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2. a 3. Centrales de energas renovables: generacin elctrica con energas renovables 4. a 5. Centrales de energas renovables: generacin elctrica con energas renovables Jos Antonio Carta Gonzlez Roque Calero Prez Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) Antonio Colmenar Santos Manuel-Alonso Castro Gil Universidad Nacional de Educacin a Distancia (UNED) Madrid Mxico Santaf de Bogot Buenos Aires Caracas Lima Montevideo San Juan San Jos Santiago Sao Paulo Reading, Massachusetts Harlow, England 6. Datos de catalogacin bibliogrfica CENTRALES DE ENERGAS RENOVABLES: GENERACIN ELCTRICA CON ENERGAS RENOVABLES Jos A. C. Gonzlez, Roque C. Prez, Antonio C. Santos, Manuel-A.C. Gil PEARSON EDUCACIN, S.A., Madrid, 2009 ISBN (UNED): 978-84-362-5878-3 Materia: 620, Centrales de energa Formato 195 # 250 mm. Pginas: 728 Todos los derechos reservados. Cualquier forma de reproduccin, distribucin, comunicacin pblica o transformacin de esta obra slo puede ser realizada con la autorizacin de sus titulares, salvo excepcin prevista por la ley. La infraccin de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y sgts. Cdigo penal). Dirjase a CEDRO (Centro Espaol de Derechos Reprogrficos: www.cedro.org), si necesita fotocopiar o escanear algn fragmento de esta obra. Publicado por la editorial Pearson Educacin y la Universidad Nacional de Educacin a Distancia. Los autores son responsables de la eleccin y presentacin de los hechos contenidos en esta obra, as como de las opiniones expresadas en ella, que no son necesariamente las de la editorial ni de la UNED, ni comprometen a estas entidades. 5 PEARSON EDUCACIN, S.A., 2009 Ribera del Loira, 28 28042 Madrid (Espaa) www.pearsoneducacion.com ISBN: 978-84-8322-600-1 ISBN (UNED): 978-84-362-5878-3 Depsito legal: M Equipo editorial: Editor: Miguel Martn-Romo Tcnico editorial: Esther Martn Equipo de produccin: Director: Jos Antonio Clares Tcnico: Tini Cardoso Diseo de cubierta: Equipo de diseo de Pearson Educacin, S.A. Composicin Copibook Impreso por: Nota sobre enlaces a pginas web ajenas: Este libro puede incluir enlaces a sitios web gestionados por terceros y ajenos a PEARSON EDUCACIN S.A. que se incluyen slo con finalidad informativa. 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Aspectos bsicos generales sobre la energa . . 1 1.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3. Concepto de energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4. Concepto de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.5. Concepto de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.6. Medida de la energa y de la potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.7. Manifestaciones de la energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.7.1. Energa gravitacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.7.2. Energa cintica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.7.3. Energa electrosttica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.7.4. Energa electromagntica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.7.5. Energa nuclear o energa atmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.8. Transformaciones energticas. Rendimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.10. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.11. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.11.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Captulo 2. Aspectos bsicos generales sobre los recursos energticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 8. 2.3. La energa en el Universo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.4. Los recursos energticos de la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4.2. La transformacin de la energa solar sobre la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4.3. Clasificacin de las fuentes energticas de la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.5. Consumo global de energa en la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.5.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.5.2. Consumo de energa primaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.6. Situacin de las diferentes fuentes de energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.6.1. Energa nuclear de fisin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.6.1.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.6.1.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.6.1.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.6.1.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.6.1.5. Consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.6.1.6. Duracin prevista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.6.2. Energa nuclear de fusin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.6.2.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.6.2.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6.2.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6.2.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6.2.5. Consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6.2.6. Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6.3. Energa del carbn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6.3.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6.3.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6.3.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6.3.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6.3.5. Produccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6.3.6. Consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6.3.7. Duracin prevista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.6.4. Energa del petrleo y del gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.6.4.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.6.4.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6.4.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6.4.4. Reservas de petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6.4.5. Produccin de petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.6.4.6. Consumo de petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.6.4.7. Duracin prevista del petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.6.4.8. Reservas de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.6.4.9. Produccin de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6.4.10. Consumo de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6.4.11. Duracin prevista de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6.5. Energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6.5.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6.5.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 vi CONTENIDO 9. 2.6.5.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.6.5.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.6.5.5. Produccin y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6.5.6. Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6.6. Energa elica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6.6.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6.6.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6.6.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6.6.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.6.5. Produccin y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.6.6. Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.7. Energa del oleaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.7.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.7.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.7.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.8. Energa hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.8.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.8.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.8.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.8.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.8.5. Produccin y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.6.9. Energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.6.9.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.6.9.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.6.9.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.6.9.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.6.9.5. Produccin y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.6.9.6. Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.6.10. Energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.6.10.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.6.10.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.6.10.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.6.10.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.6.10.5. Produccin y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.6.10.6. Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.6.11. Energa de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.6.11.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.6.11.2. Potencial energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.6.11.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.6.11.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.6.11.5. Produccin y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.6.11.6. Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7. Resumen de la situacin energtica actual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.1. Consumos de energa primaria y final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.1.1. Energa primaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.1.2. Energa final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 CONTENIDO vii 10. 2.7.2. Situacin de las fuentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7.2.1. Energa nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7.2.2. Energa del carbn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7.2.3. Energa del petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7.2.4. Energa del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.7.2.5. Energas renovables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.8. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.9. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.10. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.10.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.10.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Captulo 3. Aspectos bsicos generales sobre las tecnologas para explotacin de la energa . . 63 3.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.3. El proceso general de explotacin de las fuentes energticas: energa primaria y energa disponible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.4. Transformacin de una energa no renovable en energa primaria: el caso del pe- trleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.5. Transformaciones de la energa primaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.5.1. Caldera de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.5.2. Motor de combustin interna (alternativo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.5.3. Turbina de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.5.4. Intercambiadores de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.5.5. Turbina de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.5.6. Turbina hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.5.7. Turbina elica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.5.8. Pila de combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.5.9. Generador/motor elctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.5.10. Transformador elctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.6. Transporte de la energa. Vectores energticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.7. Las centrales energticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.8. Aspectos tcnicos del binomio produccin-demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.9. El almacenamiento de la energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.10. El rendimiento de las transformaciones energticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.11. Tecnologas hbridas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.11.1. Plantas del ciclo combinado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.11.2. Plantas de cogeneracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.11.2.1. Turbina de vapor de contrapresin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.11.2.2. Turbina de vapor de condensacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.11.2.3. Turbina de gas de cogeneracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.11.2.4. Central de cogeneracin y ciclo combinado . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.11.2.5. Motores de explosin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 viii CONTENIDO 11. 3.11.3. Centrales con almacenamiento de energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.11.3.1. Centrales hidrulicas reversibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.11.3.2. Centrales elico-hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.11.3.3. Centrales hidro-elicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.11.3.4. Centrales hidro-solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.12. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.13. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.14. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.14.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.14.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Captulo 4. Aspectos econmicos y medioambientales del uso de la energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 4.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.3. Repercusiones sobre la biosfera de la explotacin de las fuentes energticas . . . . 122 4.3.1. El carbn y la vida. Fotosntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.3.2. El CO2 en la atmsfera. El efecto invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 4.3.3. El CO2 en el mar. Reciclado del carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 4.3.4. Los efectos de la explotacin de las energas fsiles sobre las personas . . 128 4.3.5. Los efectos de la explotacin de las energas fsiles sobre la atmsfera . . 128 4.3.5.1. Cambio climtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4.3.5.2. La lluvia cida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.3.5.3. La destruccin de la capa de ozono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.3.6. Los efectos de la explotacin de las energas fsiles sobre el suelo y las aguas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.3.7. El impacto de las energas renovables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.3.8. Actuaciones correctoras. Protocolo de Kioto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.4. Los costes de la energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 4.4.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 4.4.2. Los costes internos. Variabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.4.2.1. Costes de la energa y precio del dinero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.4.2.2. Costes de la energa y recursos disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 4.4.2.3. Costes de la energa y nmero de unidades fabricadas . . . . . . . . 137 4.4.2.4. Coste y lugar o pas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 4.4.3. Los costes externos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 4.4.4. Los costes globales. Impacto sobre la penetracin de las energas reno- vables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 4.6. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.7. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.7.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.7.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 CONTENIDO ix 12. Captulo 5. Centrales de energa solar trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 5.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 5.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 5.3. Origen de la energa solar trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5.4. Potencial de la energa solar trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 5.4.1. Medidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 5.4.2. Coordenadas solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 5.4.3. Estimacin de sombras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 5.5. Tecnologas para aprovechar la energa solar trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 5.5.1. Energa solar pasiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.5.2. Energa solar activa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.5.2.1. Tecnologa solar trmica de baja temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.5.2.2. Tecnologa solar trmica de media temperatura . . . . . . . . . . . . . . . 172 5.5.2.3. Tecnologa solar trmica de alta temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 5.6. Centrales solares termoelctricas de media temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 5.6.1. Componentes o elementos principales de un CCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 5.6.1.1. El reflector cilindro-parablico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 5.6.1.2. El tubo absorbente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 5.6.1.3. El sistema de seguimiento del sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 5.6.1.4. La estructura metlica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 5.6.2. Configuracin del campo de colectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 5.6.3. Balance energtico en colectores cilindro-parablicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 5.6.3.1. Prdidas en un CCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 5.6.3.2. Rendimiento de un CCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 5.7. Centrales solares termoelctricas de alta temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 5.7.1. Sistemas de receptor central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 5.7.1.1. Componentes principales de un sistema de receptor central . . . 202 5.7.1.1.1. El helistato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 5.7.1.1.2. La torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 5.7.1.1.3. El receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 5.7.1.2. Balance energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 5.7.1.2.1. Prdidas en la captacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 5.7.1.2.2. Prdidas en la transmisin a travs de la atmsfera . . 207 5.7.1.2.3. Prdidas en la captacin de la radiacin solar con- centrada por el receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 5.7.1.2.4. Perdidas en la conversin fototrmica . . . . . . . . . . . . 207 5.7.1.2.5. Prdidas en la parte convencional . . . . . . . . . . . . . . . . 208 5.7.1.3. Rendimientos y balance energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 5.7.2. Centrales de discos parablicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 5.7.2.1. Componentes de un sistema de discos parablicos . . . . . . . . . . . . 211 5.7.2.1.1. Concentrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 5.7.2.1.2. Estructura y sistema de seguimiento . . . . . . . . . . . . . . 211 5.7.2.1.3. Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 5.7.2.1.4. Sistema generador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 5.7.2.2. Balance energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 x CONTENIDO 13. 5.7.3. Hornos solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 5.8. Aplicaciones de la energa solar trmica a los combustibles solares y a los proce- sos industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 5.9. Costes del uso de la energa solar trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 5.10. Impacto medioambiental por utilizar la energa solar trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 5.11. Situacin actual de las plantas termosolares para producir electricidad . . . . . . . . . . 223 5.12. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 5.13. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 5.14. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 5.14.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 5.14.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Captulo 6. Centrales de energa solar fotovoltaica . . . . . . . . . . 235 6.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 6.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 6.3. Origen de la energa solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 6.4. Potencial de la energa solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 6.5. Tecnologas para aprovechar la energa solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 6.5.1. Fundamentos fsicos de la clula solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 6.5.1.1. El tomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 6.5.1.2. tomos estables e inestables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 6.5.1.3. Cuerpos conductores y aislantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 6.5.1.4. Cuerpos semiconductores intrnsecos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 6.5.1.5. Semiconductores extrnsecos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 6.5.1.5.1. Semiconductor extrnseco tipo N . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 6.5.1.5.2. Semiconductor extrnseco tipo P . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 6.5.1.6. Unin del semiconductor p con el n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 6.5.1.7. El efecto fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 6.5.2. Mecanismos de generacin y recombinacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 6.5.2.1. Radiactivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 6.5.2.2. SRH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 6.5.2.3. Auger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 6.5.2.4. Superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 6.5.3. Malla de metalizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 6.5.4. Evolucin de la eficiencia de las clulas solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 6.5.5. ltimas investigaciones en clulas solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 6.5.5.1. Clulas bifaciales de fsforo-boro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 6.5.5.2. Nanotecnologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 6.5.5.3. Clulas solares supereficientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 6.5.5.4. Tecnologa de triple unin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 6.5.5.5. Clulas fotoelectroqumicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 6.5.6. Tipos de clulas fotovoltaicas ms utilizadas actualmente . . . . . . . . . . . . . . 265 6.5.6.1. Silicio cristalizado (V200 ]m) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 6.5.6.2. Thin film (V5 ]m) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 6.5.6.3. Concentracin fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 CONTENIDO xi 14. 6.5.7. Parmetros de funcionamiento de una clula solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 6.5.7.1. Corriente de cortocircuito y eficiencia cuntica . . . . . . . . . . . . . . . 272 6.5.7.2. Tensin de circuito abierto y corriente de oscuridad . . . . . . . . . . 274 6.5.7.3. Factor de forma, resistencia serie y paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 6.5.7.4. Dependencia con la temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 6.5.7.5. Eficiencia lmite de conversin fotovoltaica de una clula solar . . 277 6.5.7.6. Sombras en las clulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 6.6. Sistemas fotovoltaicos autnomos y conectados a la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 6.7. Instalacin elctrica de un sistema FV conectado a red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 6.7.1. Caractersticas generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 6.7.2. Paneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 6.7.3. Inversores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 6.7.4. Lneas elctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 6.7.5. Dispositivos de proteccin, seguridad y cableado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 6.7.6. Contadores de energa y sistemas de telecontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 6.7.7. Punto propuesto para realizar la conexin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 6.7.8. Puesta a tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 6.7.9. Ensayos de recepcin y pruebas funcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 6.7.10. Armnicos y compatibilidad electromagntica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 6.7.11. Prescripciones especiales segn la ITC-40 instalaciones generadoras de BT de REBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 6.8. Centrales solares fotovoltaicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 6.8.1. Instalaciones con aprovechamiento de estructuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 6.8.2. Planta fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 6.8.2.1. Plantas fijas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 6.8.2.2. Plantas con seguidores (convencional y baja concentracin) . . . 304 6.8.2.3. Tipos de seguidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 6.8.2.4. Experimentacin y desarrollo de distintas tecnologas . . . . . . . . . 307 6.8.2.5. Plantas concentracin (As-Ga y Si alta eficiencia) . . . . . . . . . . . . 308 6.8.3. Huerta solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 6.9. Costes del uso de la energa solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 6.10. Impacto medioambiental por utilizar la energa solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . 316 6.11. Situacin actual de la tecnologa de las plantas fotovoltaicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 6.12. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 6.13. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 6.14. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 6.14.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 6.14.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 Captulo 7. Centrales de energa elica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 7.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 7.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 7.3. Origen del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 7.4. Potencial del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 7.4.1. Medida del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 xii CONTENIDO 15. 7.4.2. Tratamiento de los datos del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 7.4.2.1. Distribuciones temporales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 7.4.2.2. Distribuciones de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 7.4.3. Variacin del viento con la altura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 7.4.4. Cuantificacin de la energa existente en el viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 7.4.5. Representacin de los recursos elicos disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 7.5. Evolucin histrica de las tecnologas para aprovechar el viento . . . . . . . . . . . . . . . . 357 7.6. Componentes de los aerogeneradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 7.6.1. Subsistema de captacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 7.6.1.1. Aerodinmica del subsistema de captacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 7.6.2. Subsistema de transmisin mecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 7.6.3. Subsistema elctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 7.6.4. Subsistema de orientacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 7.6.5. Subsistema de regulacin y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 7.6.6. Subsistema de soporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 7.7. Curva de potencia de un aerogenerador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 7.7.1. Determinacin de la energa obtenible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 7.7.1.1. Mtodo probabilstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 7.7.1.2. Mtodo cronolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 7.8. Aplicaciones de la energa elica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 7.9. Parques elicos conectados a la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 7.9.1. Infraestructura civil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 7.9.2. Infraestructura elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 7.9.3. Infraestructura de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 7.9.4. Determinacin de la energa generada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 7.10. Parques elicos en el mar (offshore) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 7.10.1. Evolucin de las instalaciones offshore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398 7.10.2. Tecnologa de las instalaciones offshore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 7.10.2.1. Aerogeneradores y cimentaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 7.10.2.2. Transporte de la energa elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 7.11. Costes del uso de la energa elica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 7.12. Impacto medioambiental de utilizar la energa del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 7.13. Situacin actual de la explotacin de la energa elica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 7.14. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 7.15. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 7.16. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 7.16.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 7.16.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 Captulo 8. Minicentrales hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 8.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 8.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 8.3. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 8.4. Potencial de la energa hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 8.4.1. Medida del potencial hidrulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 CONTENIDO xiii 16. 8.4.1.1. Medida del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 8.4.1.2. Medida del salto bruto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 8.4.2. Tratamiento de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 8.4.2.1. Distribuciones temporales (hidrgramas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 8.4.2.2. Distribuciones de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 8.5. Evolucin histrica de la energa hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 8.6. Tecnologa. Tipos de centrales hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430 8.6.1. Centrales de agua fluyente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 8.6.2. Centrales de embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 8.6.2.1. Centrales de hidrobombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 8.6.3. Centrales integradas en canales de riego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 8.6.4. Centrales en tuberas de suministro de agua potable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435 8.7. Tecnologa. Subsistemas de las centrales hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 8.7.1. Obra civil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 8.7.1.1. Elementos de retencin y almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 8.7.1.2. Conducciones hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 8.7.1.3. Edificio de la central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 8.7.2. Turbinas hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 8.7.2.1. Turbina Pelton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 8.7.2.2. Turbina Francis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 8.7.2.3. Turbina Kaplan y semi Kaplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 8.7.2.4. Campo de utilizacin y rendimientos de las turbinas . . . . . . . . . . 451 8.7.2.5. Curvas caractersticas de las turbinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 8.7.3. Transmisiones mecnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 8.7.4. Generadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 8.7.5. Subsistema de regulacin y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 8.7.5.1. Automatizacin, monitorizacin y telemando . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 8.7.6. Subsistema elctrico auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 8.8. Evaluacin del aprovechamiento de una central hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 8.9. Costes del uso de la energa del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463 8.10. Impacto medioambiental por utilizar la energa hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 8.11. Situacin actual de la explotacin de la energa del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466 8.12. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 8.13. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 8.14. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 8.14.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 8.14.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472 Captulo 9. Centrales de energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . 475 9.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 9.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 9.3. Origen de la energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478 9.3.1. Ecosistemas silvestres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 9.3.2. Biomasa residual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481 9.3.3. Cultivos energticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487 xiv CONTENIDO 17. 9.3.4. Biomasa fsil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 9.4. Potencial de la energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 9.5. Tecnologas para aprovechar la energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 9.5.1. Historia del aprovechamiento de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 9.5.2. Tecnologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 9.5.2.1. Combustin directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496 9.5.2.2. Procesos termoqumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 9.5.2.3. Procesos biolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504 9.5.2.4. Otros procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508 9.6. Tecnologa de los residuos slidos urbanos (RSU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 9.7. Costos del uso de la energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515 9.8. Impacto medioambiental al utilizar la energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516 9.9. Situacin actual de la explotacin de la energa de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518 9.10. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519 9.11. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520 9.12. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520 9.12.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520 9.12.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523 Captulo 10. Centrales de energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 10.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526 10.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526 10.3. Origen de la energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527 10.4. Potencial de la energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533 10.4.1. Tipos de yacimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 10.4.1.1. Sistemas hidrotrmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 10.4.1.2. Sistemas geopresurizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 10.4.1.3. Sistemas de roca caliente seca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 10.4.2. Mtodos de estimacin del potencial geotrmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 10.5. Tecnologa para aprovechar la energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536 10.5.1. Evolucin histrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536 10.5.2. Clasificacin de los dispositivos de captacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538 10.5.2.1. Sistemas de conversin directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538 10.5.2.2. Sistemas de expansin sbita de una etapa . . . . . . . . . . . . . . . . 540 10.5.2.3. Sistemas de expansin sbita de dos etapas . . . . . . . . . . . . . . . 540 10.5.2.4. Sistemas de ciclo binario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541 10.5.3. Componentes de las centrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 10.6. Costes del uso de la energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548 10.7. Impacto medioambiental de utilizar la energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550 10.8. Situacin actual de la explotacin de la energa geotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 10.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554 10.10. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554 10.11. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555 10.11.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555 10.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557 CONTENIDO xv 18. Captulo 11. Centrales de la energa de las olas . . . . . . . . . . . . . . . 561 11.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562 11.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 11.3. Origen de la energa de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 11.4. Potencial de la energa de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575 11.5. Tecnologas para aprovechar la energa de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580 11.5.1. Evolucin histrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580 11.5.2. Clasificacin de los dispositivos de captacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586 11.5.2.1. Dispositivos ubicados en la costa o en su cercana . . . . . . . . 587 11.5.2.2. Dispositivos ubicados fuera de la costa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 11.6. Costes del uso de la energa de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 11.7. Impacto ambiental al utilizar la energa de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605 11.8. Situacin actual de la explotacin de la energa de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 11.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608 11.10. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 11.11. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 1.11.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 1.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612 Captulo 12. Centrales de la energa de las mareas . . . . . . . . . 615 12.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616 12.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616 12.3. Origen de la energa mareomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617 12.4. Potencial de la energa de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 12.4.1. Medida de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624 12.4.2. Energa utilizable con un estuario con dique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625 12.4.3. Energa utilizable con una turbina de corrientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625 12.5. Tecnologas para aprovechar la energa mareomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625 12.5.1. Evolucin histrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625 12.5.2. Tecnologa del aprovechamiento mareomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632 12.5.2.1. Tecnologa de estuarios y diques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632 12.5.2.2. Tecnologa de turbinas de corrientes marinas . . . . . . . . . . . . . 638 12.6. Costes del uso de la energa mareomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644 12.7. Impacto ambiental por utilizar la energa de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645 12.8. Situacin actual de la explotacin de la energa de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . 645 12.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647 12.10. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647 12.11. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648 12.11.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648 12.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650 Captulo 13. Centrales de la energa maremotrmica . . . . . . 653 13.1. Introduccin y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654 13.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654 xvi CONTENIDO 19. 13.3. Origen de la energa maremotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655 13.4. Potencial de la energa maremotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658 13.5. Tecnologas para aprovechar la energa maremotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660 13.6. Costes del uso de la energa maremotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673 13.7. Impacto ambiental de utilizar la energa maremotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674 13.8. Situacin actual de la explotacin de la energa maremotrmica . . . . . . . . . . . . . . . 676 13.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676 13.10. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677 13.11. Evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677 13.11.1. Ejercicios tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677 13.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680 Respuestas. Ejercicios de evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683 CONTENIDO xvii 20. a 21. Desde siempre el desarrollo de la humanidad ha estado determinado en gran medida por el recurso a la utilizacin de las diferentes formas de energa segn las necesidades y disponibi- lidades de cada momento y lugar. Ya en sus inicios, los principales recursos estaban basados en la utilizacin de energas renovables en forma de biomasa, viento, agua y sol. Utilizados principalmente como fuente de combustible, estos elementos deben ser considerados como la base energtica del desarrollo humano. En sentido estricto, es renovable cualquier proceso que no altere el equilibrio trmico del planeta, que no genere residuos irrecuperables, y que la velocidad de su consumo no sea superior a la velocidad de regeneracin de la fuente energtica y de la materia prima utiliza- da en el mismo. La electricidad generada a partir de fuentes renovables super en 2007 a la de origen nuclear, el 19,8 por ciento de la produccin elctrica de nuestro pas sali de instalaciones de energas renovables (de las centrales nucleares sali el 17,7 por ciento). Adems, el consumo de energa primaria procedente de fuentes renovables super por primera vez en su historia la barrera de los diez millones de toneladas equivalentes de petr- leo (tep), lo que significa una aportacin del 7 por ciento al balance del consumo de energa primaria. Destaca el avance protagonizado por la energa solar fotovoltaica, la elica y los biocarburantes. De esta forma, se puede decir que el balance en 2007 de las energas renovables ofrece avances muy significativos, entre los que se pueden destacar: los 3.374 MW nuevos en el rea elica; los 341 MW en el rea fotovoltaica; los 59 MW en hidrulica y los 499 ktep de nueva capacidad para biocarburantes. El aporte conseguido de 2007 supera al de 2006 donde las energas renovables supusie- ron el 6,8 por ciento de la energa primaria y el 18,8 por ciento de la produccin elctrica, y al de 2005 (5,5 por ciento de energa primaria y 16,6 por ciento de la produccin de electricidad). Por otro lado, cabe destacar que, en este perodo, la energa hidrulica y la elica son las tecnologas que ms han contribuido a la cesta de produccin elctrica con renovables. Co- 22. mo dato relevante, cabe sealar que la energa elica (tecnologa en la que Espaa es lder mundial tras Alemania y Estados Unidos) increment en un 29 por ciento la potencia instala- da y creci en un 16 por ciento su produccin de energa con respecto al ao anterior. La receta de la Comisin para la lucha contra el cambio climtico es ahora 20-20-20 para 2020: no es una cbala, sino el plan para que los Veintisiete consigan en la prxima dcada ser ms limpios, con un 20 por ciento de su energa primaria de fuentes renovables, ms eficaces, con un quinto menos de consumo, y menos contaminantes, con una bajada del 20 por ciento en las emisiones de dixido de carbono. Todo para 2020. En este escenario de imparable y necesario ascenso de las fuentes renovables de energa, se est requiriendo cada vez ms la necesidad de ingenieros, tcnicos especializados de gra- do medio y superior, as como de mano de obra para hacer frente a este reto. Es por ello, por lo que recientemente se estn introduciendo en los planes de estudio de diferentes ingenie- ras y de los nuevos ciclos formativos, asignaturas especficas y generales sobre las fuentes renovables de energa. Este texto quizs sea el primer contacto que el lector-alumno tiene con las energas reno- vables. El objetivo del libro es estudiar primero la energa y sus diferentes fuentes -el siste- ma energtico en su conjunto- con una visin general, en primer lugar, para pasar despus a un estudio individualizado de cada una de las principales fuentes de energa renovable, ha- cindose un estudio de las diferentes formas de obtencin y produccin de energa elctrica tanto desde un aspecto cualitativo como cuantitativo, pero al no tratarse de una fuente con- creta, sino de todas ellas, se ha huido de entrar en grandes disquisiciones matemticas, por lo que en este estudio se plantea inicialmente la explicacin fsica de los fenmenos ms que un desarrollo matemtico profundo de los mismos. El libro, con contenidos totalmente actualizados, se ha dividido en trece apartados. En un primer bloque temtico, constituido por los cuatro primeros captulos, se analiza el sistema energtico, en ellos se abordan aspectos bsicos generales sobre: la energa, los recursos energticos, las tecnologas para explotacin de la energa, as como los aspectos econmi- cos y medioambientales del uso de la energa. Elementos todos ellos a tener en cuenta cuan- do se pretende abordar con rigor el estudio de cualquier fuente de energa. El segundo blo- que temtico est constituido por los nueve temas restantes, en ellos se diseccionan cada una de de las fuentes de energa renovables conocidas en la actualidad: la energa solar trmica, energa solar fotovoltaica, energa elica, energa hidrulica, energa de la biomasa, energa geotrmica, energa de las olas, energa de las mareas y la energa maremotrmica. Bsica- mente, el desarrollo de cada uno de estos nueve captulos responde al siguiente esquema: origen de la fuente energtica, potencial de energa, tecnologas para su aprovechamiento, costes del uso de la misma, impacto ambiental por su utilizacin, situacin actual de la ex- plotacin de la fuente de energa en cuestin y conclusiones. Al final de cada tema se pre- senta una batera de veinte ejercicios tipo test, los diez primeros con la respuesta inmediata y los otros diez con la solucin al final del libro. El objetivo del libro es conseguir que el lector-alumno obtenga una inmersin rpida en un tema tan emergente como el de las energas renovables, y as, tras su lectura, conozca las diferentes fuentes de energa limpias, seguras, autctonas y respetuosas con el entorno ecol- gico. Se pretende proporcionar los conocimientos cientfico-tcnico-profesionales necesarios para comprender las tecnologas energticas renovables ms consolidadas. xx INTRODUCCIN 23. Este libro est dirigido en particular a alumnos de carreras tcnicas (y no tcnicas) de primer ciclo, segundo ciclo y post-grado, as como alumnos de los ciclos formativos, tanto de grado superior como de grado medio, donde se abordan mdulos de energas renovables y en general a toda persona que pudiera estar interesada en un tema de tan enorme actualidad: profesores, educadores, responsables de prcticas, tcnicos, y todo tipo de profesionales de las reas de diseo, generacin, mantenimiento y explotacin de plantas de energas renova- bles, permitindole avanzar en el conocimiento del campo de las nuevas aplicaciones para la obtencin de la energa en entornos profesionales y empresariales tan claves y de tan clara apuesta por el futuro. El poder cubrir tan amplio espectro de niveles es consecuencia de que, en general, se ha huido de disquisiciones matemticas, se presentan de forma clara, concreta y esquemtica tanto los datos como los conceptos. Se ha pretendido hacer una redaccin lo ms sencilla posible pero sin dejar de abordar de forma amplia y rigurosa las diferentes temticas. INTRODUCCIN xxi 24. a 25. D. Jos Antonio Carta Gonzlez, es Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) e Ingeniero Industrial (especialidad Mecnica) por esa misma Universidad. Actualmente, es Profesor Titular de Universidad en el rea de Inge- niera Mecnica del Departamento de Ingeniera Mecnica (DIM) de la ULPGC. Ha partici- pado en proyectos de investigacin regionales, nacionales y europeos como colaborador y como investigador principal. Ha publicado una veintena de artculos en revistas internacio- nales de impacto en el rea de las energas renovables, es autor de varias patentes relaciona- das con estas fuentes energticas, ha sido tutor de un notable nmero de proyectos de fin de carrera de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales de Las Palmas de Gran Canaria y ha dirigido diversas tesis doctorales en el campo de la energa elica. En la ULPGC ha sido Director del DIM y, actualmente, es Coordinador del Grupo de Investiga- cin en Ingeniera Mecnica (GIIM), Coordinador del programa de doctorado Tecnologa Industrial y Director de los Servicios de Apoyo a la I!D!i de la ULPGC. D. Roque Calero Prez, Catedrtico de Ingeniera Mecnica en la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria desde 1988, es Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad Poli- tcnica de Las Palmas e Ingeniero Industrial y Perito Industrial por la Universidad de La Laguna. Ha sido Director del Departamento de Ingeniera Mecnica de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Director de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Indus- triales de Las Palmas y Secretario General de la Universidad Politcnica de Las Palmas. Su actividad investigadora se ha centrado en dos lneas de trabajo: metodologas para la forma- cin de ingenieros y aplicacin de la energa elica a la desalacin de aguas. Autor de nume- rosas monografas, diversos libros sobre ingeniera y centros universitarios, mltiples estu- dios e informes relacionados con el desarrollo industrial y el desarrollo sostenible y una extensa contribucin de artculos y comunicaciones en revistas y congresos de mbito estatal e internacional, creador del Centro de Investigacin de Energa y Agua del Instituto Tecno- lgico de Canarias, y Director de I!D del mismo. Actualmente es Secretario General de la Federacin Iberoamericana de Ingeniera Mecnica. D. Antonio Colmenar Santos, es Doctor Ingeniero Industrial e Ingeniero Industrial (especialidad Electrnica y Automtica) por la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros 26. Industriales de la UNED e Ingeniero Tcnico Industrial por la Escuela Universitaria de Inge- niera Tcnica Industrial de la Universidad de Valladolid, especialidad Electricidad. Actual- mente es Profesor Titular de Universidad en el rea de Ingeniera Elctrica del DIEEC de la UNED. Es profesor titular en excedencia del cuerpo de Profesores de Educacin Secundaria y de Profesores Tcnicos de Formacin Profesional en las especialidades de Sistemas Elec- trnicos y Equipos Elctricos respectivamente. Ha trabajado para la AECI-ICI como experto asesor en el proyecto INTECNA (Nicaragua). Ha pertenecido a la Association for the Ad- vancement of Computing in Education (AACE). Ha sido Coordinador para la Virtualizacin de la ETSII de la UNED y Coordinador de Servicios Telemticos de la UNED, siendo ac- tualmente Secretario del Departamento. Correo electrnico: [email protected]. D. Manuel-Alonso Castro Gil es Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad Poli- tcnica de Madrid (UPM) e Ingeniero Industrial por esa misma Universidad. Desde 1984 es catedrtico del Departamento de Ingeniera Elctrica, Electrnica y de Control de la UNED. Entre 1988 y 1993 trabaj adems como Ingeniero de Sistemas dentro del rea de Banca en la empresa Digital Equipment Corporation. Obtuvo el Premio Extraordinario de Doctorado de la UPM y el Premio Viesgo para la investigacin cientfica sobre aplicaciones de la elec- tricidad en los procesos industriales. Ha participado en numerosos proyectos de investiga- cin como colaborador y como director y es miembro de distintas asociaciones internaciona- les (Fellow del IEEE, ISES, IFAC, ASEE, AACE, SEFI, etc.). Ha sido Director del Centro de Servicios Informticos de la UNED, Subdirector de Investigacin y de Gestin Acadmi- ca de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales de la UNED y Vicerrector de Nuevas Tecnologas de la UNED. Actualmente es Director del Departamento. xxiv AUTORES 27. 1.1. Introduccin y orientaciones para el estudio 1.2. Objetivos 1.3. Concepto de energa 1.4. Concepto de trabajo 1.5. Concepto de potencia 1.6. Medida de la energa y de la potencia 1.7. Manifestaciones de la energa 1.7.1. Energa gravitacional 1.7.2. Energa cintica 1.7.3. Energa electrosttica 1.7.4. Energa electromagntica 1.7.5. Energa nuclear o energa atmica 1.8. Transformaciones energticas. Rendimiento 1.9. Conclusiones 1.10. Bibliografa 1.11. Evaluacin 1.11.1. Ejercicios tericos 1.11.2. Prueba objetiva Aspectos bsicos generales sobre la energa 1 28. 1.1. Introduccin y orientaciones para el estudio En este captulo se recordarn y fijarn conceptos bsicos en relacin con la energa, as como su medida y valores de referencia que permitan su comprensin en trminos prcticos y cotidianos. Tambin se presenta una visin ms profunda de las manifestaciones de la energa y de sus transformaciones, as como del rendimiento asociado a las mismas. El contenido de este tema allana el camino para comprender mejor el papel de las ener- gas renovables en el futuro energtico del planeta. 1.2. Objetivos Al trmino del estudio de este tema, los alumnos deberan: Tener muy claros los conceptos de energa, potencia, trabajo y calor. Poseer amplios conocimientos de la medida de la potencia y la energa, especialmente en unidades prcticas, cotidianas. Adquirir valoraciones claras de los consumos energticos y potencias asociadas a acti- vidades cotidianas, que puedan servirle de referencias para entender mejor el amplio mundo de la energa, y en especial, el rol de las energas renovables en la prctica. Tener claros algunos conceptos relacionados con la esencia ms profunda del binomio energa-materia. Visualizar con claridad los conceptos de transformaciones energticas y rendimiento de las mismas. 1.3. Concepto de energa El trmino energa es fuertemente polismico y, segn el contexto donde se use, adquie- re significados diversos. As, se habla que una persona es muy enrgica, que alguien o algo tiene energa positiva o negativa, etc. En el terreno de las ciencias fsicas y naturales, as como en el de la tecnologa, es co- rriente hablar de la crisis energtica, de alimentos energticos, etc. La realidad es que la energa es un fenmeno misterioso, del cual conocemos y comprendemos sus efectos, pero no su naturaleza originaria. En el campo de la fsica, se define la energa como una propiedad de los cuerpos o sistemas materiales en virtud de la cual estos pueden transformarse (a s mismos), modifi- cando su estado o situacin, as como actuar sobre otros cuerpos, originando transformacio- nes en ellos. La energa indica la capacidad de un cuerpo o sistema para producir transformaciones, con independencia de que stas se produzcan o no. 2 CENTRALES DE ENERGAS RENOVABLES 29. 1.4. Concepto de trabajo En un contexto fsico-matemtico se define trabajo como el producto escalar de una fuer- za por un desplazamiento (del punto de aplicacin de la fuerza). T % F . BS (1.1) El trabajo se mide en julios, siendo: 1 julio % 1 newton . 1 metro Un julio es el trabajo que se realiza cuando la fuerza de un newton desplaza su punto de aplicacin un metro (en la misma direccin y sentido de la fuerza). Tradicionalmente, y an hoy, se define la energa como la capacidad de realizar un trabajo, entre otras razones, porque la unidad de energa es la misma, la unidad de la energa, al igual que la del trabajo, es el julio. Se piensa, errneamente, que la energa se transforma en trabajo. En la Figura 1.1, sobre la masa m se realiza un trabajo al elevarla, pero desde el punto de vista energtico lo que ha ocurrido es que la energa almacenada en los msculos de la persona se ha transferido a energa potencial de la masa a la altura h (W % mgh). En este caso, como en todos, el trabajo ha sido el proceso mediante el cual se ha trans- ferido la energa desde un sistema (una persona) hasta otro sistema (la masa). El trabajo no es una forma de energa, ni se conserva, ni es propio de un sistema (no lo poseen los cuerpos). Es slo un vehculo, un proceso, mediante el cual dos cuerpos o sistemas intercambian energa. Otro de estos procesos de intercambio es el calor. 1.5. Concepto de potencia En la Figura 1.1 se observa que la persona ms corpulenta es capaz de elevar la masa m, de peso P, ms rpidamente que la menos corpulenta. Se dice que la primera es ms potente. En trminos fsicos significa que la primera ejecuta el mismo trabajo que la segunda (T % mgh), pero en menos tiempo. Figura 1.1. El adulto es ms potente que el nio. CAPTULO 1. ASPECTOS BSICOS GENERALES SOBRE LA ENERGA 3 30. Fsicamente, se define la potencia como el trabajo realizado en la unidad de tiempo: W % T t (1.2) La unidad de la potencia es el vatio (W), definido por: 1 vatio % 1 julio/1 segundo. 1.6. Medida de la energa y de la potencia Teniendo en cuenta que trabajo y energa se expresan en las mismas unidades, en el Sis- tema Internacional la energa se mide en julios. 1 J % 1 N . 1 m (N % newton) (1 julio es igual a 1 newton por 1 metro) Tambin se emplean unidades mayores que el julio (Tabla 1.1). TABLA 1.1 Mltiplos del julio. kJ 1.000 J 103 J (kilojulios) MJ 1.000.000 J 106 J (megajulios) GJ 1.000.000.000 J 109 J (gigajulios) TJ 1.000.000.000.000 J 1012 J (terajulios) PJ 1.000.000.000.000.000 J 1015 J (pentajulios) EJ 1.000.000.000.000.000.000 J 1018 J (exajulios) De acuerdo con la definicin de potencia, en el Sistema Internacional la potencia se mide en vatios. 1 W % 1 J/1 s (1 vatio es igual a 1 julio dividido por 1 segundo) Se emplean tambin unidades mayores que el vatio (Tabla 1.2). TABLA 1.2 Mltiplos del vatio. kW 1.000 W 103 W (kilovatio) MW 1.000.000 W 106 W (megavatio) GW 1.000.000.000 W 109 W (gigavatio) TW 1.000.000.000.000 W 1012 W (teravatio) Otra forma usual para medir la energa es el kWh, o energa producida (transformada) por una mquina de 1 kW de potencia funcionando durante 1 hora. Obviamente, 1 kWh tambin es la energa transformada por una mquina de 2 kW de potencia funcionando durante 1/2 hora, o cualquiera otra de las infinitas combinaciones po- tencia-tiempo posibles. De acuerdo con esta definicin, la equivalencia entre el kWh y el julio es: 1 kWh % 3.600 kJ % 3,6 MJ 4 CENTRALES DE ENERGAS RENOVABLES 31. En fsica nuclear (energa atmica), la unidad de medida es el electrn-voltio (eV). Se entiende por tal la energa que toma o cede un electrn al pasar de un punto a otro de un campo elctrico entre los que hay una diferencia de potencial de 1 V. 1 eV % 1,6 . 2 # 10.19 J Otras unidades tambin empleadas tradicionalmente son (Tabla 1.3): TABLA 1.3 Unidades de energa tradicionalmente utilizadas. Potencia: 1 CV % 0,76 kW 1 HP % 0,746 kW Energa: 1 kcal % 4,186 kJ 1 BTU % 1.055 J (British Thermal Unit) 1 Tep. 42.000 MJ % 11.600 kWh (Tep% Tn equivalente de petrleo) (1 Tn petrleo] 7,3 barriles) (1 barril% 158,9 litros) 1 Tec % 28.000 MJ % 7.500 kWh (Tec % Tn equivalente de carbn) 1.000 m3 gas ] 6,81 barriles de petrleo 1.000 m3 gas ] 0,9 tep 1 Termia % 10.4 Tep % 103 kcal En trminos generales, un caballo de fuerza (HP) equivale a la potencia que puede desa- rrollar un caballo (animal) durante un tiempo prolongado (varias horas). Otros valores de referencia que dan una idea de las magnitudes energticas son los si- guientes: Una persona, en un esfuerzo liviano, desarrolla 0,15 kW. Un ciclista, en un esfuerzo elevado, desarrolla 0,5 kW. Un atleta, durante un corto tiempo, desarrolla 0,75 kW. 1 kWh permite mantener encendida una bombilla de 100 W durante 10 horas o elevar 1 Tn a 360 m de altura en una hora, o fundir el aluminio necesario para fabricar seis botes de refrescos, o calentar el agua para una ducha de 2-3 minutos. La potencia domstica habitual instalada en una vivienda media de 100 m2 en Espaa es de 5 kW. La energa (en forma de electricidad, de gas o de otro tipo) transformada (consumida, se dice en lenguaje cotidiano) anualmente en una vivienda es, aproximadamente (Tabla 1.4): TABLA 1.4 Consumos energticos aproximados en una vivienda. Iluminacin 510 kWh Frigorfico 360 kWh Televisin 380 kWh Lavadora 960 kWh Otros 240 kWh Cocina elctrica 1.800 kWh Agua caliente 2.466 kWh Total anual 7.266 kWh/ao CAPTULO 1. ASPECTOS BSICOS GENERALES SOBRE LA ENERGA 5 32. Los consumos energticos porcentuales en una familia tpica europea se muestran en la Figura 1.2. Figura 1.2. Porcentajes de consumo energtico en una familia tpica europea. Las potencias de diferentes tipos de vehculos se muestran en la siguiente tabla: TABLA 1.5 Potencia de algunas mquinas. Mquina Potencia en kW Potencia en CV Coche tirado por un caballo 0,75 1 Automvil familiar 100 131 Automvil frmula 1 500 658 Avin B-747 (Jumbo) 300.000 394.737 Lanzadera espacial 30.000.000 39.473.760 Transportar una persona en un avin (completo) una distancia de 4.000 km (distancia de Alemania a Canarias) tiene un consumo de 230 litros de queroseno (por persona). El mismo recorrido, efectuado en un automvil (con un pasajero) exigira 320 litros de gasolina (en un automvil con un consumo de 8 litros/100 km). En el ao 2007 el consumo de energa en el mundo ascendi a 11.099,3 millones de Tep (Fuente: BP-Statistical Rewiev-2008). Un 35,6% correspondi a petrleo, un 23,8% a gas natural, un 28,6% a carbn, un 5,6% a nuclear y un 6,4% a energas reno- vables. El consumo de petrleo se elev a 75 millones de barriles, cada da. Algn autor, en trminos jocosos, asegura que la Tierra nunca ser visitada por seres extraterrestres inteligentes. Estos observaran con curiosidad la anomala de nuestro pequeo planeta, por la gran cantidad de energa radiada al espacio exterior, de lo cual deduciran que no podra haber vida inteligente en el mismo. 6 CENTRALES DE ENERGAS RENOVABLES 33. 1.7. Manifestaciones de la energa 1.7.1. Energa gravitacional Es la energa que se manifiesta por la atraccin de dos masas entre s, sean dos cuerpos celestes (la Tierra y la Luna, por ejemplo), dos masas cualquiera o dos neutrones. La realidad es que cada masa crea a su alrededor un campo gravitatorio, que atrae a cualquier otra masa que caiga en su campo de accin. La fuerza con la que se atraen es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas (Figura 1.3). Figura 1.3. Fuerzas gravitatorias. Un caso particular es la energa potencial gravitatoria, o sea, la atraccin de la masa de la Tierra sobre cualquier otra masa en su cercana (un satlite artificial) o en su superficie (en el caso de una persona, esta fuerza es el peso de la misma). La energa potencial gravitatoria de un cuerpo de m kg de masa, situado a una altura de h metros, sobre la superficie terrestre, es: Energa % fuerza # distancia Energa potencial % peso # altura % m . g . h Expresndose la energa en julios, m en kg, h en metros y g (aceleracin de la gravedad) en m/s2 . 1.7.2. Energa cintica Es la energa implcita en una masa en movimiento. Para una masa m, que se desplaza a la velocidad v (Figura 1.4), la energa cintica vale la mitad del producto de la masa por el cuadrado de la velocidad. W % 1 2 m . v2 (1.3) W viene en julios, la masa en kg y la velocidad en m/s. CAPTULO 1. ASPECTOS BSICOS GENERALES SOBRE LA ENERGA 7 34. Figura 1.4. Energa cintica. Un caso particular de la energa cintica es la energa trmica. Como se ha visto, todos los cuerpos estn formados por conjuntos de molculas que, segn el grado de movilidad entre ellas, pueden adoptar forma slida, lquida o gaseosa. En la forma gaseosa, las molculas tienen total libertad para moverse. Cuando se les su- ministra energa se mueven ms rpido (incrementan su energa cintica) y el gas se dice que est ms caliente (que tiene ms temperatura) (Figura 1.5). Figura 1.5. E
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