• Evaporación.
• Fotosíntesis.
• Secado.
• Arquitectura sostenible.
• Cubierta solar.
• Acondicionamiento y ahorro de energía en edificaciones.
• Calentamiento de agua.
• Calefacción doméstica.
• Iluminación.
• Refrigeración.
• Aire acondicionado.
• Energía para pequeños
electrodomésticos.
Clasificación por
tecnologías y su correspondiente uso más general:
• Energía solar activa: para uso de baja temperatura (entre 35
°C y 60 °C), se utiliza en casas; de media temperatura, alcanza los 300 °C; y
de alta temperatura, llega a alcanzar los 2000 °C. Esta última, se consigue al
incidir los rayos solares en espejos, que van dirigidos a un reflector que
lleva a los rayos a un punto concreto. También puede ser por centrales de torre
y por espejos parabólicos.
• Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin
necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.
• Energía solar térmica: Es usada para producir agua caliente
de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
• Energía solar fotovoltaica: Es usada para producir
electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación
solar.
• Energía solar termoeléctrica: Es usada para producir
electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido
calentado a alta temperatura (aceite térmico).
ü Energía solar térmica de baja temperatura
Generación de agua caliente
con una instalación de circuito cerrado.
Dos colectores solares
planos, instalados en un tejado.
ü Energía solar térmica de media temperatura
La planta termosolar de 150
MW Andasol es una planta comercial de discos parabólicos, localizada en España.
Esta planta utiliza un sistema de tanques con sales fundidas para almacenar el
calor generado por la radiación solar de forma que pueda seguir generando
electricidad durante la noche.
Un disco solar parabólico
que concentra la radiación solar sobre un elemento calefactor de un motor
Stirling. Toda la unidad actúa como
un seguidor solar.
ü Energía
solar fotovoltaica
Instalación de paneles
solares en New Hampshire, Estados Unidos.
Instalación solar
fotovoltaica en Oregón, Estados Unidos.
Cuando no hay sol:
Debido a la naturaleza
intermitente de la radiación solar como fuente energética, durante los periodos
de baja demanda debe almacenarse el sobrante de energía solar para cubrir las
necesidades cuando la disponibilidad sea insuficiente. Los acumuladores pueden
servir para almacenar el excedente de energía eléctrica producida por
dispositivos solares.
ENERGÍA
EÓLICA
La energía eólica procede de
la energía del sol (energía solar), ya que son los cambios de presiones y de
temperaturas en la atmósfera los que hacen que el aire se ponga en movimiento,
provocando el viento, que los aerogeneradores aprovechan para producir energía
eléctrica a través del movimiento de sus palas (energía cinética).
Para que la energía eólica se establezca en
una localización concreta, mediante parques
eólicos, el lugar de instalación debe cumplir una serie de requisitos.
Para empezar a evaluar el
terreno donde irán instalados los aerogeneradores,
primero hay que realizar una campaña de medición de viento a diferentes alturas
(tanto dirección del viento, como velocidad de viento; esto es conocido como la
rosa de los vientos) que durará como mínimo un año. De esta manera, se sabrá
cómo debe ser la disposición de los aerogeneradores para obtener la mayor
energía eólica posible. Además, esta campaña de medición servirá para
corroborar que la ubicación es adecuada para instalar un parque eólico.
Los requisitos fundamentales
para un emplazamiento son:
- Más de 2.000 horas de producción eólica
equivalente a potencia máxima (horas equivalentes).
- Respetar la avifauna del entorno,
estableciendo si es preciso un paso para aves migratorias entre grupos de
aerogeneradores.
- Lejanía de más de un kilómetro con
núcleos urbanos para evitar la contaminación acústica de los parques
eólicos.
- La energía eólica debe estar instalada
en suelo no urbanizable, generalmente.
- No interferencia con señales
electromagnéticas del entorno, ya que señales de televisión, radio o
telefonía se pueden ver perjudicadas si no se instalan otros dispositivos
que lo eviten.
En la
actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir
electricidad mediante aerogeneradores, conectados a las grandes redes de
distribución de energía eléctrica. Los parques eólicos construidos en tierra
suponen una fuente de energía cada vez más barata, competitiva o incluso más
barata en muchas regiones que otras fuentes de energía convencionales.1 2
Pequeñas instalaciones eólicas pueden, por ejemplo, proporcionar electricidad
en regiones remotas y aisladas que no tienen acceso a la red eléctrica, al
igual que hace la energía solar fotovoltaica.
La energía eólica es un
recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases
de efecto invernadero al reemplazar fuentes de energía a base de combustibles
fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. El impacto ambiental
de este tipo de energía es además, generalmente, menos problemático que el de
otras fuentes de energía.
La energía del viento es
bastante estable y predecible a escala anual, aunque presenta significativas
variaciones a escalas de tiempo menores. Al incrementarse la proporción de
energía eólica producida en una determinada región o país, se hace
imprescindible establecer una serie de mejoras en la red eléctrica local.8 9
Diversas técnicas de control energético, como una mayor capacidad de almacenamiento
de energía, una distribución geográfica amplia de los aerogeneradores, la
disponibilidad de fuentes de energía de respaldo, la posibilidad de exportar o
importar energía a regiones vecinas o la reducción de la demanda cuando la
producción eólica es menor, pueden ayudar a mitigar en gran medida estos
problemas.10 Adicionalmente, la predicción meteorológica permite a los gestores
de la red eléctrica estar preparados frente a las previsibles variaciones en la
producción eólica que puedan tener lugar a corto plazo.
Cómo se produce y obtiene
La energía del viento está
relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de
alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con
velocidades proporcionales al gradiente de presión.
Los vientos son generados a
causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la
radiación solar, entre el 1 y 2 % de la energía proveniente del sol se
convierte en viento. De día, las masas de aire sobre los océanos, los mares y
los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre
las masas continentales.
Los continentes absorben una
menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la
tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más
frío y más pesado que proviene de los mares, océanos y grandes lagos se pone en
movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.
Bibliografía:
Carbón:
Gas:
Energía nuclear:
Geoermia:
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