El Microlibro de Las Energias Renovables y La Tecnologia Ambiental

El microlibrode las

energas renovablesy la

tecnologa ambiental

Francisco Jarabo

NDICE

I. ENERGAS RENOVABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Energa. Fuentes de energa. Energas renovables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Energa elica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Energa hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Energa del mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Ahorro energtico, cogeneracin y almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

II. TECNOLOGA AMBIENTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Medio ambiente. Efectos globales. Gestin ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . 14Contaminacin atmosfrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Contaminacin de las aguas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Residuos slidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Ruido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Todo esto y mucho ms (BIBLIOGRAFA) en ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

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I. ENERGAS RENOVABLES

Energa. Fuentes de energa. Energas renovables.

Toda la civilizacin ha sido construida a partir del descubrimiento y dominio de

nuevas fuentes de energa para el uso humano de una forma cada vez ms eficiente

y con medios cada vez ms sofisticados. La energa es la medida de la capacidad deun sistema para proporcionar trabajo por medios mecnicos o calor por medios no

mecnicos. Esta capacidad se manifiesta de diferentes formas (energa mecnica,

energa interna) y se transporta segn diferentes mecanismos (electricidad, radiacin,

calor), pero no se puede crear ni destruir, slo transformar (Primer principio de laTermodinmica) y se degrada continua e irreversiblemente hacia su manifestacin demenor calidad: el calor (Segundo principio de la Termodinmica).

Desde el punto de vista del consumo humano hay que distinguir entre la forma

en que la energa se encuentra en la Naturaleza (fuente de energa o energa primaria:combustibles fsiles, combustibles nucleares o recursos renovables) y la forma

realmente deseada para su uso (energa til o energa final: trabajo mecnico,electricidad, calor). La transformacin de una forma en la otra depende de la tecnologa

disponible que, a veces, involucra formas intermedias que facilitan el transporte y la

distribucin (combustibles, electricidad) y siempre implican prdidas, a veces muy

importantes. As pues, la disponibilidad de una fuente de energa y la madurez de la

tecnologa para su aprovechamiento sern los condicionantes principales para su

explotacin que, finalmente, se traducen a variables econmicas.

Ello hace necesario diferenciar las fuentes de energa segn su origen,distinguindose las fuentes no renovables, de origen terrestre, duracin limitada y

distribucin irregular, y las fuentes renovables, que tienen su origen en el flujo continuo

de energa que recibe la Tierra del Sol y que se disipan a travs de ciclos naturales.

Las energas no renovables incluyen los combustibles fsiles actualmenteutilizados (carbn petrleo, gas natural) y el uranio, combustible nuclear en las

reacciones de fisin. Estas fuentes se consideran como convencionales, pero existenotras fuentes alternativas, que presentan lazos de parentesco geolgico bastante

6 EL MICROLIBRO DE LAS ENERGAS RENOVABLES Y LA TECNOLOGA AMBIENTAL


estrechos con el petrleo y que estn en fase de investigacin: las pizarras (o

esquistos) bituminosas y las arenas asflticas (o alquitranadas).

Las energas renovables son casi todas de origen solar, si bien en algunoscasos existen otras contribuciones. La energa solar directa, la energa elica, laenerga de la biomasa y la energa hidrulica tienen su origen inmediato en el Sol; laenerga geotrmica est contenida en el interior de la Tierra; la energa del mar tieneuna manifestacin gravitatoria, la energa de las mareas, y otras dos tambin de origen

solar: la energa de los gradientes trmicos, provocados por insolacin, y la energa de

las olas, provocadas por los vientos.

Energa solar

La energa procedente del Sol que atraviesa la atmsfera sin experimentar

cambios sensibles se denomina energa solar directa, siendo la que proporciona a losseres vivos calor y luz. El primer paso para el aprovechamiento de la energa solar es

su captacin, aspecto en el que pueden distinguirse los sistemas pasivos y lossistemas activos.

Los sistemas pasivos no necesitan ningn dispositivo para captar la energa,existiendo una ntima relacin entre el Sol, el espacio y el uso posterior de la energa.

Esta relacin se logra aplicando elementos arquitectnicos como el acristalamiento(el vidrio permite el paso de la radiacin visible exterior y se lo impide la infrarroja

producida en el interior) y la masa trmica (la elevada capacidad calorfica de losslidos permite la acumulacin de energa). Los sistemas activos basan la captacinen un dispositivo de determinadas caractersticas, denominado colector; si esteelemento permite aprovechar el calor transportado por la radiacin solar se habla de

conversin trmica, mientras que si se utiliza directamente su energa luminosa paragenerar electricidad, se habla de conversin fotovoltaica.

La conversin trmica puede realizarse a bajas temperaturas, calentando aguapor debajo de su punto de ebullicin en los llamados paneles planos para su usodomstico. Si se concentra la radiacin solar mediante colectores cilindro-parablicos se obtienen temperaturas medias (hasta 300C) en fluidos que se usan

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para aplicaciones industriales. Altas temperatura se logran en la centrales solares, enlas que un gran nmero de espejos (heliostatos) refleja los rayos solares sobre una

caldera, por la que circula un fluido portador del calor que lo cede a un circuito de

generacin de electricidad.

La conversin fotovoltaica se lleva a cabo en distintos tipos de materialessemiconductores, las clulas fotovoltaicas, que se agrupan en paneles; estos panelesconectados en serie o en paralelo permiten obtener casi cualquier valor de tensin y de

corriente elctrica (continua), que se almacena en bateras o se transforma en corriente

alterna para su conexin a la red.

Energa elica

El calentamiento desigual de la superficie de la Tierra produce zonas de

diferente presin atmosfrica. Este desequilibrio provoca corrientes de aire (viento) que

contienen energa cintica, denominada energa elica. Su transformacin en energatil (mecnica o electricidad) se lleva a cabo mediante mquinas elicas.

La mquinas elicas han de estar colocada sobre un soporte, que debe tolerarel empuje del viento. Su energa la extrae del sistema de captacin o rotor, formadopor un determinado nmero de palas (caracterizadas por su longitud, perfil, calaje y

anchura), dispuestas sobre un eje horizontal o, a veces, vertical. El rotor se sita en la

direccin del viento mediante un sistema de orientacin, formado por una cola,rotores auxiliares o servomotores, y su giro es controlado por el sistema deregulacin, que acta sobre el rotor (puesta en bandera, paso variable, accincentrfuga, calaje de la pala) o sobre el eje (frenos de zapatas, discos o electromagnti-

cos). El sistema de transmisin se encarga de llevar la energa desde el eje del rotorhasta el eje del generador con ayuda de poleas o engranajes. Aunque la energa

mecnica transmitida desde el rotor puede utilizarse como tal, generalmente acciona

un sistema de generacin elctrico, de corriente continua o, ms frecuentemente, decorriente alterna (generadores sncronos o asncronos).

Si bien es frecuente el uso de pequeos aerogeneradores para aplicacionesautnomas, generalmente se desarrollan aplicaciones centralizadas para la



produccin de electricidad y su vertido a la red general de distribucin, bien utilizando

mquinas de gran potencia (varios MW) o bien agrupando numerosas mquinas de

mediana potencia (algunos cientos de kW) en los llamados parques elicos, de muchamayor difusin.

Energa de la biomasa

Una parte de la energa solar que llega a la superficie terrestre es absorbida por

las plantas verdes, dando lugar a una forma de captacin de energa que lleva consigo

asimismo un almacenamiento. La formacin de materia vegetal a partir de la luz solar

mediante el proceso de la fotosntesis da lugar a la llamada energa de la biomasa.A travs de la cadena biolgica, parte de la biomasa vegetal se convierte en biomasa

animal; la utilizacin de slo una parte de esta biomasa produce unos residuos decarcter orgnico, que constituyen la principal fuente de biomasa. No obstante, puede

tambin utilizarse como fuente de biomasa aqulla producida expresamente para su

utilizacin como fuente energtica, lo que da lugar a la consideracin de los llamados

cultivos energticos.

Los residuos son aquellos materiales generados en las actividades deproduccin, transformacin y consumo que no han alcanzado ningn valor econmico.

Bajo el punto de vista de su carcter orgnico y de la naturaleza de su origen, pueden

considerarse residuos agrarios (agrcolas, forestales y ganaderos), industriales yurbanos (residuos slidos y aguas residuales).

Los cultivos energticos son aquellas cosechas que se llevan a caboatendiendo a su valor como combustible (Agroenergtica), seleccionndose lasespecies de acuerdo a la premisa de obtener la mxima cantidad de energa compatible

con las condiciones de clima y suelo de cada zona. Se consideran los cultivostradicionales (cereales, caa de azcar, girasol), cultivos poco frecuentes (cardos,gaves, helechos), cultivos acuticos (algas) y cultivos de plantas productoras decombustibles lquidos (euforbias, jojoba, ricino).

Una vez que se dispone de la fuente apropiada de biomasa, sta debe ser

transformada en un producto energtico (combustible) que conduzca a la obtencin de

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energa final til. Los procesos de transformacin de la biomasa en energa siguendiferentes vas, segn las caractersticas de la biomasa disponible: fsico-qumicos,termoqumicos o bioqumicos.

Los procesos fsico-qumicos se utilizan para extraer directamente elcombustible de las pantas que los contienen (procesos fsicos) o para transformar la

composicin de ciertos aceites vegetales, hacindolos utilizables como combustible, el

denominado bio-diesel (procesos qumicos). Los procesos termoqumicos consistenen la descomposicin trmica a elevadas temperaturas de la biomasa de bajo

contenido en humedad con exceso de oxgeno (combustin: calor), defecto de oxgeno(gasificacin: combustibles gaseosos) o ausencia de oxgeno (pirlisis: combustiblesdiversos). Los procesos bioqumicos hacen uso de microorganismos para transformarazcares en etanol (fermentacin alcohlica) o biomasa de alto contenido en humedaden biogs (digestin anaerobia).

Energa geotrmica

En el interior de la Tierra tiene lugar una serie de procesos fsicos, como la

presin debida a grandes masas de rocas, el rozamiento entre ellas o la desintegracin

de ciertos istopos radiactivos; estos procesos desprenden grandes cantidades de

calor, que puede quedar atrapado en algunas zonas de la corteza terrestre, denominn-

dose energa geotrmica. Generalmente las zonas de anomala geotrmica secaracterizan por ciertas manifestaciones superficiales, entre las que cabe mencionarel volcanismo reciente, zonas de alteracin hidrotermal, emanaciones gaseosas,

fuentes termales o minerales y anomalas trmicas.

Para poder aprovechar esta fuente de energa es necesario que exista un

yacimiento geotrmico, es decir, un volumen de roca con temperatura anormalmenteelevada para la profundidad a la que se encuentra, susceptible de ser recorrido por una

corriente de agua que pueda absorber el calor y transportarlo hasta la superficie. Segn

sus caractersticas puede tratarse de sistemas hidrotrmicos (conteniendo acuferosnaturales, en estado lquido o vapor), sistemas geopresurizados (conteniendo aguaa presin, saturada de gas natural) y sistemas de roca seca caliente (slo rocas a



muy elevada temperatura).

La explotacin de los yacimientos geotrmicos depende de numerosasvariables, principalmente de su temperatura. Los yacimientos de alta entalpageneralmente se utilizan para obtener electricidad, mediante alguno de los procesos

convencionales como la conversin directa, la expansin sbita (en una o ms etapas)o los procesos de ciclo binario o flujo total. Los yacimientos de baja entalpa, muchoms abundantes, se utilizan en calefaccin urbana, industrial o agrcola.

Energa hidrulica

El agua de los mares evaporada por el Sol vuelve a caer sobre la tierra, y desde

aqu se forman corrientes que recorren ciertas distancias en su regreso al mar. Una

corriente de agua contiene energa cintica, por la velocidad que lleva, y energa

potencial, por su elevacin; al conjunto se le conoce como energa hidrulica. Suaprovechamiento se fundamenta en conocer el caudal y el desnivel de la corriente

sobre el terreno y definir las conducciones (canales, tuberas) y los diques (deterrapln, de hormign) que permitan llevar de forma ptima el agua hasta el sistema

captador, formado por una rueda hidrulica o una turbina.

Las ruedas hidrulicas funcionan por accin directa del agua contra suspaletas, cediendo parte de su energa cintica, que puede recuperarse en el eje de la

rueda. Existen ruedas de empuje inferior (rueda Poncelet) y las ms eficientes deempuje superior (ruedas Pelton y Michell), que incluso se utilizan acopladas a ungenerador elctrico.

Las turbinas son mquinas en las que se aprovecha directamente la fuerza delagua mediante la reaccin que sta produce en un dispositivo de paletas helicoidales

totalmente sumergido en la corriente. Estos dispositivos giran a muy altas velocidades

(superiores a 1.000 rpm) y tienen eficacias mayores al 95%, siendo los tipos ms

utilizados la turbina Francis y la turbina Kaplan.

La generacin hidroelctrica se lleva a cabo tanto en grandes centrales (msde 10 GW) como en microcentrales (varios kW). Las microcentrales a veces utilizan

bombas centrfugas en marcha invertida para reducir costes, mientras que las grandes

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centrales incorporan cada vez ms frecuentemente turbinas reversibles para adaptar

la oferta de electricidad a la demanda del mercado, utilizando la tcnica del almacena-miento por bombeo.

Energa del mar

La gran superficie ocupada por los ocanos hace que stos acten como

importantes sistemas captadores y acumuladores de energa. Las mareas, resultantes

de la rotacin de la Tierra y el influjo gravitatorio de la Luna, los gradientes trmicos

ocenicos y el movimiento de la superficie del agua en forma de olas son tres

fenmenos que involucran grandes cantidades de energa y se agrupan bajo la

denominacin de energa del mar, si bien sus aplicaciones en la obtencin de energatil son casi inexistentes, pero sometidas a investigacin.

La energa maremotriz es la energa involucrada en el fenmeno de las mareas,subidas y bajadas del nivel del mar, de origen gravitatorio. Su aprovechamiento est

basado en encerrar un cierto volumen de agua en un estuario mediante diques durante

la pleamar; al producirse la bajamar se crea un desnivel (mnimo de 4 m), que se utiliza

para liberar el agua embalsada a travs de turbinas que generan electricidad. Slo

pocas zonas geogrficas permiten estas disposiciones (ciclo elemental de efectosimple), cuyo rendimiento puede mejorarse combinando varios embalses (ciclo mltiple)y aprovechando ambos movimientos de la marea (doble efecto). Aunque puedenutilizarse turbinas convencionales, la turbina de bulbo axial ha sido especialmentediseada para operar de forma eficiente con pequeos desniveles, flujo bidireccional

y funcionamiento reversible.

La energa maremotrmica es la contenida en el gradiente trmico que en losmares tropicales puede alcanzar hasta los -25C/km. La energa puede extraerse

mediante una mquina trmica convencional que opere con saltos trmicos muy bajos,

bien en ciclo abierto (el fluido de operacin es el agua de mar) o en ciclo cerrado (seutilizan fluidos de operacin especiales).

La energa de las olas puede extraerse a partir del movimiento ondulatorio dela superficie del mar. La gran complejidad de este movimiento ha llevado a un gran



nmero de diseos de convertidores de olas, tanto pasivos (inmviles, anclados o enla costa) como activos (en movimiento con las olas), aunque generalmente se agrupansegn su posicin relativa al frente de olas. Los dispositivos llamados totalizadores sesitan paralelamente al frente de olas y tratan de captar la energa de una sola vez; sus

diseos ms representativos son el rectificador Russel, el pato Salter, la balsa

Cockerell y el convertidor N.E.L. Los dispositivos llamados atenuadores estn formadospor grandes estructuras situadas perpendicularmente al frente de olas y tratan de

captar la energa de forma progresiva; sus diseos ms representativos son el buque

Kaimei, la bolsa de Lancaster y la almeja de Lancaster. Los dispositivos llamados

absorbedores puntuales son cilindros verticales, indiferentes a la direccin depropagacin de las olas; sus diseos ms representativos son la boya Masuda y el

convertidor de Belfast.

Ahorro energtico, cogeneracin y almacenamiento

Suele afirmarse que el ahorro energtico es la fuente de energa ms baratay ms limpia de la que dispone el ser humano, principalmente por el hecho de que es

ms econmico ahorrar un kWAh que generarlo y, por otra parte, la energa que menos

afecta al medio ambiente es la que no se consume. El ahorro de energa ha evoluciona-

do paralelamente al desarrollo de las energas renovables y la consecucin de sus

objetivos est basada tanto en la capacidad social (adecuacin de actitudes) como en

el esfuerzo tecnolgico (aumento de la eficiencia en equipos y procesos).

En los tres grandes sectores de consumo energtico, el industrial, el transporte

y la vivienda se han adoptado numerosas medidas que han permitido un uso ms

racional de los recursos energticos disponibles. En la industria se han desarrolladolos procesos de cogeneracin (produccin secuencial de dos o ms formas de energatil a partir de la misma fuente primaria). La mayor eficacia en el transporte se habasado en el desarrollo de motores ms ligeros y en la mejora de las infraestructuras.El ahorro de energa en la vivienda se ha conseguido usando mejores aislamientos,avanzados sistemas de iluminacin (lmparas fluorescentes compactas) y electrodo-msticos de bajo consumo.

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La cogeneracin es la produccin combinada de electricidad y calor til a partirde la misma fuente de energa primaria. En la operacin de una planta termoelctrica

convencional, siempre existen prdidas en forma de calor residual, que generalmente

es eliminado a la atmsfera. La mayor parte de este calor puede ser aprovechado en

usos trmicos, aumentando al eficiencia energtica global del proceso desde un 40%

hasta un 85%, segn las condiciones del sistema. Los numerosos sistemas de

cogeneracin que se han desarrollado responden a dos esquemas principales: ciclosde cabeza y ciclos de cola.

Los ciclos de cabeza utilizan la fuente de energa primaria (combustible fsil)para producir en una primera etapa electricidad; el calor residual de este proceso (vapor

de baja presin, gases de escape calientes) se aprovecha en una segunda etapa para

procesos industriales con requerimientos trmicos. Este esquema es el ms

frecuentemente usado en la industria en la que se requieren temperaturas moderadas

(calefaccin, secado). Los ciclos de cola utilizan como fuente de energa primaria elcalor de un proceso industrial (gases muy calientes de uso directo o para producir vapor

de alta presin) para generar electricidad. Este esquema se emplea tpicamente en

hornos y reactores qumicos (cemento, vidrio, cermica).

El almacenamiento forma parte de los procesos naturales y artificiales deaprovechamiento de energa, siendo sus caractersticas fundamentales la cantidad y

calidad de la energa almacenada y el tiempo de almacenamiento. El uso efectivo de

una fuente de energa demanda un almacenamiento econmico eficiente y flexible, lo

que ha llevado al desarrollo de diversos mtodos, segn el campo de aplicacin, tanto

de la energa almacenada, como de su forma de utilizacin posterior.

El almacenamiento trmico consiste en acumular directamente el calor enslidos o fluidos aislados, lo que exige disponer de adecuadas superficies de

intercambio y evitar las fugas hacia los alrededores. Se almacena el calor sensible(agua caliente, fluidos orgnicos, metales fundidos, sales fundidas o slidos, segn la

temperatura) y el calor latente (sales hidratadas, eutcticos salinos). El almacenamien-to qumico y electroqumico consiste en producir compuestos qumicos (hidrgeno)mediante calor o electricidad, o bien transformar sta directamente en energa qumica

usando bateras (plomo-cido, alcalinas, especiales, redox, clulas de combustible). El



almacenamiento mecnico implica acumular la energa en forma de energa potencial(resortes, compresin de gases y principalmente, bombeo de agua), o bien en forma

de energa cintica (volantes de inercia). El almacenamiento elctrico y magnticose consigue, a pequea escala, en condensadores (campo elctrico) o bobinas (campomagntico), cuyo futuro se busca en el fenmeno de la superconductividad (conducto-

res de resistencia elctrica nula).

II. TECNOLOGA AMBIENTAL

Medio ambiente. Efectos globales. Gestin ambiental

El ser humano es un elemento de la Naturaleza, y como tal est rodeado de un

conjunto de circunstancias fsicas con las que se relaciona de forma continua e

inevitable: el medio ambiente. Al estudio de las relaciones existentes entre los seresvivos y el medio en que viven se le denomina ecologa; la huella que dejan lasacciones humanas sobre el medio se conoce como impacto ambiental; la influenciasobre el medio que puede ocasionar dao o peligro se denomina contaminacin.

Si bien la propia Naturaleza es capaz de producir efectos destructivos como

parte de la dinmica del planeta, estos efectos pueden verse potenciados en distinta

medida por la actividad humana. Algunos de ellos han adquirido gran notoriedad,

fundamentalmente porque se trata de efectos globales, que tienen lugar en los tresmedios (aire, agua y tierra) y se extienden por todo el planeta.

El efecto invernadero es el fenmeno natural por el cual el dixido de carbonocontenido en la atmsfera impide la salida de las radiaciones de onda larga que

desprende la Tierra al ser calentada por la luz visible y, por tanto, calienta la superficie

del planeta, hacindolo habitable. Actualmente se plantea que un aumento de la

concentracin de dixido de carbono en la atmsfera debido a la influencia humana

podra elevar la temperatura media de la Tierra y provocar cambios climticos

imprevisibles, por lo que existen acuerdos de mbito mundial para reducir paulatina-

mente las emisiones de este gas a la atmsfera.

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El agujero de ozono es una drstica disminucin del espesor de la capa deozono estratosfrica en la Antrtida, detectado en la dcada de 1970 y que ha sido

relacionado con la presencia en la atmsfera de ciertas sustancias, los fluoroclorocar-

bonos (CFCs). Como el ozono acta como filtro de la mayor parte de las radiaciones

ultravioletas del Sol, su reduccin podra tener efectos perjudiciales sobre los seres

vivos.

La lluvia cida es una consecuencia de la presencia en la atmsfera de xidosde azufre y nitrgeno procedentes del uso de combustibles fsiles; dichos gases son

disueltos por las precipitaciones que, al llegar a la superficie, pueden modificar el pH

del suelo y del agua. La adopcin de medidas sobre los focos emisores reducira este

fenmeno, totalmente atribuible a la actividad humana.

La degradacin de corrientes de agua se produce cuando, por intervencinhumana, se someten estas corrientes a sobrecargas que superan ampliamente su

capacidad de autodepuracin. Esta propiedad comprende un conjunto de fenmenosfsicos, qumicos y biolgicos que provocan de forma natural la destruccin de materias

extraas incorporadas a la corriente. Mientras se mantiene el equilibro natural, la masa

de agua se autodepura; cuando se rompe el equilibrio, la regeneracin natural se hace

prcticamente imposible.

La eutrofizacin de masas de agua consiste en un incremento de sustanciasnutrientes en las aguas que provocan un exceso de flora acutica que al morir, hace

que aumente el oxgeno necesario para su degradacin, que se va eliminando de la

masa de agua hasta hacerla totalmente anaerobia y, por tanto, no habitable por

organismos superiores. Este fenmeno puede producirse de forma natural, pero

generalmente es debido a vertidos procedentes de explotaciones agrcolas que usan

abonos qumicos con altos contenidos en nitratos y fosfatos.

La desertizacin es el fenmeno evolutivo de una regin hacia unas condicio-nes parecidas a las del desierto. Este proceso natural es debido a fenmenos

orogrficos y climticos, pero puede verse favorecido por la actividad humana,

principalmente a causa de la deforestacin a gran escala.

La utilizacin de los recursos naturales no tiene que ser, necesariamente, una



actividad contaminante. Una correcta gestin ambiental, permite emprender accionestales como valorar correctamente las consecuencias que cada actividad puede tener

sobre el medio (estudios de impacto ambiental) y encontrar soluciones tecnolgicascapaces de mitigar o anular estas consecuencias (tecnologa ambiental). El estudio deestas soluciones se abordar segn un esquema que contempla los factores de

impacto fsico: contaminacin atmosfrica, contaminacin de las aguas, residuos

slidos y ruido.

Contaminacin atmosfrica

Se entiende por contaminacin del aire la presencia en l de materias queimpliquen riesgo, dao o molestia, debido a sus caractersticas fsico-qumicas o a su

concentracin. Los focos de contaminacin atmosfrica son muy numerosos, si bien

suelen estar relacionados con el uso de combustibles fsiles que dan lugar a la emisin(totalidad de sustancias que pasan al aire), que se ve sometida a difusin (distribucinen el espacio y en el tiempo) y se convierte en inmisin (contaminantes que llegan a unmedio receptor). El nmero de sustancias que pueden ser contaminantes es muy

elevado, por lo que suelen agruparse segn su elemento qumico ms caracterstico.

Los compuestos de azufre pueden causar enfermedades respiratorias,destruccin de cubierta vegetal y corrosin, siendo las ms importantes el dixido de

azufre, el trixido de azufre (que forma cido sulfrico) y el sulfuro de hidrgeno. Los

compuestos de nitrgeno son txicos, siendo los ms frecuentes el xido ntrico, eldixido de nitrgeno y los nitratos de peroxiacetilo y peroxibencilo, que tienen gran

influencia en la llamada contaminacin fotoqumica. Los compuestos inorgnicosdel carbono ms contaminantes son el monxido de carbono (muy txico) y el dixidode carbono (asfixiante), ste slo por encima de ciertas concentraciones. El ozono es

una forma molecular del oxgeno, muy oxidante. Los compuestos orgnicos mscaractersticos de la contaminacin son los hidrocarburos (asfixiantes los alifticos,

anestsicos los aromticos), que provienen principalmente de las combustiones

incompletas de los derivados del petrleo, y los halocarburos (freones propelentes y

halones extintores) que son inertes, pero presuntos responsables del agujero de ozono.

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Los metales pesados ms peligrosos son el plomo, cadmio y mercurio, que son txicosacumulativos y se emiten en muy pequeas concentraciones en algunos procesos

industriales. Las partculas slidas presentan una constitucin qumica muy variadapero si son suficientemente grandes, sedimentan (polvo: industria de la construccin),

mientras que si son muy pequeas, permanecen en suspensin (humo: combustiones).

La correccin de la emisin de contaminantes atmosfricos puedeabordarse mediante labores de prevencin, para evitar que se produzcan, pero una vez

generados slo cabe someterlos a captacin, concentracin y separacin o bien, si ello

no es posible, dispersarlos por evacuacin a la atmsfera.

La separacin de partculas contaminantes de una corriente gaseosa queabandona un proceso se realiza mediante operaciones mecnicas. La separacingravitatoria se consigue aumentando la seccin de la conduccin (cmara deprecipitacin) para que las partculas reduzcan su velocidad y caigan. En la separacininercial se obliga a las partculas a girar, frenndolas y hacindolas caer en undispositivo cnico llamado cicln. La filtracin consiste en la retencin por choque yaglomeracin de las partculas en suspensin mediante un medio separador (filtro),

constituido por diversos tejidos. La precipitacin electrosttica consiste en utilizardispositivos metlicos a los que se aplica una corriente elctrica, que electriza el polvo

y as es atrado por unos electrodos sobre los que se deposita y descarga. La

separacin por va hmeda (lavado) est basada en hacer pasar el gas en flujo cruzadoa travs de una lluvia de lquido que arrastra las partculas y forma un lodo que se

separa de la corriente gaseosa.

La separacin de gases contaminantes se realiza mediante procesos fsico-qumicos. La absorcin se basa en la solubilidad de un determinado componente de lamezcla gaseosa en un lquido absorbente, con el que puede o no reaccionar en

dispositivos llamados columnas de relleno; el lquido absorbente hay que regenerarlo

mediante el proceso inverso. La adsorcin es el proceso de atraccin de un componen-te de una mezcla gaseosa sobre una superficie slida, con la que puede o no

reaccionar; generalmente se usa la adsorcin fsica sobre carbn activo o zeolitas en

lechos fijos de slido, que se regeneran peridicamente. La combustin es el procesode oxidacin total de los compuestos orgnicos combustibles en antorchas (combustin



directa), quemadores de postcombustin (hornos que necesitan combustible adicional)

o reactores de oxidacin cataltica (combustin a menor temperatura, favorecida por un

catalizador). La reduccin cataltica se aplica a sustancias oxidadas utilizandocatalizadores metlicos sobre soportes cermicos y monxido de carbono como

reductor. La conversin cataltica es el proceso simultneo de oxidacin-reduccin degases con muy variada composicin de contaminantes: se utilizan catalizadores de tres

vas (transforman hidrocarburos, monxido de carbono y xidos de nitrgeno en dixido

de carbono, agua y nitrgeno), formados por complejos metlicos sobre soportes de

cermica.

La evacuacin a la atmsfera se lleva a cabo cuando la captacin desustancias contenidas en la emisin es inviable, debido a su baja concentracin. Para

efectuar una adecuada dispersin de las sustancias en la atmsfera es necesario

considerar dos tipos de factores. Los factores meteorolgicos ms importantes son latemperatura del foco emisor respecto a la del aire circundante (ha de ser superior para

que la emisin se eleve) y el viento (cuya turbulencia favorece la mezcla y dispersin

de los contaminantes). Los factores emisivos estn basados en las caractersticas dela conduccin de descarga (chimenea) y de la masa de gases descargada (penacho),

es decir, han de manejarse factores tales como la velocidad de la corriente emitida, la

temperatura de los gases y la altura de emisin.

Contaminacin de las aguas

La contaminacin del agua puede definirse como la alteracin de su calidadque hace que no sea adecuada para la aplicacin a la que se destina (todas demandan

agua, pero no todas la consumen): abastecimiento de agua potable, sostenimiento de

la fauna acutica, produccin agraria e industrial, generacin de energa, navegacin

y recreo o evacuacin de residuos.

Las alteraciones fsicas son aqullas relacionadas con la propiedadesorganolpticas (color, olor, sabor), temperatura, materia en suspensin, espumas oradiactividad. Las alteraciones qumicas se producen por la presencia de determina-dos compuestos por encima de cierta concentracin, tanto de tipo orgnico (afectan al

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carcter reductor) como inorgnico (afectan a la acidez, alcalinidad, corrosividad ytoxicidad). Las alteraciones biolgicas se refieren al desequilibrio provocado por unaumento del nmero de microorganismos presentes, especialmente bacterias,

protozoos y algas.

La calidad del agua se mide mediante indicadores de contaminacin, entre losque destacan el contenido en slidos (disueltos, suspendidos, sedimentables, fijos,voltiles), oxgeno disuelto (del contacto con la atmsfera y de las plantas acuticas),demanda bioqumica de oxgeno, DBO (consumo de oxgeno para descomponer lamateria orgnica), demanda qumica de oxgeno, DQO (consumo de oxgeno paradescomponer toda la materia presente), nitrgeno (molecular o amnico), alcalinidad(contenido en sales), temperatura (influye sobre las reacciones bioqumicas) yorganismos patgenos (causantes de enfermedades).

Los focos de contaminacin pueden ser de origen natural (geoqumico,catastrfico) o humano (aguas domsticas, efluentes agrarios o efluentes industriales),

y las aguas residuales producidas (principalmente las domsticas) se someten a

eliminacin o a tratamiento, segn sus caractersticas, aplicando en cada caso latecnologa ms adecuada.

La eliminacin de aguas residuales consiste en su vertido al entorno,aprovechando las propiedades de autodepuracin naturales. La eliminacin directaconsiste en su aplicacin al terreno mediante riego (para el crecimiento de especiesvegetales), infiltracin rpida (para recargar acuferos) o circulacin superficial enlmina (para la absorcin de oxgeno atmosfrico). La eliminacin indirecta consisteen almacenar temporalmente en agua residual en un recipiente (pozo negro o fosasptica), desde donde se infiltra lentamente al terreno. La eliminacin por dilucin sebasa en el vertido sobre grandes masas de agua para diluir los contaminantes en ellas

aprovechando la capacidad de autodepuracin de ros, lagos, embalses y estuarios odel mar.

El tratamiento de aguas residuales consiste en concentrar los contaminantesy separarlos en forma de fangos (lodos) que tambin hay que tratar. Esto se lleva a

cabo acelerando los procesos naturales de depuracin en unas instalaciones



controladas llamadas estaciones de depuracin de aguas residuales (EDAR), dondese efectan diversas operaciones, generalmente agrupadas en cinco etapas.

El tratamiento previo consiste en la eliminacin de cuerpos de gran tamao yalta densidad mediante operaciones de cribado (separacin por mallas), dilaceracin(fragmentacin y trituracin) o desarenado (separacin de gravas y arenas). Eltratamiento primario tiene como objetivo la eliminacin de los slidos en suspensin,que se lleva a cabo por sedimentacin (separacin por gravedad en tanques de granseccin y poca profundidad), desengrasado (separacin de las grasas sobrenadantesen canales largos y poco profundos), floculacin (aglutinacin de las partculassuspendidas para separarlas por sedimentacin o filtracin), flotacin (inyeccin de airepara formar espumas separables) o filtracin (circulacin a travs de lechos de arenaque retienen las partculas). El tratamiento secundario se encarga de eliminar lamateria biodegradable mediante microorganismos; se efecta en balsas de estabiliza-cin (degradacin mediante oxgeno atmosfrico), lagunas aireadas (oxgenosuministrado mediante aireadores mecnicos superficiales), filtros percoladores (lechosde piedras con poblacin microbiana) o mediante el proceso de lodos activos (aireacinvigorosa para obtener altas concentraciones de microorganismos). El tratamientoterciario tiene como objetivo eliminar los slidos disueltos mediante operaciones deadsorcin (retencin del soluto sobre la superficie de slidos como arcillas o carbnactivo), intercambio inico (reduccin de salinidad mediante resinas sintticas quecambian cationes y aniones por los iones del agua) u smosis inversa (paso forzadodel disolvente a travs de una membrana semipermeable que impide el paso del

soluto). La desinfeccin es el proceso por el que se destruyen los grmenespatgenos contenidos en el agua; puede hacerse aplicando calor o radiacin de altaenerga (ultravioleta), pero generalmente se utilizan productos qumicos como el cloro(en forma gaseosa o como compuestos lquidos, cuya presencia residual asegura el

proceso pero proporciona sabor) o el ozono (generado antes de su aplicacin, oxigena

la muestra, no proporciona sabor, pero tampoco impide infecciones posteriores).

El tratamiento de fangos de depuradora es un conjunto de operaciones quetiene como objetivo reducir el contenido de agua y de materia orgnica del fango para

hacerlo ms manejable en su aprovechamiento o eliminacin. El espesamiento es la

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primera etapa de reduccin de volumen, eliminando parte del agua mediante

sedimentacin. La estabilizacin persigue impedir que proliferen los microorganismos,lo que se logra aadiendo cloro, cal, tratando el lodo trmicamente o, lo que es ms

usual, sometindolo a digestin anaerobia (fermentacin en ausencia de oxgeno). El

acondicionamiento tiene el objetivo de hacer ms eficaces los procesos posteriores dedesecacin, sometiendo el fango a tratamiento qumico (coagulacin de los slidos) o

a tratamiento trmico (coagulacin, estabilizacin y desodorizacin). La desecacinlogra reducir el contenido en agua al mnimo y se lleva a cabo en eras de secado

(superficies de terreno para secado por drenaje), lagunas de secado (estanques poco

profundos para secado por evaporacin), por secado trmico (vaporizacin del agua

mediante calor), filtracin (paso a travs de un medio filtrante) o centrifugacin

(aplicando grandes aceleraciones).

El aprovechamiento de fangos estabilizados y desecados se basa en su usocomo enmienda de suelos agrcolas, bien por aplicacin directa al terreno (inyectandofangos de alta humedad bajo la superficie del terreno) o por compostaje (fermentacinaerobia de fangos de baja humedad para producir un acondicionador agrcola llamado

compost). La eliminacin de fangos se lleva a cabo cuando no son aprovechables,hacindose por lagunaje (vertido en estanques de tierra), vertido controlado (envertederos de residuos slidos), relleno de terreno (aprovechando minas abandonadas)o incineracin (en hornos, produciendo gases que se evacuan a la atmsfera y cenizasque se eliminan en un vertedero controlado.

Residuos slidos

Se denominan residuos slidos a aquellos materiales slidos resultantes deprocesos de produccin o consumo, cuyo poseedor destina al abandono. Se distinguen

los residuos agrarios (50%, formados por fracciones agrcolas, ganaderas o forestales;composicin biolgica), residuos mineros e industriales (40%, procedentes deactividades varias; composicin muy diversa), residuos peligrosos (slo un 1%, peronecesitan especial atencin) y residuos urbanos (10%, del consumo en las ciudadesy de composicin muy variable).



La gestin de los residuos slidos es el conjunto de operaciones que se llevaa cabo para reducir su impacto sobre el medio ambiente y que se engloban en tres

fases: la recogida (bruta, sin separacin; o selectiva, con separacin previa decompuestos), el transporte (que incluye compactacin para reducir el volumen) y eltratamiento (eliminacin o aprovechamiento). La gestin de los residuos agrariosdepende de su origen. Los residuos agrcolas (partes de la planta cultivada que hay queseparar para obtener el fruto) son biolgicos de bajo contenido en humedad, por lo que

su tratamiento consiste en su eliminacin por incineracin o actualmente, en su

aprovechamiento para la obtencin de energa. Los residuos ganaderos (estircoles ypurines producidos por el ganado) son biolgicos de alto contenido en humedad, por

lo que suelen tratarse por aprovechamiento para la obtencin de energa o por

aprovechamiento para la produccin de compost. Los residuos forestales (restos delrbol que no se aprovechan y material obtenido de labores de clareo) son biolgicos

de bajo contenido en humedad, por lo que tradicionalmente se ha optado por la

eliminacin por incineracin, aunque hoy da se lleva a cabo un aprovechamiento para

la obtencin de energa. La gestin de los residuos mineros, industriales ypeligrosos es muy especfica y consiste en su estabilizacin previa para poderproceder a su eliminacin por vertido controlado. La gestin de residuos slidosurbanos implica una recogida previa (selectiva o no) y su transporte en dos fases(estaciones de transferencia, destino final) para ser sometidos a eliminacin por vertido

controlado o por incineracin, o a aprovechamiento para la obtencin de energa, para

la produccin de compost o por reciclado.

La eliminacin de residuos slidos por vertido controlado es el procedimien-to ms simple y barato, pero el emplazamiento de un vertedero ha de hacerse segn

criterios de ubicacin (superficie y situacin), capacidad del lugar (vida del vertedero),datos geolgicos (terrenos y materiales de cobertera), climatologa (precipitaciones,vientos, temperaturas), datos hidrolgicos (acuferos cercanos), inventario biolgico(flora y fauna de la zona) y utilizacin final (integracin en el paisaje). El vertido serealiza alternando capas de residuos y cobertera (clulas, terrazas), teniendo muy en

cuenta la produccin de lixiviados (lquidos de escurrido), formacin de gases(fermentacin anaerobia), olores y animales (en el frente de vertido), ruidos (maquina-

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ria) y deterioro paisajstico ( impacto visual).La eliminacin de residuos slidos por incineracin consigue reducir su

volumen inicial en cerca del 85% y se realiza en hornos de combustin en los que se

producen gases (una vez tratados, se evacuan por una chimenea) y cenizas (seeliminan en un vertedero controlado).

El aprovechamiento de residuos slidos para la obtencin de energa porprocesos trmicos se lleva a cabo por combustin (oxidacin con exceso de oxgenopara la obtencin de calor), gasificacin (oxidacin con defecto de oxgeno para obtenergases combustibles) o pirlisis (descomposicin en ausencia de oxgeno para producirdistintos combustibles gaseosos, lquidos o slidos).

El aprovechamiento de residuos slidos para la obtencin de energa porprocesos biolgicos puede hacerse por digestin anaerobia (fermentacin microbianaen ausencia de oxgeno para dar biogs combustible), si se dispone de residuos de

alto contenido en humedad, o por fermentacin alcohlica (degradacin enzimtica dehidratos de carbono a etanol, combustible), si se dispone de residuos azucarados o

amilceos.

El aprovechamiento de residuos slidos para la produccin de compost sebasa en la fermentacin aerobia del material biolgico de los residuos por medio de

bacterias para obtener compost, una enmienda orgnica del suelo (mejora las

propiedades del terreno agrcola). La forma ms sencilla es la fermentacin natural (ala intemperie, durante unos tres meses) o la fermentacin acelerada (en recipientescerrados controlados, durante unas dos semanas).

El aprovechamiento de residuos por reciclado o recuperacin selectiva deproductos para su reutilizacin (compuestos celulsicos, plsticos, vidrios, metales) se

realiza en dos etapas. La separacin se lleva a cabo normalmente en origen o mediantemtodos fsicos, mientras que la recuperacin es especfica de cada uno de losmateriales que se desea reciclar. Los componentes celulsicos (papelote) setransforman en pulpa para producir de nuevo papel o cartn; los plsticos se trituranpara formar un granulado (granza) que se utiliza en la fabricacin de nuevos artculos;

los vidrios se muelen para formar un granulado (calcn) que se incorpora al proceso



normal de fabricacin; los metales (hierro, aluminio) se separan por tipos y seincorporan a sus correspondientes metalurgias.

Ruido

El ruido es una combinacin desordenada de sonidos puros, cuya onda sonorano es peridica. El ruido transporta energa (presin sonora) en una amplia gama de

frecuencias, pudindose distinguir ruidos continuos (ni la presin sonora ni el espectrode frecuencias varan con el tiempo), intermitentes (la presin sonora y el espectro defrecuencias varan constantemente), de impacto (alta presin sonora y corta duracin,por choque de superficies slidas), de impulso (alta presin sonora y corta duracin, porvariaciones bruscas de presin) o de fondo (contiene todas las frecuencias con lamisma intensidad media).

Para la medida del ruido se usan equipos especializados como el sonmetro(medida de la presin sonora), el dosmetro (medida de la exposicin temporal a unapresin sonora) o el analizador espectral (medida de bandas concretas de frecuencias).

Las causas del ruido son mltiples y se encuentran en casi todos los lugares,aunque las principales son las actividades industriales, las actividades urbanas y los

medios de transporte. Las actividades industriales principales que causan ruidos sonla circulacin de fluidos, (cambios de presin), el rozamiento en mquinas (contactosde superficies en movimiento), o el impacto sobre slidos (contactos de superficiessobre slidos). Las actividades urbanas ms importantes son las obras pblicas oconstruccin (niveles elevados, poco permanentes), los servicios comunitarios (nivelesmedios, casi permanentes), las sealizaciones sonoras (niveles muy elevados,espordicos) o la actividades ldicas y recreativas (niveles y espectros muy variados).Dentro de los medios de transporte, las fuentes de ruido ms importantes son lasdebidas al trfico rodado (segn tipo de vehculo, conservacin, rgimen de marcha otipo y disposicin de las calzadas).

Los efectos del ruido pueden producirse sobre el ser humano o sobre losmateriales. Los efectos sobre el ser humano pueden ser de tipo fisiolgico (prdidasde audicin) o sicolgico (sensaciones de desagrado o malestar). Los efectos sobre

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los materiales se pueden traducir en resonancia (vibracin que puede producir fracturadel material por exceder del lmite de elasticidad) o fatiga (prdida de propiedadeselsticas con el tiempo, que produce roturas).

El control del ruido puede abordarse mediante diversas actuaciones entre lasque cabe destacar la modificacin de la fuente sonora (aislamientos internos osustitucin del equipo), el aislamiento del medio transmisor (cambio de implantacin,absorbedores, silenciadores, barreras, cerramientos) o la proteccin del receptor(cerramientos o protectores auditivos; reduccin del tiempo de exposicin por rotacin

del personal).

Todo esto y mucho ms (BIBLIOGRAFA) en ...Jarabo, F., Elortegui, N., Prez, C., Fernndez, J., Sanz, M. y Macas, J.; Energas

renovables, S.A.P.T. Publicaciones Tcnicas, S.L., Madrid (2000).

Jarabo, F., Elortegui, N. y Jarabo, J.; Fundamentos de tecnologa ambiental,S.A.P.T. Publicaciones Tcnicas, S.L., Madrid (2000).

Jarabo, F.; Las energas renovables en la Enseanza Secundaria, Era Solar, 96(2000).

Jarabo, F., Fernndez, J., Trujillo, D., Elortegui, N. y Prez, C.; La energa de labiomasa, S.A.P.T Publicaciones Tcnicas, S.L., Madrid (1999).

Jarabo, F. y Elortegui, N.; Energas renovables: fundamentos y experiencias,Instituto de Investigaciones Cientficas y Ecolgicas, Salamanca (1996).

Elortegui, N. y Jarabo, F.; Energa contaminante y contaminacin por energa,Era Solar, 42 (1990).

Elortegui, N., Fernndez, J. y Jarabo, F.; Energas renovables. Experienciaspracticas, Consejera de Educacin (Gobierno de Canarias) / C.C.P.C., SantaCruz de Tenerife (1989).

Jarabo, F.; El libro de las energas renovables, Era Solar, 30 (1988).



Jarabo, F., Prez, C. y Sanz, M.; Energas Renovables, Consejera de Industria yEnerga (Gobierno de Canarias) / C.C.P.C., Santa Cruz de Tenerife (1987).

Jarabo, F. y Fernndez, J.; Energas alternativas renovables. Un futuro paraCanarias?, Secretariado de Publicaciones, Universidad de La Laguna, LaLaguna (1983).

ENERGAS RENOVABLES

TECNOLOGA AMBIENTAL

PortadaNDICEI. ENERGAS RENOVABLESII. TECNOLOGA AMBIENTALBIBLIOGRAFA

El Microlibro de Las Energias Renovables y La Tecnologia Ambiental

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