Descripcin del Motor StirlingEl motor de aire caliente Stirling, utiliza una fuente de calor fija, para calentar aire en su cilindro. Se le puede considerar de combustin externa y proceso adiabtico, ya que no requiere quemar combustible en su interior y al operar, no transfiere calor al entorno. Su movimiento obedece a las diferencias de presin de aire, entre la porcin mas caliente y la fra. El mecanismo central de un Stirling consiste de dos pistones/cilindros, uno para disipar calor y desplazar aire caliente hacia la seccin fra (viceversa). En la prctica este cilindro funciona como intercambiador de calor y se le denomina regenerador. El otro pistn entrega la fuerza para aplicar torque al cigeal.

Eficiencia del StirlingUtilizando un diseo adecuado de Stirling, es posible obtener dos pulsos de fuerza por cada vuelta del cigeal, lo que hace de este motor el ms eficiente que se conoce. Sin embargo, adolece de un problema que lo condena a ser el propulsor de un nmero limitado de maquinaria: no es posible ponerlo en funcionamiento en forma instantnea.

Este motor contina en investigacin debido a la versatilidad de fuentes de energa utilizables para su funcionamiento, ya que al necesitar solamente una fuente de calor externa al cilindro, es posible usar una gran variedad de fuentes energticas (energa solar trmica, todo tipo de combustibles, uso de la biomasa, energa geotrmica, etctera). Hoy existe una variedad de artefactos que utilizan este principio, incluso algunos con base acstica. En Argentina, la Universidad Nacional de General Sarmiento, elabor un dispositivo mecnico de alta eficiencia para, a travs de undisco Stirling generar electricidad1 . En Espaa, en la Plataforma Solar de Almera, se han construido equipos (conocidos como Distal y EuroDISH) formados por grandes discos parablicos que reflejan y concentran la luz solar hacia un motor Stirling, el cual produce energa mecnica que mediante un alternador es transformada en energa elctrica. Son modelos experimentales y demostrativos de gran rendimiento.

Esta tecnologa se considera que ser de gran aplicacin para regiones donde hay gran nmero de pobladores dispersos, a los cuales sera muy costoso llegar con red elctrica. Es de esperar que los fabricantes de motores Stirling construyan en gran escala unidades pequeas de ese mismo tipo, (con disco solar) como por ejemplo con capacidad de producir unos 200 a 400 kWh al mes (equipos de 1 a 2 kW de potencia aproximadamente); especialmente para los pases situados entre los trpicos, pues en estas zonas la cantidad de radiacin solar es grande a lo largo de todo el ao y a su vez es la regin donde hay mas poblacin dispersa. El motor Stirling es el nico capaz de aproximarse (tericamente lo alcanza) al rendimiento mximo terico conocido como rendimiento de Carnot, por lo que, en lo que a rendimiento de motores trmicos se refiere, es la mejor opcin. Conviene advertir que no servira como motor de coche, porque aunque su rendimiento es superior, su potencia es inferior (a igualdad de peso) y el rendimiento ptimo slo se alcanza a velocidades bajas.

BiomasaLa biomasa es la energa solar convertida por la vegetacin en materia orgnica; esa energa la podemos recuperar por combustin directa o transformando la materia orgnica en otros combustibles. Al contrario de las energas extradas de la tanatomasa (carbn; petrleo), la energa derivada de la biomasa es renovable indefinidamente. Al contrario de las energas elica y solar, la de la biomasa es fcil de almacenar. En cambio, opera con enormes volmenes combustibles que hacen su transporte oneroso y constituyen un argumento a favor de una utilizacin local y sobre todo rural. Su rendimiento, expresado en relacin a la energa solar incidente sobre las mismas superficies, es muy dbil (0.5 % a 4%contra 10% a 30% para las pilas solares fotovoltaicas)

Biomasa y sus tipos NaturalEs aquella que abarca los bosques, rboles, matorrales, plantas de cultivo, etc. Por ejemplo, en las explotaciones forestales se producen una serie de residuos o subproductos, con un alto poder energtico, que no sirven para la fabricacin de muebles ni papel, como son las hojas y ramas pequeas, y que se pueden aprovechar como fuente energtica.

Los residuos de la madera se pueden aprovechar para producir energa. De la misma manera, se pueden utilizar como combustible los restos de las industrias de transformacin de la madera, como los aserraderos, carpinteras o fbricas de mueble y otros materiales ms. Los cultivos energticos son otra forma de biomasa consistente en cultivos o plantaciones que se hacen con fines exclusivamente energticos, es decir, para aprovechar su contenido de energa. Entre este tipo de cultivos tenemos, por ejemplo, rboles como los chopos u otras plantas especficas. A veces, no se suelen incluir en la energa de la biomasa que queda restringida a la que se obtiene de modo secundario a partir de residuos, restos, etc. Los biocarburantes son combustibles lquidos que proceden de materias agrcolas ricas en azcares, como los cereales (bioetanol) o de grasas vegetales, como semillas de colza o girasol de calabaza (biodisel). Este tipo tambin puede denominarse como cultivos energticos. El bioetanol va dirigido a la sustitucin de la gasolina; y el [biodiesel] trata de sustituir al gasleo. Se puede decir que ambos constituyen una alternativa a los combustibles tradicionales del sector del transporte, que derivan del petrleo.

ResidualEs aquella que corresponde a los residuos de paja, aserrn, estircol, residuos de mataderos, basuras urbanas, etc. Los residuos ganaderos, por otro lado, tambin son una fuente de energa. Los purines y estircoles de las granjas de vacas y cerdos pueden valorizarse energticamente por ejemplo, aprovechando el gas (o biogs) que se produce a partir de ellos, para producir calor yelectricidad. Y de la misma forma puede aprovecharse la energa de las basuras urbanas, porque tambin producen un gas o biogas combustible, al fermentar los residuos orgnicos, que se puede captar y se puede aprovechar energticamente produciendo energa elctrica y calor en los que se puede denominar como plantas de valorizacin energtica de biogas de vertedero.

Biomasa seca y hmedaSegn la proporcin de agua en las sustancias que forman la biomasa, tambin se puede clasificar en:

Biomasa seca: madera, lea, residuos forestales, restos de las industrias madereras y del mueble, etc. Biomasa hmeda: residuos de la fabricacin de aceites, lodos de depuradora, purines, etc.

Esto tiene mucha importancia respecto del tipo de aprovechamiento, y los procesos de transformacin a los que se puede ser sometida para obtener la energa pretendida.

Ventajas No se necesitan talar rboles. Se utiliza desperdicios de podas, talas o de carpinteras. Al ser material reaprovechado, es un combustible ms barato. Se puede dosificar. Una estufa de lea normal solo puede regular el fuego ahogndolo. Lo que perjudica mucho el rendimiento. En las estufas de pellets es la propia estufa la que aade pellets segn la demanda de energa. Como no se regulan ahogndolas se produce mucho menos monxido de carbono.

Desventajas A veces se tiene acceso a lea a un precio muy bajo o gratuito. Esta necesidad de procesado extra de los pellets los hace ms costosos de fabricar econmica y energticamente. Si el pellets pasa por varios sinfines de alimentacin se deshace un poco, lo que crea serrn que obtura o dificulta a veces la alimentacin de la caldera. La combustin del pellets tiene un mayor consumo de aire, por lo que se hace necesaria una mayor ventilacin de la sala de calderas de biomasa que una sala de calderas de gas, gasoil u otro tipo de combustible.

Semillas Los alcoholes son los biocombustibles ms utilizados actualmente en algunos pases, tanto para dar una salida a excedentes agrcolas convertibles en alcohol como por dificultades financieras en la importacin de combustibles fsiles. PRIMERA GENERACIN

Son los biocombustibles que provienen de cultivos alimenticios y que se procesan por medios convencionales, como el bioetanol que se obtiene de la caa de azcar o la remolacha, o el biodiesel que proviene de las semillas de crtamo o girasol. SEGUNDA GENERACIN

Son los biocombustibles que se elaboran a partir de materias primas que pueden convertirse en celulosa, como los desechos de los cultivos alimenticios (por ejemplo los tallos del trigo o del maz) e incluso el aserrn o plantas con un alto contenido de materia lignocelulosa TERCERA GENERACIN

Esta es la que pretende crear bioetanol a partir de cultivos especficos, como las algas. Las algas tienen un potencial energtico que puede llegar a ser 30 veces mayor que el de los cultivos energticos en tierra, ya que capturan una gran cantidad energa solar y se reproducen rpidamente. Existe un tipo de algas que de manera natural produce bioetanol.

Ventajas SON RENOVABLES Los biocombustibles son una alternativa conveniente frente a los combustibles fsiles en primer lugar porque son renovables. Provienen de materias primas agrcolas o ganaderas, que pueden cultivarse o criarse. SON MS LIMPIOS

Una de sus grandes ventajas es que son ms biodegradables que los combustibles fsiles, por lo que son potencialmente menos dainos en casos de derrames. Adicionalmente, aunque la idea est todava a debate, se cree que emiten menos elementos contaminantes a la atmsfera al momento de quemarse. GENERAN EMPLEOS

Son una alternativa para fomentar la inversin y el empleo en la agricultura y el campo. Algunos biocombustibles pueden emplear cultivos que se dan bien en tierras de baja productividad que actualmente estn ociosas y, adems, beneficiar a pequeos productores o cooperativas campesinas en condicin de pobreza. APROVECHAN MATERIAS TRADICIONALMENTE CONSIDERADAS COMO DESPERDICIO

La basura, las grasas animales o usadas y el excremento animal son materias primas para producir biocombustibles. Adems, para el caso de la basura y los excrementos, su aprovechamiento evita que se emitan gases de invernadero a la atmsfera con un alto potencial de contaminacin.

Desventajas BALANCE ENERGTICO Y DE CONTAMINACIN ATMOSFRICA EFECTOS SOBRE LA BIODIVERSIDAD

Se ha sealado que la necesidad de contar con combustibles alternativos puede llevar a la ocupacin de tierras boscosas o selvticas para la produccin de cultivos energticos. En pases como Malasia o Sumatra, , grandes extensiones de tierra fueron deforestadas para plantar palma de aceite, materia prima de la produccin de biodiesel.

En estos casos no slo se perdi la biodiversidad vegetal, sino que con ella se perdieron poblaciones de fauna local. EFECTOS SOBRE EL PRECIO DE LOS ALIMENTOS

Dedicar tierra cultivable a la produccin de biocombustibles puede disminuir la destinada a producir alimentos para humanos y animales, impactando as su cantidad y elevando su precio.

BioetanolSe obtiene a partir de la fermentacin de dos tipos de biomasa: La que es rica en azcares, como la caa de azcar, la remolacha o el sorgo dulce. La que es rica en almidones, como el maz, la yuca, etc. El bioetanol es en s mismo un biocombustible, pero no se emplea de manera pura en vehculos porque es agresivo para sus partes plsticas (a menos de que el vehculo en cuestin haya sido diseado para funcionar con bioetanol). La prctica comn es mezclarlo con gasolina en porcentajes que varan del 5% al 20%, sin embargo en pases como Brasil, es comn utilizarlo de manera pura (E100) como combustible Cuando se mezcla en bajas proporciones con gasolina funge como oxigenante y, con ello, elevarla potencia de su combustin (es decir, su octanaje), sustituyendo a un componente tradicional de la gasolina denominado ter metil tertbutlico o MTBE, el cual es altamente contaminante, por lo que las gasolinas mezcladas con etanol son menos agresivas con el medio ambiente.

BiodieselSe puede obtener biodiesel de varias fuentes: De plantas oleaginosas, como el crtamo, el girasol o las recomendadas por las polticas pblicas mexicanas: la higuerilla, la jatropha y la palma de aceite. De la grasa animal. De los aceites alimenticios usados. El biodiesel puede ser empleado por cualquier vehculo disel, ya que su composicin y caractersticas son muy similares a las del disel fsil. Sin embargo, su uso principal es como aditivo del disel fsil porque contribuye a disminuir la emisin de contaminantes como el monxido de carbono y los hidrocarburos voltiles.

PEMEX ha determinado adicionar el 0.35% de biodiesel a su produccin de disel UBA (Ultra Bajo Azufre), slo en la medida en la que el combustible de origen orgnico est disponible. Segn estimaciones de la Secretara de Energa, la cantidad de biodiesel que PEMEX podra emplear en un ao sera de 8.7 millones de litros.

Biogas BIOGS A PARTIR DE LA BASURA Los tiraderos de basura de las ciudades pueden convertirse en fuentes de biogs con una inversin relativamente baja y, sobre todo, que se recupera con rapidez. Para producir biogs se crean confinamientos sellados en los tiraderos. En ellos se depositan los desechos orgnicos que, al descomponerse, generan gas metano. Las ciudades procesan y aprovechan este gas para producir electricidad. Un buen ejemplo es la ciudad de Monterrey, cuya planta de biogs genera 16.96 kilowatts de energa elctrica, suficiente para alimentar el sistema de bombeo de agua de la ciudad, el alumbrado pblico de la ciudad y sus municipios conurbados, elMetro y varios edificios pblicos. Hay otras ciudades que hacen lo mismo, y existe financiamiento internacional para las que tengan intenciones de aprovechar sus tiraderos como fuente de energa. Una ventaja adicional consiste en que su aprovechamiento impide que el metano se libere a la atmsfera, ya que es varias veces ms contaminante que el CO2 que se produce por quemar el biogs.

Biogs A Partir Del Estircol La ganadera tambin puede beneficiarse usando un mtodo ms sencillo del mismo procedimiento: los excrementos del ganado se depositan en un rea de confinamiento hermtico a partir del cual se captura el gas metano que puede emplearse para como combustible o en algunos casos mediante un motogenerador , producir energa elctrica. Existen casos en que los establos o unidades de produccin ganadera o porcicola generan excedentes de energa elctrica, los cuales alimentados al Sistema Elctrico Nacional y vendidos a la Comisin Federal de Electricidad.

En nuestro pas hay numerosos ejemplos de empresa ganaderas que producen biogs, muchas de ellas usando crditos gubernamentales para adecuar sus instalaciones y adquirir el equipo necesario.

Laboratorio de mecnicaEn la visita al al laboratorio de mecnica se vio la unidad Ansaldo que cuenta con dos tipos de turbinas diferentes que son una turbina francis y una turbina de bulbo.

Turbina Francis

Las turbinas Francis son turbinas hidrulicas que se pueden disear para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los diez metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el ms ampliamente usado en el mundo, principalmente para la produccin de energa elctrica mediante centrales hidroelctricas. Clasificacion De Las Turbinas Francis Se clasifican, en funcin de la velocidad especfica del rotor y de las caractersticas del salto

Turbina Francis lenta

Turbinas Francis normal Turbinas Francis rapidas y extrarapidas

Turbina Francis Lenta Para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o ms

Turbina Francis Normal Indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20 m

Turbina Francis Rapida Y Extrarapida Apropiadas para saltos de pequea altura, inferiores a 20 m

Componentes: Cmara espiral. Distribuidor. Rodete. Tubo de aspiracin Eje. Equipo de sellado del eje de turbina. Cojinete gua de turbina. Cojinete de empuje.

Eficiencias Las grandes turbinas Francis se disean de forma individual para cada emplazamiento, a efectos de lograr la mxima eficiencia posible, habitualmente ms del 90%. Son muy costosas de disear, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante dcadas. Se fabrican micro turbinas Francis baratas para la produccin individual de energa para saltos mnimos de 52 metros. Adems de para la produccin de electricidad, pueden usarse para el bombeo y almacenamiento hidroelctrico, donde un embalse superior se

llena mediante la turbina (en este caso funcionando como bomba) durante los perodos de baja demanda elctrica, y luego se usa como turbina para generar energa durante los perodos de alta demanda elctrica.

Ventajas de la turbina Francis Es renovable. - No se consume. Se toma el agua en un punto y se devuelve a otro a una cota inferior. - Es autctona y, por consiguiente, evita importaciones del exterior. - Es completamente segura para personas, animales o bienes. - No genera calor ni emisiones contaminantes (lluvia cida, efecto invernadero...) - Genera puestos de trabajo en su construccin, mantenimiento y explotacin. - Requiere inversiones muy cuantiosas que se realizan normalmente en comarcas de montaa muy deprimidas econmicamente. - Genera experiencia y tecnologa fcilmente exportables a pases en vas de desarrollo.

Desventajas De Las Turbinas Francis No es recomendado para alturas mayores de 800 m, por las presiones existentes en los sellos de la turbina. Hay que controlar el comportamiento de la cavitacin. No es la mejor opcin para utilizar frente a grandes variaciones de caudal, por lo que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto, antes de la instalacin.

Turbina Bulbo

Si adems de tener las palas orientables, las turbinas funcionan en los dos sentidos de rotacin (turbinas reversibles) se les denomina turbinas Bulbo. Se caracteriza por tener el conjunto turbina-generador instalado en el eje horizontal dentro de una cpsula llamada bulbo, que por lo general opera sumergido. Bsicamente es una unidad de generacin consiste en una turbina y un generador de Kaplan rodeado por una cpsula. La cpsula es a su vez inmersa en el flujo de agua, esto conduce a un sistema de cierre que requiere una mayor precisin, lo que significa menos espacio para el acceso de mantenimiento. El generador esta encerrado en un recinto metlico estanco que normalmente precede al rotor de turbina, la forma del conjunto es como una pera o bulbo. Para llegar hasta el alternador, como as tambin a las conducciones y servicios se dispone de una chimenea que comunica con el exterior.

Funcionamiento Turbinas Bulbo

Los grupos Bulbo, como parte fundamental de algunas centrales mini hidrulicas y maremotrices, no son ms que un tipo especial de turbina hlice, capaces de aprovechar saltos de pequeo desnivel, pero de gran caudal. Fueron concebidos en un principio para ser utilizados en cuencas fluviales de grandes caudales y posteriormente han sido empleados tambin por las centrales maremotrices, que como sabemos se caracterizan, por pequeas alturas y grandes caudales. La ventaja de estos grupos, en los que el agua desliza axialmente, es muy superior a los tradicionales de eje vertical. En primer lugar, se produce una mejor distribucin de velocidades del agua sobre las palas, lo que permite disminuir el dimetro de las mismas. Otra ventaja la constituye la disminucin de las prdidas de carga, tanto a la entrada como a la salida de la turbina lo que implica una mejora del rendimiento.

Instituto Tecnolgico de Chihuahua

Fuentes de ahorro de energa

Profesor: Ing. Arrequn Cabral Alumno: Carlos Eduardo Prez Hdez. Matricula: 08061367 Ing. Electromecnica