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Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Tema 6: LA ENERGÍA
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Flujo de Energía en el
Mundo Biológico
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La Energía “Es la capacidad de producir un cambio en el estado o
movimiento de la materia”
Tipos de Energía
1. Energía Cinética (movimiento): Movimiento de la masa o de las
partículas
• La luz (movimiento de fotones)
• El calor (movimiento de moléculas)
• La electricidad (movimiento de electrones)
• El movimiento de objetos
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
2. Energía Potencial (almacenada):
Es la capacidad de hacer trabajo en virtud de la posición o estado de una masa o partícula.
• E. Química (almacenada en los enlaces: carbohidratos y grasas)
• E. Eléctrica (almacenada en baterías)
• E. de Posición (agua en una represa)
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
El árbol absorbe luz E radiante solar (E cinética)
El árbol convierte la E luminosa en E potencial química almacenada en enlaces y la usa para producir hojas, ramas y frutos…
La manzana, "llena" de E potencial química, cae al suelo, su E de posición (E potencial) se transforma en E cinética, la E del movimiento
Cuando manzana golpea suelo, E cinética se transforma en calor (E calórica) y sonido (E acústica), etc.
Flujo de la Energía
Si alguien come la manzana, cuerpo transforma E químicade manzana en movimiento muscular, reproducción, etc.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Flujo de la Energía
Depende de:
• Cantidad de E inicialmente disponible
• Utilidad de la E
• Se rige por la leyes de la Termodinámica
Leyes de la Termodinámica
• Describen las propiedades y el comportamiento
de la Energía en los sistemas.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
• “La cantidad total de energía del universo
permanece constante”
• En otras palabras, la energía no puede ser creada
ni destruida, aunque si es transformable de un
tipo a otro.
Primera Ley de la Termodinámica
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
• “La energía tiende a difundirse de una formamás concentrada a una menos concentrada,ej. se libera como calor o luz, o ambas”.
• El desorden siempre está en aumento en eluniverso.
Segunda Ley de la Termodinámica
Requiere + Energía Requiere - Energía
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Entropía“mide el grado de desorden o cambio de un sistema”
• Entropía: Es la energía que no puede
utilizarse para producir trabajo
• La energía de alta calidad, con baja
entropía, es la que puede ser más
utilizada por el ser humano (ej. carbón,
electricidad, gasolina)
• La energía de baja calidad, con alta
entropía, es la menos utilizable por el
ser humano (ej. calor liberado por un
animal al correr).
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Fuentes de Energía
• El Sol proporciona el
99% de toda la
energía utilizada por
los seres vivos en la
Tierra.
• Esta fluye a través de
los ecosistemas, en
procesos cíclicos de
utilización y
reciclaje.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Hongos
Descomponedores
Autótrofos
Fotosintetizadores Herbívoro
Consumidor 1º
Depredador
Consumidor 2º o 3º
Depredador
Consumidor 3º o 4º
Bacterias
DescomponedorasElementos Básicos
Herbívoro
Consumidor 1º
Insectívoro
Consumidor 2º
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
• Ninguna transformación de la energía es 100%
eficiente.
• La energía se pierde principalmente en forma de luz
y calor.
• El calor no puede ser almacenado en las células o en
ninguna parte de los seres vivos.
Pérdidas energéticas
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La ENERGÍA es el alimento de la actividad humana
Mueve nuestros cuerpos
Propulsa nuestros vehículos
Da calor y luz a nuestras casas
La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir
trabajo: como el mecánico, emitir luz, generar calor, etc.
Cocina nuestra comida
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La utilización de energías renovables NO es nada nuevo
Nuclear
Rueda
hidráulica y
molino de viento
Utiliza la madera
como combustible
Motor eléctrico y de
combustión interna
Carbón
Doma y
utiliza a animales
de tiro
Electricidad
y petróleo
Prehistoria:
El hombre utiliza
su fuerza muscular
Revolución Industrial
= Máquina de vapor
Hace 400 000 años
S. XIII
1950
1782
(J. Watt)
1900Automóvil: 1883
Bombilla: Edison
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La fuerza humana y animal
Hasta que el hombre aprendió a domesticar a animales de tiro, su única
fuente de energía era su propia fuerza muscular.
Cuando estas fuerzas no fueron suficientes ante la crecientes demanda
de energía, apareció la esclavitud, obligando a utilizar la energía de
muchos hombres al servicio de un número reducido de hombres libres.
¿CÓMO HA SIDO LA EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA ENERGÍA II?
¿SABÍAS QUE…?
Para construir la pirámide de
Keops (Egipto) trabajaron
simultáneamente 100 000
esclavos, que eran
renovados cada 3 meses. Se
necesitaron 10 años para
terminar la obra, lo que
significa que se utilizaron
más de 4 millones de
esclavos.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La biomasa
1er cambio en la historia de la humanidad en el origen de la energía
Con el descubrimiento del fuego, el hombre comienza a utilizar la
madera como combustible.
Cambio: de una energía de origen animal (basada en la quema de
calorías a partir de los alimentos ingeridos) a una energía de origen
químico (basada en un proceso de combustión directa).
Esta energía se presentaba bajo otro aspecto: en forma de calor.
¿CÓMO HA SIDO LA EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA ENERGÍA III?
Con su utilización, el hombre
pudo comenzar a moldear
los metales como el hierro y
el cobre, así como a fabricar
objetos de barro (alfarería).
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La energía hidráulica y eólica
- La rueda hidráulica (accionada por la corriente de un cauce de agua)
- El molino de viento, embarcaciones a vela
Limitación: esta energía había que utilizarla en el
lugar donde estaba disponible la fuente energética.
¿CÓMO HA SIDO LA EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA ENERGÍA IV?
Durante todo este periodo
de tiempo (época
preindustrial), tanto la
población como el
consumo energético por
habitante permanecían
relativamente estables y la
repercusión en el medio
ambiente era escasa.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
El carbón
Finales del siglo XVIII: la invención de la máquina de vapor (permitió
convertir el calor en fuerza mecánica).
1ª Revolución Industrial
¿CÓMO HA SIDO LA EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA ENERGÍA V?
Siglo XVIII: debido al progresivo agotamiento de los recursos madereros,
comienzan a utilizarse grandes cantidades de carbón (una fuente de
energía con un rendimiento energético mayor que el de las fuentes de
energía de uso preindustrial). Esto fue posible gracias a la máquina de
vapor.
¿SABÍAS QUE…?
La 1ª máquina
de vapor fue
construida en
1769 por el
escocés James
Watt
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La máquina de vapor originó grandes cambios en la sociedad:
- El carbón era una fuente de energía que se podía trasladar de un lugar
a otro. Además, permitió instalar industrias en nuevos lugares.
- Permitió mecanizar gran número de tareas y aumentar la producción.
- Hizo posible un enorme desarrollo del transporte por medio de
locomotoras y barcos de vapor que usaban carbón. Esto favoreció el
comercio, la emigración y las comunicaciones.
¿CÓMO HA SIDO LA EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA ENERGÍA VI?
¿SABÍAS QUE…?
La Revolución Industrial, al multiplicar enormemente los medios de producción como
consecuencia de la utilización de la máquina de vapor, supuso un fuerte incremento tanto
de la población como del consumo de energía por habitante.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La electricidad
Casi un siglo después de la primera máquina de vapor, empieza a
introducirse una nueva forma de energía: la electricidad, cuyos primeros
estudios en laboratorio los había realizado Galvani en 1786.
Este hecho abrió a la humanidad nuevos horizontes. Ya no era necesario
que el lugar de uso de la energía estuviese en el mismo lugar en que se
generaba y además esa energía se podía transformar fácilmente en luz,
en calor, en frío, en movimiento, en energía mecánica, etc.
No es hasta finales del siglo XIX cuando comienza a introducirse en la
vida cotidiana.
¿CÓMO HA SIDO LA EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA ENERGÍA VII?
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Gas natural y nuclear
En la 2ª mitad del siglo XIX, aparecen los primeros motores de
combustión interna, y en el último tercio de ese siglo se empieza a
emplear el petróleo y sus derivados como combustible.
En la 1ª mitad del siglo XX, empieza a utilizarse el gas natural, y a partir
de los años 50 se ponen en funcionamiento las primeras centrales
nucleares.
¿CÓMO HA SIDO LA EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA ENERGÍA VIII?
¿SABÍAS QUE…?
El 1er automóvil fue construido en 1883 por Henry Ford en EE UU
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
- Las energías renovables: su potencial es inagotable, ya que
provienen de la energía que llega a nuestro planeta de forma
continua como consecuencia de la radiación solar o de la atracción
gravitatoria de la Luna. Son la energía hidráulica, solar, eólica,
biomasa, geotérmica y las marinas.
- Las energías no renovables: son aquellas que existen en una
cantidad limitada en la naturaleza. No se renuevan a corto plazo y
por eso se agotan cuando se utilizan. La demanda mundial de
energía en la actualidad se satisface fundamentalmente con este
tipo de fuentes, como son el carbón, el petróleo, el gas natural y el
uranio.
CLASIFICACIÓN DE LA ENERGÍA
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
CONSUMO ENERGÉTICO I
Petr
óle
o
Carb
ón
Gas N
atu
ral
En
erg
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Nu
cle
ar
En
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no
va
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s
53%
20%
6%
15%
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10%
20%
30%
40%
50%
60%
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Carb
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Gas N
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Nu
cle
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erg
ías
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no
va
ble
s
Consumo
energético en
EuropaLa UE cubre sus necesidades energéticas
en un 50% con productos importados, y, si
no cambia su política energética, antes de
20 años ese porcentaje ascenderá al 70%.
Esa dependencia externa acarrea riesgos
económicos, sociales, ecológicos y físicos.
¿SABÍAS QUE…?
La Península Ibérica tiene limitados recursos energéticos convencionales, por lo que su
sistema energético presenta una alta dependencia exterior, que ha ido aumentando en los
últimos años. Así, las importaciones de energía en España han pasado de representar el 61%
en el año 1985 al 75% en la actualidad.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
SITUACIÓN ENERGÉTICA MUNDIAL-Algunos datos para la reflexión-
• Población mundial actual: 8000 millones
• En 1970: 3620 millones
(prácticamente se ha duplicado en los últimos 38 años)
• Siglo XVII: 400 millones
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
CONSUMO ENERGÉTICO ANUAL POR HABITANTE
En el siglo XVII:
3500 kWh y toda la energía provenía de fuentes energéticas
renovables
En 1950:
el consumo energético era de 11 400 kWh
En 1970:
20 200 kWh (datos estos últimos que demuestran claramente el despilfarro energético
que se produjo a raíz de la introducción del petróleo)
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
ACTUALMENTE, EL CONSUMO DE ENERGÍA ES TAL
QUE EN UN AÑO LA HUMANIDAD CONSUME LO QUE LA
NATURALEZA TARDA UN MILLÓN DE AÑOS EN
PRODUCIR
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
• El 20% de la población mundial consume el
80% de la energía producida.
• Aprox. 2000 millones de personas no tienen
acceso a la electricidad.
EE UU-CANADA
RESTO DESARROLLADOS
SUBDESARROLLADOS
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
La mitad de la madera que se corta en
el mundo se usa como combustible.
Los 4/5 de esta mitad
se emplean en el
conjunto
de los países
pobres.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
• El 70% de los habitantes de estos países usa
una media de leña de 700 kg por persona y año(con las graves consecuencias de deforestación que este
hecho acarrea).
• 2000 millones de personas
cocinan con leña; de ellas,
1500 millones tienen
dificultades de suministro.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
- 1973: 1ª crisis del petróleo por conflictos en
Oriente Medio entre árabes e israelíes:
• Los precios del petróleo suben de 1,6 $/barril a
principios de 1973 a 3,45 $/barril.
• 1974: 9,31$/barril.
- 1979: 2º choque con el cambio
de régimen en Irán y la salida del
mercado de este país:
• Los precios del petróleo suben de 14,5
$/barril a principios de 1979 a 28 $/ barril.
• 1982: 34 $/barril.
CRISIS ENERGÉTICA
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
UN MODELO INSOSTENIBLE
El mantenimiento del sistema energético actual durante un
plazo de tiempo de una o dos generaciones es,
simplemente, insostenible porque:
- Está agotando las reservas de combustible
- Coopera al efecto invernadero
- Contribuye a la contaminación local,
lluvia ácida y a la deforestación
- Origina riesgos para la paz mundial
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
FUENTE NO RENOVABLE DURACIÓN OBSERVACIONES
Petróleo 45 años Existen más recursos y más caros: pizarras bituminosas
Gas 70 años
Carbón 125-1.000 años
según calidad
Uranio (excepto Pu) 60 años según precios
• La posibilidad de agotamiento del petróleo y del gas
natural será una realidad en el plazo de 1 a 2 generaciones
• Aunque las reservas de combustibles fuesen eternas
(que no lo son), el planeta Tierra no sería capaz de absorber
las emisiones de CO2 que de su quema se desprenderían
AGOTANDO LAS RESERVAS DE COMBUSTIBLE I
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
CONTRIBUYE AL EFECTO INVERNADERO I
Sin nuestra atmósfera, la
temperatura media de la Tierra
sería de unos –18 ºC y no los 15 ºC
actuales. Toda la luz solar que
recibimos alcanzaría la superficie
terrestre y simplemente volvería, sin
encontrar ningún obstáculo, al
vacío. La atmósfera aumenta la
temperatura del globo terrestre
unos 30 ºC y permite la existencia
de océanos y criaturas vivas como
nosotros.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
CONTRIBUYE AL EFECTO INVERNADERO II
EFECTOS: cambio climático (calentamiento global)
Un aumento al doble de la concentración actual subiría la temperatura
media de la Tierra entre 3 y 5 ºC.
La concentración de CO2 ha aumentado:
- 1750: unas 280 partes por millón
- 1980: 340
- 1986: más de 350
De continuar el actual consumo de combustibles fósiles, se teme que
se duplique a mediados de siglo.
Alrededor de las 3/4 partes de las emisiones de CO2 antropogénicas que
se han producido en los últimos 20 años se debe a la quema de
combustibles fósiles. El resto se debe especialmente a la deforestación.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
CONTRIBUYE AL EFECTO INVERNADERO III
CONSECUENCIAS:
- Elevación del nivel de las aguas del mar (consecuencia de la
descongelación de parte de los casquetes polares).
- Aumento de las sequías y salinización de los acuíferos.
- Pérdida de muchos ecosistemas que no podrían adaptarse a un
cambio tan rápido.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
CONTRIBUYE AL EFECTO INVERNADERO IV
- Los estudios más recientes han puesto de manifiesto que, en lo que va del
siglo XX, la temperatura media de la Tierra se ha incrementado en 0,6 ºC.
- El nivel del mar ha ascendido 20 cm a lo largo del último siglo y podría
subir 88 cm antes de finales del siglo XXI.
- Ya han desaparecido, sumergidos por las aguas, los 2 primeros islotes
que estaban situados en el océano Pacífico.
Objetivo Protocolo de Kyoto: reducción del 8% de los gases de efecto
invernadero para el 2012 (respecto al nivel de emisión de 1990)
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
LA LLUVIA ÁCIDA I
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
ORIGINA RIESGOS PARA LA PAZ MUNDIAL
- Las reservas de petróleo están repartidas de forma muy
desigual
- El 70% de las reservas mundiales está en países OPEP
Dentro del cartel, Arabia
Saudita y Kuwait tienen
casi el 40% del total de
las reservas mundiales;
Irán e Irak tienen reservas
muy importantes, y
Venezuela, Libia y Nigeria
algo menores. CONSECUENCIAS:
Guerra del Golfo
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
ORIGINA TENSIONES SOCIALES
Desplazamientos forzosos de población que origina la
construcción de grandes complejos hidroeléctricos.
La energía hidráulica ha sido la principal causa de muchas
emigraciones de este siglo, al anegar las tierras más
fértiles y privar.
La construcción de la
archiconocida presa de
Itaipu, entre Brasil,
Argentina y Paraguay, es
otro notable ejemplo de lo
mismo.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
ENERGÍAS LIMPIAS Y
ENERGIAS
CONTAMINANTES
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Uso de la energía eléctrica
• Ofrece las siguientes ventajas:
– Se transforma fácilmente en otros tipos de
energía (luz, calor, movimiento, etc).
– Se transporta a largas distancias con bajo coste
y alto rendimiento.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA: EL ALTERNADOR
• Está formado por una
parte que gira (rotor) que
crea un campo magnético.
Este campo magnético, al
girar, induce corrientes
eléctricas en bobinas
estáticas situadas en una
parte fija (estator).
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
TRANSPORTE DE LA ENERGÍA
ELÉCTRICA
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Tipos de centrales
• Centrales convencionales: Generan el
mayor porcentaje de energía eléctrica del
pais.
– Centrales térmicas convencionales (carbón, gas
natural, derivados del petroleo)
– Centrales térmicas nucleares.
– Centrales hidroeléctricas.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
• Centrales no convencionales: Generan un menor
porcentaje de la energía eléctrica que consumimos.
Son centrales que aprovechan las energías
renovables y generan un menor impacto
ambiental.
– Energía solar: Fototérmica y fotovoltaica
– Energía eólica.
– Energía geotérmica
– Energía maremotriz
– Energía undimotriz
– Energía descargas atmosféricas
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
Impacto ambiental
• Centrales térmicas de combustibles fósiles:
Producen CO2 (gas de efecto invernadero)
• Central nuclear: Residuos radiactivos que se
acumulan.
• Centrales hidroeléctricas. Inundaciones, perjuicios
a la flora y fauna.
• Centrales eólicas: Impacto visual. Aves.
• Centrales solares: Impacto visual.
Energías renovables y eficiencia energética: 1 Energía y electricidad
¿Qué podemos hacer?
• Disminuir consumo energía eléctrica.
• Aparatos mas eficientes.
• Uso del transporte público.
• Uso de transporte no contaminante
(bicicleta)
