Energías Alternativas

1. Energías Alternativas Lucia Villa Olivia Molina Mario Blas José Luis Vázquez

2. ENERGÍAS ALTERNATIVAS Hoy en día es de reconocer el impulso que se le da al uso y estudio de nuevas formas de energía para el consumo, pero a la vez es importante destacar un importante antecedente que ha marcado el futuro del mundo, el cual, lo ha orillado a visualizar nuevas alternativas para la creación de estas nuevas energías, tal es el caso del calentamiento global, también llamado efecto invernadero.

3. ¿Qué es el efecto invernadero? La actividad humana –en particular, el consumo de combustibles fósiles ha hecho que la capa de gases de efecto invernadero que rodea a la Tierra sea más “gruesa”. El aumento resultante de las temperaturas mundiales está alterando la compleja red de sistemas que hacen posible la vida sobre la tierra, como la cubierta de nubes, las precipitaciones, las pautas de los vientos, las corrientes oceánicas y la distribución de las especies vegetales y animales. Cada vez es más la energía solar que se ve atrapada en la atmósfera, y una parte mucho mayor del carbono mundial (en forma de dióxido de carbono) se deposita en el aire, en vez de en los árboles, el suelo y los depósitos subterráneos.

5. Se han buscado otras formas de producir energía que tengan un menor efecto contaminante para el ambiente, siendo los biocombustibles una alternativa, ya que tienen como ventaja emitir una menor cantidad de contaminantes y los cultivos de donde provienen las materias primas para producir los biocombustibles consumen CO2 del ambiente para su proceso de fotosíntesis. Por lo anterior es que se desprenden los esfuerzos de los distintos países por controlar y erradicar el cambio climático, derivando de aquí el Protocolo de Kyoto. Además del cumplimiento que estos países han hecho en cuanto a la emisión de gases de efecto invernadero se promovió también la generación de un desarrollo sostenible, de tal forma que se utilice también energías no convencionales y así disminuya el calentamiento global.

6. El acuerdo ofrece flexibilidad en la manera en que los países pueden cumplir sus objetivos. Por ejemplo, pueden compensar parcialmente sus emisiones aumentando los “sumideros” –bosques, que eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera. Ello puede conseguirse bien en el territorio nacional o en otros países. Pueden pagar también proyectos en el extranjero cuyo resultado sea una reducción de los gases de efecto invernadero.

7. ¿Qué se puede hacer? Algunas medidas –que dependen en gran parte de la existencia de espíritu de equipo y voluntad política– pueden frenar el ritmo del calentamiento atmosférico y ayudar al mundo a hacer frente a los cambios climáticos que se produzcan.

8. Reducción de las emisiones. Una manera de combatir el problema en el origen es el consumo más eficiente del petróleo y el del carbón, la adopción de formas renovables de energía, como la energía solar y eólica, y la introducción de nuevas tecnologías para la industria y el transporte. Ampliación de la superficie forestal. Los árboles eliminan el dióxido de carbono, principal gas de efecto invernadero, de la atmósfera. Cuantos más tengamos, mejor. En cambio, la deforestación –que es la tendencia actual– libera todavía más carbono y agrava el calentamiento del planeta. • Dicho Protocolo además promueve la utilización de energías no convencionales es decir “alternativas para apoyar la disminución del calentamiento global. Nosotros como equipo queremos mostrar algunas de ellas que nos parecieron de mayor relevancia, entre las cuales destacan: la energía de las olas, las mareas, del viento, nuclear, solar entre otras.

9. Energías Renovables La energía alternativa sería equivalente al concepto de energía renovable o energía verde, mientras que las definiciones más amplias consideran energías alternativas a todas las fuentes de energía que no implican la quema de combustibles fósiles (carbón, gas y petróleo); en estas definiciones, además de las renovables, están incluidas la energía nuclear o incluso la hidroeléctrica. Los combustibles fósiles han sido la fuente de energía empleada durante el siglo de la revolución industrial, pero en la actualidad presentan fundamentalmente dos problemas: por un lado son recursos finitos, y por otra parte, la quema de estos combustibles libera a la atmósfera grandes cantidades de CO2, que ha sido acusado de ser la causa principal del calentamiento global. Por estos motivos, se estudian distintas opciones para sustituir la quema de combustibles fósiles por otras fuentes de energía carentes de estos problemas.

10. Las energías alternativas se dividen en dos grandes grupos: • Fuentes de energía renovables (eólica, solar, biomasa, etc.) • Energía nuclear

11. No todos coinciden en clasificar la energía nuclear dentro de las energías alternativas, pues al igual que los combustibles fósiles, se trata de un recurso finito, y además presenta problemas medioambientales importantes, como la gestión de los residuos radiactivos o la posibilidad de un accidente nuclear. Sin embargo, la reducida emisión de CO2 de esta tecnología, y la todavía insuficiente capacidad de las energías renovables para sustituir completamente a los combustibles fósiles, hacen de la energía nuclear una alternativa sujeta a fuerte polémica.

12. Energía Marítima Es evidente que de todas las formas de energía contenidas en el mar sólo sea posible utilizar aquellas que se adecuen a las restricciones que imponga la propia región de interés. Por ejemplo, para la conversión de la energía de las olas se requiere que la zona cuente con un adecuado promedio anual en la velocidad del viento, así como con una buena exposición de la costa frente al mar (Hagerman, 1988). En el caso de la energía derivada de la marea, el hecho de que se necesiten simultáneamente grandes amplitudes y determinadas condiciones morfológicas, tales como golfos, bahías profundas o estuarios.

13. ¿Qué produce las olas? Las olas del océano son producidas por una variedad de fuerzas incluyendo las fenómenos meteorológicos (como el viento y la presión atmosférica), fuerzas astronómicas (efectos gravitacionales de la luna y el sol), y fuerzas geológicas (terremotos subacuáticos que pueden producir tsunamis). Este informe se dedicará a los fenómenos meteorológicos que pueden actuar sobre los océanos del globo.

14. La Figura muestra un modelo del 20 de abril de 2006, que indica alturas de las olas a nivel global (indicado por color) y la magnitud y dirección en que las olas están viajando (indicado por una flecha blanca y su largo).

15. El futuro de la energía de las olas La energía de las olas tiene un gran potencial, ya que lograría mayores rendimientos que la energía de las mareas. La energía potencial de las olas es vasta y puede ser explotada en muchas regiones. Los países con largas líneas costeras y fuertes vientos persistentes pueden producir cinco por ciento, o más de su electricidad a través de la energía de las olas. Los dispositivos de generación de energía a través de las olas se pueden clasificar en fijos o flotantes.

16. ¿De dónde proviene la energía del viento? Toda la energía renovable (excepto la energía de las mareas y la geotérmica), en última instancia viene del sol. El sol irradia 174.423.000.000.000 kilovatios/hora de energía a la tierra. Es decir, en una hora la tierra recibe 1.74 x 1017 vatios de energía. Aproximadamente entre el 1 y el 2 por ciento la energía que proveniente del sol es convertida en viento. Ésa cantidad es de 50 a 100 veces más que la energía convertida en biomasa por todas las plantas de la tierra.

17. ENERGÍA HIDRAULICA Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que 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 sólo una forma de energía renovable. Se puede transformar a muy diferentes escalas, existen desde hace siglos pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río mueve un rotor de palas y genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas de represas, aunque estas últimas no son consideradas formas de energía verde por el alto impacto ambiental que producen.

18. Ventajas Se trata de una energía renovable y limpia, y de alto rendimiento energético. Ventajas económicas La gran ventaja de la energía hidráulica es la eliminación de los costos de los combustibles. El costo de operar una planta hidráulica es casi inmune a la volatilidad de los combustibles fósiles como la gasolina, el carbón o el gas natural. Además, no hay necesidad de importar combustibles de otros países.

19. Inconvenientes • Pueden ser varios: • La construcción de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de terreno, obviamente en función de la topografía del terreno aguas arriba de la presa, lo que significa perdida de tierras del valle, generalmente las más fértiles; • En el pasado se han construido embalses que han inundado pueblos enteros. Con el crecimiento de la conciencia ambiental, estos hechos son actualmente menos frecuentes, pero aun persisten; Destrucción de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser disruptivas a los ecosistemas acuáticos.

20. Inconvenientes • Por ejemplo, estudios han mostrado que las presas en las costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de trucha septentrional común que necesitan migrar a ciertos locales para reproducirse. Hay bastantes estudios buscando soluciones a este tipo de problema. Un ejemplo es la invención de un tipo de escalera para los peces; • Cambia los ecosistemas en el río aguas abajo. El agua que sale de las turbinas no tiene prácticamente sedimento. Esto puede resultar en la erosión de las márgenes de los ríos. • Cuando las turbinas se abren y cierran repetidas veces, el caudal del río se modifica drásticamente causando una dramática alteración en los ecosistemas.

21. ENERGÍA SOLAR La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde. Si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.

22. La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones

23. ENERGÍA FOTOTERMICA Los Sistemas foto térmicos convierten la radiación solar en calor y lo transfieren a un fluido de trabajo. El calor se usa entonces para calentar edificios, agua, mover turbinas para generar electricidad, secar granos o destruir desechos peligrosos. Los Colectores Térmicos Solares se dividen en tres categorías: • *Colectores de baja temperatura. Proveen calor útil a temperaturas menores de 65º C mediante absolvedores metálicos o no metálicos para aplicaciones tales como calentamiento de piscinas, calentamiento doméstico de agua para baño y, en general, para todas aquellas actividades industriales en las que el calor de proceso no es mayor a 60º C, por ejemplo la pasteurización, el lavado textil, etc.

24. Para ellos se utiliza el solar plano:

25. *Colectores de temperatura media. Son los dispositivos que concentran la radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente entre los 100 y 300º C. En esta categoría se tienen a los concentradores estacionarios y a los canales parabólicos, todos ellos efectúan la concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor tamaño. Tienen el inconveniente de trabajar solamente con la componente directa de la radiación solar por lo que su utilización queda restringida a zonas de alta insolación. • *Colectores de alta temperatura. Existen en tres tipos diferentes: los colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y los sistemas de torre central. Operan a temperaturas mayores a los 500º C y se usan para generar electricidad y transmitirla a la red eléctrica; en algunos países estos sistemas son operados por productores independientes y se instalan en regiones donde las posibilidades de días nublados son remotas.

26. Para estos últimos dos se utilizan los llamados reflectores parabólicos: La generación foto térmica de electricidad es actualmente una de las aplicaciones más extensas de la energía solar en el mundo. Existen más de 2.5 millones de m2 de concentradores solares instalados en 9 plantas Solar EnergyGenerationSystem (SEGS) de la Compañía Luz de Israel, que representan 354 MW y más del 85% de la electricidad producida con energía solar.

27. Hornos solares • Los hornos solares son reflectores parabólicos o lentes construidos con precisión para enfocar la radiación solar en superficies pequeñas y de este modo poder calentar "blancos" a niveles altos de temperatura. • Se construyen hornos solares de hasta 3 metros de diámetro con espejos de una sola pieza de aluminio, cobre o de otros elementos y se han construido hornos mas grandes de múltiples reflectores curvos. • El reflector o blanco usado en los hornos solares puede ser de varias formas. Las sustancias pueden fundirse en si mismas en cavidades de cuerpo negro, encerrarse en envoltura de vidrio o de otra materia transparente para atmósferas controladas, o introducirse en un recipiente rotatorio "centrifugo".

28. Se usan hornos solares en gran variedad de estudios experimentales, entre ellos, la fusión de materiales refractarios, la realización de reacciones químicas e investigación de las relaciones de fase en sistemas de alto punto de fusión como sílice alúmina.

29. También podemos clasificar la energía solar en: • 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) • Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra energía. Según la energía con la que se combine es una hibridación: • Renovable: biomasa, energía eólica.[ • Fósil. • Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.

30. Queremos destacar una labor importante en el esfuerzo que también los jóvenes aportan a las energías alternativas, tal es el caso del concurso internacional entre universidades “solar decathlon” es una competición que organiza el Departamento de Energía del Gobierno de EE.UU. en la que se convoca a universidades de todo el mundo para diseñar y construir viviendas de viviendas que sean autosuficientes energéticamente, que funcionen sólo con energía solar.

31. La posibilidad de la extinción de los recursos energéticos fósiles, entre otros motivos, ha conducido a la comunidad científica a considerar el aprovechamiento de fuentes energéticas alterativas renovables, tales como las derivadas del sol, del viento y del océano. Las técnicas de captación de las energías solar y eólica, por ejemplo, han alcanzado ya un grado de desarrollo tal que se han convertido, en algunos casos en económicamente rentables.