Energías renovables - Esquemas

7/24/2019 Energas renovables - Esquemas

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Fuentes de energa

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FUENTES DE ENERGA

LA ENERGA: BASE DE LA CIVILIZACIN ACTUAL

CRISIS ENERGTICA

CARACTERSTICAS DEL CONSUMO ENERGTICO ACTUAL

RECURSOS ENERGTICOS RENOVABLES Y NO RENOVABLES


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Fuentes de energa

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LA ENERGA: BASE DE LA CIVILIZACIN ACTUAL

Descubrimiento y utilizacin de la energa:

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Fuego, aprovechamiento agrcola y ganadero, rueda (transportes)! Edad Antigua:

" Velas, rueda hidrulica y molinos de viento! Edad Media:

" Energa magntica (brjula) y energa qumica (plvora)! Edad Moderna/Contempornea:

" Mquina de vapor: Revolucin Industrial" Madera y carbn como fuentes energticas" Aparece el petrleo (1859): generador elctrico, luz elctrica, motor d

combustin, automvil" Energa nuclear (1942)


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Fuentes de energa

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CRISIS ENERGTICA(1973 - 1979) :

- Ahorro de energa

- Bsqueda de nuevas fuentes- Inestabilidad de los precios del petrleo- Soluciones energticas alternativas


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Fuentes de energa

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CARACTERSTICAS DEL CONSUMO ENERGTICO ACTUAL

Petrleo: vida familiar, poltica mundial, economa internacionalestrategias de desarrollo nacional

Hechos:! No se ha encontrado sustituto del petrleo!

Recesin econmica y problemas estructuralesRevisin de las polticas energticas, estudio de nuevas fuentesdiversificacin del aprovisionamiento

Etapa de transicin hacia nuevas fuentes: mayores necesidadecrecimiento de la poblacin


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Fuentes de energa

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Futuro predecible:

! Consumo de hidrocarburos seguir siendo fundamental! Existen incertidumbres en el mbito mundial! Variacin de los precios al alza! Necesidad de aumentar su consumo los pases en desarrollo! Grandes inversiones para lograr un nuevo equilibrio energtico! Necesidad de diversificar las fuentes de energa! Posible competencia con otros objetivos econmicos! Soluciones energticas a muy largo plazo


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Fuentes de energa

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RECURSOS ENERGTICOS RENOVABLES Y NO RENOVABLES

Energas no renovables, de origen terrestre, ya que llevan almacenadaen la Tierra desde hace millones de aos y, por tanto, son recursos finito

y de distribucin geogrfica irregular:! combustibles fsiles (carbn, petrleo, gas natural)! uranio (energa nuclear de fisin)! fsiles alternativos (pizarras bituminosas, arenas asflticas)


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Fuentes de energa

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Energas renovables, que tienen su origen en el flujo continuo de lenerga del Sol y se disipan a travs de ciclos naturales:

! Energa solar, directa, que atraviesa la atmsfera sin experimenta

cambios sensibles! Energa elica, o energa contenida en el viento! Energa de la biomasa, energa qumica almacenada en las planta

verdes y que se extiende a todos los seres vivos y sus residuos! Energa geotrmica, cuyo origen remoto tambin est en el Sol, per

actualmente contenida en el interior de la Tierra! Energa hidrulica, contenida en las masas de agua situadas a ciert

altura! Energa del mar, que se manifiesta de tres formas distintas: marea

diferencias de temperatura y olas


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Fuentes de energa

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Caractersticas de la energas renovables:

! Abundantes localmente! Explotacin no gratuita! Bajo deterioro del medio ambiente

Factores de xito de las nuevas tecnologas energticas renovables:! Conocimiento de las necesidades y posibilidades! Demanda popular

! Integracin en los sistemas energticos actuales! Sencillez y bajo coste de la tecnologa! Apoyo institucional, tanto econmico como educativo

L d l bi


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La energa de la biomasa

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LA ENERGA DE LA BIOMASA

LA FORMACIN DE LA BIOMASA

FUENTES DE BIOMASA PARA FINES ENERGTICOS

PROCESOS DE TRANSFORMACIN DE LA BIOMASA EN ENERGA

EXTRACCIN DE HIDROCARBUROSCOMBUSTINGASIFICACINPIRLISISFERMENTACIN ALCOHLICADIGESTIN ANAEROBIA

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LA FORMACIN DE LA BIOMASA

Energa de la biomasa: energa solar almacenada en forma de energqumica

Materia orgnica o materia viva

Fotosntesis: transformacin de productos minerales en materia orgniccon ayuda de la energa solar (rendimiento 1%)

Potencial elevado, pero limitado por:

! Dispersin! Difcil recoleccin! Dificultades de transporte

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FUENTES DE BIOMASA PARA FINES ENERGTICOS

Biomasa: conjunto de materiales orgnicos generados a partir de lfotosntesis o bien producidos en la cadena biolgica



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Obtencin de energa til:

! Utilizar como fuente de biomasa losresiduos(perspectivas inmediatade aprovechamiento)

! Utilizar como fuente de biomasa los llamados "cultivos energticos"plantaciones destinadas exclusivamente a producir energa



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Tipos de residuos

! Residuos agrarios" Residuos agrcolas: fraccin de las plantas cultivadas que es precis

separar para obtener el fruto o para facilitar el cultivo (pajas dcereales, residuos de poda de frutales y viedo y tallos de cultivotextiles y de oleaginosas)

" Residuos forestales: materiales que se originan en la elaboracin dmadera o en la limpieza de los montes (ramas, cortezas, virutaserrn, hojas, tocones y races)

" Residuos ganaderos: deyecciones de los animales estabulados en la

explotaciones ganaderas

! Residuos industriales: industrias alimentarias



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! Residuos urbanos" Residuos slidos urbanos: materiales generados en los procesos d

consumo humano que son destinados al abandono; es la biomas

residual ms aprovechable ya que est concentrada, es imprescindiblsu recogida y es necesario su transporte



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! Residuos urbanos" Aguas residuales urbanas: lquidos procedentes de la activida

humana, cuya fraccin slida contiene una apreciable cantidad d

biomasa residual; su depuracin genera fangos de alta cargcontaminante, que hay que reducir



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Cultivos energticos: cosechas que se desarrollan atendiendo al valoque poseen como fuente de energa. Esta faceta agrcola se conoce com"Agroenergtica"

! Cultivos tradicionales" Cereales" Caa de azcar"

Remolacha" Mandioca" Plantaciones forestales



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! Cultivos poco frecuentes" Cardos" Pataca" Chumberas" gaves" Helechos



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! Cultivos acuticos" Algas convencionales y unicelulares" Jacinto de agua



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! Cultivos de plantas productoras de combustibles lquidos" Palmeras" Euforbias" Ricino" Jojoba" Copaiba" Membrillo negro



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a e e g a de a b o asa

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PROCESOS DE TRANSFORMACIN DE LA BIOMASA EN ENERGA

! Ventajas de los combustibles obtenidos:" Presentan escaso contenido en azufre" No forman escorias en su combustin" Tienen bajo contenido en cenizas" Contribuyen a mejorar la calidad del medio ambiente



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EXTRACCIN DIRECTA. PROCESOS QUMICOS

Numerosas especies vegetales producen en su metabolismo hidrocarburos o compuestos afines, de elevado poder calorfico. Estos se puedeextraer de forma directa y luego ser sometidos a procesos qumicos partransformarlos en combustibles tiles

El proceso ms utilizado es el de transesterificacin, que permite obtene

el denominado bio-gasleo



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Principales especificaciones del biogasleo:Caractersticas muy similares al gasleo (sustituible en motores diesel)

! ster de pureza superior al 96,5%.! Contenido nulo de partculas slidas.! Sin restos de catalizador, jabones o cidos grasos libres.



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COMBUSTIN

La combustin directa u oxidacin completa para dar dixido de carbon

agua, cenizas y calor (nico componente energtico til del proceso), eel sistema ms elemental para la recuperacin energtica de la biomas

! Factores ms importantes:" Exceso de oxgeno: 20 - 40% superior al terico" Temperatura de combustin: 600 - 1.300 C" Caractersticas del combustible:

- Fsicas: densidad, tamao y humedad (la menor posible)- Qumicas: bajo contenido en azufre- Trmicas: dependen de las fsicas y las qumicas



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! Elementos de los sistemas de combustin:" Horno" Equipo de recuperacin de calor (caldera)" Sistema de utilizacin de la energa (conduccin de vapor, turbogene

rador)



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GASIFICACIN

Procesos de combustin en condiciones de defecto de oxgeno, co

produccin de monxido de carbono, dixido de carbono, hidrgenometano, en proporciones diversas segn la composicin de la materiprima y las condiciones del proceso. La temperatura de operacin oscilentre 700 y 1.500 C y el oxgeno se limita entre un 10 y un 50% d

tericamente necesario para una combustin completa

! Dos variantes principales (segn la cantidad de oxgeno):" Gasificacin con aire: obtencin de "gas de gasgeno" o "gas pobre"

utilizado como combustible para obtener vapor y electricidad" Gasificacin con oxgeno y vapor de agua: obtencin de "gas d

sntesis", transformable en combustibles lquidos (metanol y gasolinas



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PIRLISIS

Descomposicin de la biomasa por la accin del calor (a unos 450 C) eausencia de oxgeno; la naturaleza y la composicin de los productofinales dependen de las propiedades de la biomasa tratada, de ltemperatura y presin de operacin y de los tiempos de permanencia d

material en la unidad de pirlisis

! Grupos de productos:" Gases compuestos por hidrgeno, xidos de carbono e hidrocarburo" Lquidos hidrocarbonados" Residuos slidos carbonosos



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FERMENTACIN ALCOHLICAObtencin de alcohol por fermentacin de los hidratos de carbono simple(azcares) o complejos (almidn o celulosa) productos del almacenamien

to en las plantas de la energa solar captada

! Etapas de la fermentacin segn la biomasa de partida:" Pretratamiento de la biomasa: transformacin de la materia prima par

favorecer la fermentacin por medio de trituracin, moliendapulverizacin

" Hidrlisis: transformacin, en medio acuoso, de las molcula

complejas en azcares sencillos por medio de enzimas (hidrlisienzimtica) o mediante el uso de reactivos qumicos (hidrlisiqumica)



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! Etapas de la fermentacin segn la biomasa de partida:" Fermentacin alcohlica: conversin de los azcares en etanol por l

accin de microorganismos (levaduras) durante 2 a 3 das bajcondiciones controladas:- Temperatura: 27 - 32 C- Acidez: pH entre 4 y 5

- Concentracin de azcares: inferior al 22%- Concentracin final de etanol: inferior al 14%" Separacin y purificacin del etanol: destilacin de la masa fermenta

da para obtener etanol comercial del 96% o destilacin adicional co

un disolvente (benceno) para obtener etanol absoluto (99,5%)



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Propiedades combustibles del etanol comparadas con la gasolina:" Poder calorfico menor: menor potencia y mayor consumo" Calidad antidetonante mayor (mayor ndice de octano): mayo

aceleracin y velocidad punta

" Calor de vaporizacin mayor: dificultades en el arranque pero mayorendimiento" Punto de ebullicin constante: problemas de arranque

! Modificaciones de un motor de gasolina para trabajar con etanol:" Aumento de la relacin de compresin" Recalibrado del carburador"

Calentamiento del aire de entrada al carburador" Modificacin del sistema de encendido" Uso de bujas especiales



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DIGESTIN ANAEROBIA

Fermentacin microbiana en ausencia de oxgeno que da lugar a unmezcla de gases (principalmente metano y dixido de carbono), conocidcomo "biogs" y a una suspensin acuosa o "lodo" que contiene locomponentes difciles de degradar y los minerales presentes en lbiomasa. La materia prima preferentemente utilizada es la biomasresidual con alto contenido en humedad, especialmente los residuo

ganaderos y los lodos de depuradora de aguas residuales urbanas



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Variables que afectan al proceso:" Temperatura: se encuentra un ptimo de funcionamiento alrededor dlos 35 C

" Acidez: determina la cantidad y el porcentaje de metano en el biog

habindose encontrado que el valor ptimo de pH oscila entre 6,67,6" Contenido en slidos: se suele operar en mejores condiciones co

menos de un 10% en slidos, lo que hace de la biomasa de altcontenido en humedad la ms adecuada

" Nutrientes: para el crecimiento y la actividad de las bacterias, statienen que disponer de carbono, nitrgeno, fsforo, azufre y alguna

sales minerales" Txicos: aparte del oxgeno, inhiben la digestin concentracioneelevadas de amonaco, sales minerales y algunas sustanciaorgnicas como detergentes y pesticidas



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Caractersticas de los recipientes de digestin (digestores):" Tamao: determinado por tres variables interdependientes:- Concentracin de slidos degradables- Velocidad de alimentacin de slidos

- Tiempo de permanencia de los slidos en el digestor" Tipo: existen diversos tipos de digestores

! Aplicaciones del biogs:" Fuente de calor (cocina, alumbrado)" Combustin en calderas de vapor para calefaccin" Combustible de motores acoplados a generadores elctricos

! Aplicaciones del lodo:" Fertilizacin de suelos

La energa geotrmica


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LA ENERGA GEOTRMICA

EL FENMENO GEOTRMICO

EL DESARROLLO GEOTRMICO MUNDIAL

EL SISTEMA GEOTRMICO

EXPLOTACIN Y UTILIZACIN DE YACIMIENTOS GEOTRMICOS

FACTORES AMBIENTALES

La energa geotrmica


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EL FENMENO GEOTRMICO

Geotermia: fenmeno referido al calor almacenado en el interior de lTierra

Energa geotrmica: energa derivada del calor almacenado en el interiode la Tierra que se produce de forma continua por la desintegracin de lomateriales radiactivos que existen en muy pequeas proporciones en la

rocas naturales

Gradiente geotrmico: variacin de la temperatura con la profundidad; svalor normal es de unos 30 C/km; las anomalas geo trmicas (hasta 20

C/km) permiten extraer el calor

Flujo geotrmico: flujo de calor que produce el gradiente geotrmico; svalor normal es de unos 60 mW/m2

La energa geotrmica


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Manifestaciones superficiales: alteraciones geotrmicas que puede

indicar su existencia:

! Volcanismo reciente! Zonas de alteracin hidrotermal! Emanaciones gaseosas! Fuentes termales y minerales! Anomalas trmicas

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EL DESARROLLO GEOTRMICO MUNDIAL

Aguas termales desde la poca de los romanos

Siglo XX: usos ms sofisticados de los fluidos geotrmicos:

! Larderello (Italia), 1904: electricidad y productos qumicos! Islandia, 1925: agua caliente para calefaccin (mayor del mundo)! Otros pases: Nueva Zelanda, Mxico, El Salvador, California (EE.UU.)

La energa geotrmica


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La energa geotrmica


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EL SISTEMA GEOTRMICO

Condiciones de extraccin:! Zona de elevada temperatura! Roca porosa capaz de retener agua

Yacimiento geotrmico: volumen de roca con temperatura anormalmentelevada para la profundidad a que se encuentra, susceptible de serecorrida por una corriente de agua que pueda absorber calor y transpor

tarlo a la superficie.

La energa geotrmica


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Tipos de yacimientos geotrmicos:! Sistemas hidrotrmicos" Fuente de calor a poca profundidad sobre la cual se halla un acufer

encerrado entre rocas impermeables; el aporte de agua es metericlos sistemas con predominio de vapor son ms fcilmente explotable

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! Sistemas geopresurizados

" Acufero muy profundo soportando gran presin y saturado con ganatural; an no explotados

! Sistemas de roca seca caliente" Rocas impermeables a muy alta temperatura; es necesario aporta

agua artificialmente y crear grandes superficies de transmisin dcalor (fracturando la roca); en investigacin

La energa geotrmica


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EXPLOTACIN Y UTILIZACIN DE YACIMIENTOS GEOTRMICOS

Datos necesarios de un yacimiento:! Profundidad y espesor del acufero! Calidad, caudal y temperatura del fluido! Permeabilidad y porosidad de las rocas

Tipos de yacimientos segn su temperatura:! Alta temperatura, mayor de 150 C; obtencin de ele ctricidad!

Baja temperatura, menor de 150 C; aprovechamiento del calor

La energa geotrmica

V i bl d di d l i


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Variables de diseo de una central geotrmica:!

Caudal del pozo! Temperatura del yacimiento! Composicin del fluido (lquido-vapor)! Temperatura del agua de refrigeracin! Contenido en sustancias extraas

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Procesos de conversin en energa elctrica:! Conversin directa: slo utilizable para yacimientos de vapor seco

! Expansin sbita o "flash": utilizada en yacimientos con predominio de lfase lquida, puede ser tambin de dos etapas de expansin! Proceso de ciclo binario: utiliza en la turbina un fluido secundari

calentado por el fluido geotrmico y se aplica a yacimientos con agu

conteniendo gran cantidad de sales! Proceso de flujo total: aprovecha las fases lquida y vapor mediant

vlvulas de expansin y turbinas especiales, aunque an no se utilizcomercialmente

La energa geotrmica


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Aplicaciones del agua caliente geotrmica:! Calefaccin urbana! Calefaccin industrial

! Calefaccin agrcola

Componentes de una instalacin de calefaccin geotrmica:! Dos pozos, uno de produccin y otro de inyeccin! Dos bombas, una de extraccin del fluido caliente y otra de reinyecci

de los efluentes fros! Un intercambiador de calor al pie del pozo de produccin! Una conduccin conectada al intercambiador para el transporte del agu

calentada por el fluido geotrmico hasta el consumidor

La energa geotrmica


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La energa geotrmica


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Inconvenientes de la geotermia de baja temperatura:! Grandes inversiones iniciales! Bajo rendimiento! Imposibilidad de transporte

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FACTORES AMBIENTALES

Posibles factores adversos:! Utilizacin del terreno! Influencia sobre el suelo! Niveles de ruido! Contaminacin del aire! Uso y contaminacin de las aguas! Contaminacin trmica y efectos climticos! Alteracin de ecosistemas


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