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Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por
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Las ondas con mayor energía son las que tienen una
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El tipo de aprovechamiento depende del tratamiento empleado en la
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 Es una fuente de energía renovab...
 La incineración puede resultar peligrosa, al producir la emisión de
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Energía solar, espectro electromagnético y biomasa.

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Energía solar y espectro electromagnético

  1. 1. Es la estrella más cercana a la Tierra, se caracteriza por:  Radio ecuatorial: 695000 km  Periodo de rotación sobre el eje: de 25 a 36 días.  Temperatura media superficial: 6000 °C  Gravedad superficial: 274 m/s2 En su interior se producen constantemente reacciones de fusión nuclear que desprenden energía. Los átomos de hidrógeno, (elemento más abundante), se combinan entre sí para formar átomos de helio y energía, que fluye desde el interior hasta la superficie solar y desde allí es irradiada al espacio en todas las direcciones. Parte de la energía irradiada es transportada en forma de ondas electromagnéticas (fotones), que se desplazan en el vacío a 300 000 km/s, tardando unos ocho minutos en recorrer los 150 millones de Km. que separan el sol de la tierra.
  2. 2. Onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. La radiación electromagnética es un tipo de campo electromagnético variable, es decir, una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. La radiación electromagnética puede manifestarse de diversas maneras como calor radiado, luz visible, rayos X o rayos gamma. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío.
  3. 3. La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda. La fórmula de longitud de onda es: λ (lamda) = longitud de onda, se mide en metros o submúltiplos de metro.
  4. 4. Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. La frecuencia se mide en Hertz o Hercios, un hertz es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad se llamó originariamente “ciclo por segundo” (cps). Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm).
  5. 5. El espectro electromagnético es la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio.
  6. 6. Las ondas con mayor energía son las que tienen una frecuencia mayor:  Rayos gamma  Rayos X Las de menor energía son las de menor frecuencia:  Radiofrecuencias .  Microondas La luz visible es la parte del espectro que percibimos con la vista.
  7. 7. La radiación solar es emitida como radiación electromagnética. De esa radiación podemos percibir fácilmente la luz visible pero otras frecuencias –no visibles- son filtradas por la atmosfera. La descomposición de esta radiación origina el espectro solar, que está formado por tres bandas de longitud de onda comprendidas entre:  Ultravioleta UV: <380 nm  Visible: 380 – 780 nm  Infrarrojo: >780 nm Cada longitud de onda transporta una cantidad de energía:  Visible: el 47%  Infrarrojo: el 46%  Ultravioleta : el 7%
  8. 8. El espectro electromagnético es empleado de acuerdo a la frecuencia de la onda electromagnética emitida. Las ondas de radio se emplean sobre especialmente en comunicaciones y transmisiones de radio y televisión. Las ondas microondas tienen muchas aplicaciones. Una de ellas es la de los hornos. Su funcionamiento se basa en el hecho de que la radiación electromagnética de muy alta frecuencia tiene mucha energía, por lo que hay una transferencia de calor muy grande a los alimentos en poco tiempo. Las comunicaciones y el radar son otras dos aplicaciones de las microondas. Ondas de radio AM y FM
  9. 9. Los rayos infrarrojos se utilizan comúnmente en nuestra vida cotidiana: cuando encendemos el televisor y cambiamos de canal con nuestro mando a distancia; en el supermercado, nuestros productos se identifican con la lectura de los códigos de barras; vemos y escuchamos los discos compactos... todo, gracias a los infrarrojos. Estas son sólo algunas de las aplicaciones más simples, ya que se utilizan también en sistemas de seguridad, estudios oceánicos, medicina, etc.
  10. 10. Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm. Los ojos de muchas especies perciben longitudes de onda diferentes de las del espectro visible del ojo humano. Por ejemplo, muchos insectos, tales como las abejas pueden ver la luz ultravioleta que es útil para encontrar el néctar en las flores. Por esta razón, los éxitos reproductivos de las especies de plantas cuyos ciclos de vida están vinculados con la polinización de los insectos, dependen de que produzcan emisión ultravioleta, más bien que del colorido aparente a los ojos humanos.
  11. 11. Colores percibidos en el espectro visible por el ojo humano:
  12. 12. Los rayos X se emplean sobre todo en los campos de la investigación científica, la industria y la medicina. Como herramienta de investigación, los rayos X han permitido confirmar experimentalmente las teorías cristalográficas. Utilizando métodos de difracción de rayos X es posible identificar las sustancias cristalinas y determinar su estructura. Existen además otras aplicaciones de los rayos X, entre las que figuran la identificación de gemas falsas o la detección de mercancías de contrabando en las aduanas; también se utilizan en los aeropuertos para detectar objetos peligrosos en los equipajes. Los rayos X ultrablandos se emplean para determinar la autenticidad de obras de arte y para restaurar cuadros. En la radioterapia se emplean rayos X para tratar determinadas enfermedades, en particular el cáncer, exponiendo los tumores a la radiación.
  13. 13. FRECUENCIAS DE DISTINTOS TIPOS DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, por lo que una onda electromagnética con una frecuencia más alta tiene una longitud de onda más corta, y viceversa.
  14. 14. Cada segundo el sol irradia en todas direcciones una energía de kilowatios .  4*1023 El flujo de energía solar que llega al exterior de la atmósfera es una cantidad fija constante solar . La constante solar queda definida por el valor medio de la cantidad total de energía recibida por m2, en un segundo, en la parte superior de la atmósfera terrestre.  Su valor es de 1353 W/m2. De esta radiación solo llega a la Tierra una pequeña parte, el resto de la energía es reflejada por la atmósfera o emitida al espacio en forma de radiación infrarroja.
  15. 15. ENERGÍA EMITIDA POR EL SOL: CONSTANTE SOLAR
  16. 16. Energía Solar Después de atravesar la atmósfera Pierde intensidad modifica su distribución espectral Fenómenos de absorción, reflexión y difusión causados por la acción de los gases, vapor de agua y partículas que la forman. Ozono Absorbe casi toda la radiación UV. Vapor de agua Absorbe la radiación IR Otros factores Espesor de la atmósfera Situación geográfica del lugar Época del año Etc. Antes de atravesar la atmósfera Es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda que varían entre 200 y 4000 nm. Radiación Ultravioleta Radiación Visible Radiación Infrarroja Viene expresada por la constante solar: 4*1023
  17. 17.  Solo una parte de la radiación solar, que incide sobre la tierra, llega a su superficie.  La radiación que intenta alcanzar la superficie de la tierra se ve afectada por la composición de la atmósfera, así parte de la radiación es reflejada, absorbida y/o difractada.
  18. 18. La energía solar se caracteriza:  Muy abundante  Alta calidad  Distribución heterogénea  Variable  Baja densidad
  19. 19. Las características de la energía solar hace que su aprovechamiento sea distinto al de las energías convencionales. La energía solar se caracteriza:  DISPERSIÓN: Su densidad en las condiciones más favorables es baja (1Kw / m2) Para obtener densidades de energía elevadas se necesitan: • Grandes superficies de captación. • Sistemas de concentración de rayos solares  INTERMITENCIA: Es necesario almacenar la energía captada. El primer paso para el aprovechamiento de la Energía solar es su captación.
  20. 20. ARQUITECTURA SOLAR:  Es aquella que no requiere de ningún elemento mecánico para captar la energía solar.  Se logra mediante la utilización de distintos elementos arquitectónicos que captan y almacenan de forma natural la energía procedente del sol.  Para su distribución se utilizan los fenómenos naturales de circulación del aire.
  21. 21. Los elementos básicos que se utilizan en la arquitectura solar pasiva son:  Masa Térmica: Su función es almacenar la energía. Está formada por elementos estructurales y volúmenes de la casa destinados al almacenamiento. Están rellenos de algún material acumulador (piedras, agua, etc.).  Acristalamiento: Su función es captar la energía solar y retener el calor por el efecto invernadero (el vidrio deja pasar la radiación visible pero refleja la radiación que emite el receptor en el infrarrojo, al elevar su temperatura). Su orientación debe ser hacia el sur solar, ya que se aprovecha más la radiación, al incidir perpendicularmente los rayos solares.
  22. 22.  Es la transformación de la energía solar infrarroja en energía térmica que es almacenada en un fluido.  Según la temperatura a la que se desea elevar la temperatura del fluido se diferencian tres formas de conversión térmica: • Conversión térmica de baja temperatura • Conversión térmica de media temperatura • Conversión térmica de alta temperatura
  23. 23. Para alcanzar medias y altas temperaturas se debe concentrar la radiación solar. Los sistemas utilizados en estos rangos de temperaturas se denominan Sistemas Termosolares de Concentración (STCS)
  24. 24.  Es la conversión a temperaturas inferiores a 80ºC. Siendo generalmente su temperatura de trabajo entre 40º y 60º C.  La energía solar térmica de baja temperatura es adecuada para cubrir un alto porcentaje de la demanda de agua caliente, en los sectores residencial, industrial y de servicios.  Esta fuente de energía precisa de una tecnología sencilla y una inversión inicial media, que puede ser amortizada en pocos años. Es la fuente de energía más barata.  El principio de funcionamiento consiste en utilizar el calentamiento de una superficie sobre las que incide el Sol. El calor transferido a la superficie es recogido por un líquido que al pasar por ella se calienta. Este líquido transporta el calor que es utilizado para diferentes usos.
  25. 25. Colector Sistema de distribución
  26. 26. Las instalaciones de baja temperatura requieren el acoplamiento de cuatro sistemas  COLECTOR: Su finalidad es la captación de la energía solar  SISTEMA DE ALMACENAMIENTO: Su finalidad es almacenar el agua caliente que viene de los paneles para su uso posterior.  SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN: Su finalidad es transportar el agua caliente desde el colector al acumulador y de allí a los puntos de consumo.  SISTEMA DE MEDIDA Y CONTROL: Su finalidad es poner en funcionamiento los distintos circuitos y los instrumentos de medida.
  27. 27.  Principales aplicaciones:  Producción de vapor para procesos industriales.  Producción de energía eléctrica a pequeña escala.  Desalinización del agua del mar  Refrigeración mediante energía solar.  La energía solar térmica de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones que requieran temperaturas del agua comprendidas entre 80 y 250º C.
  28. 28.  Se puede usar en aplicaciones en las que se requiera calor o agua caliente a temperaturas comprendidas entre los 80 y 250º C, siendo lo más apropiado las aplicaciones que requieren vapor o agua caliente entre 80 y 140º C.  Destacan:  Producción de vapor para procesos industriales, como la pasteurización.  Producción de vapor para la generación de energía eléctrica.  Producción de calor para la desalinización de agua. Producción de calor para la calefacción y refrigeración de edificios.  Producción de calor para su utilización en la desecación de madera o papel.  Producción de calor para su utilización en la desecación de productos agrícolas, como el tabaco.
  29. 29.  La energía solar térmica de alta temperatura es la que va destinada a aquellas aplicaciones que requieran temperaturas del agua superiores a los 250º C.  Principales aplicaciones:  Su principal aplicación es la generación de vapor para la producción de electricidad a gran escala.
  30. 30.  Requiere:  Mayor concentración de la radiación solar  Realizar un seguimiento de la posición del sol en dos ejes, para hacer incidir la radiación, mediante reflexión, sobre un área reducida, en donde se encuentra el receptor. (permite conseguir temperaturas de más de 4.000° C).  Los sistemas de concentración son:  Sistemas de receptor central: Grandes campos de espejos planos con seguimiento del sol en dos ejes (helióstatos).  Sistemas Parabólicos: Espejos parabólicos.
  31. 31. Sistemas de receptor central Sistemas de espejos parabólicos
  32. 32. Captación fotovoltaica Consiste en la transformación directa de la energía luminosa en energía eléctrica. Para ello se han diseñado las denominadas células solares o células fotovoltaicas, formadas por láminas muy delgadas de materiales semiconductores (por ejemplo, silicio), donde la energía de la luz solar (fotones) excita los electrones del material semiconductor y su flujo genera electricidad. 1. Celda fotovoltaica 2. Regulador de carga 3. Batería 4. Utilización
  33. 33. Algunos aparatos como calculadoras y relojes funcionan con pequeñas celdas fotovoltaicas. De mayores dimensiones son las placas fotovoltaicas instaladas en algunas viviendas rurales alejadas de las líneas eléctricas convencionales y también se pueden reunir muchas placas en una central fotovoltaica. Uno de estos paneles solares puede producir energía limpia por un tiempo aproximado de 20 años o más. El desgaste se debe, principalmente, a la exposición al medio ambiente. Un panel solar montado apropiadamente constituirá una fuente de energía limpia, silenciosa y confiable por muchos años.
  34. 34. CAPTACIÓN SOLAR FOTOQUÍMICA La biomasa es el conjunto de toda la materia viva existente en la tierra. Desde el punto de vista energético, es el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial, que son capaces de suministrarnos una energía útil. La biomasa puede considerarse como energía solar almacenada. Esta energía se obtiene mediante la fotosíntesis que realizan las plantas (utilizan la luz solar para convertir el anhídrido carbónico atmosférico, el agua y otras sustancias simples, en materia orgánica). El resto de organismos vivos obtienen esta energía mediante la dieta.
  35. 35.  La biomasa producida por los ecosistemas naturales puede ser explotada con fines energéticos.  La presión que se ejerza sobre la biomasa natural debe ser siempre menor que la capacidad de regeneración del ecosistema. Pero es necesario que una gran parte de la biomasa, incluso residual, sea respetada para que el ecosistema no pierda su capacidad de autorregeneración.
  36. 36. BIOMASA PARA FINES ENERGÉTICOS BIOMASA RESIDUAL BIOMASA DE CULTIVOS ENERGÉTICOS La biomasa, constituida por materia vegetal o animal puede ser convertida en combustible.
  37. 37. La biomasa residual esta formada por residuos o subproductos, de origen orgánico, procedentes de distintas actividades, como:  Agrícolas, ganaderas y forestales.  Procesos de las industrias agroalimentarias.  Procesos de transformación de la madera.  Residuos biodegradables, correspondientes a efluentes ganaderos, efluentes de aguas residuales, lodos de depuradoras, etc.  Parte de los Residuos Sólidos Urbanos o RSU (la parte correspondiente a los restos de alimentos, madera, papel, etc.).  Los excedentes agrícolas.  Los materiales de derribos y restos procedentes de actividades no energéticas (desmontes, excavaciones, etc.).
  38. 38. Los cultivos energéticos son cultivos que se realizan para su aprovechamiento energético. Las características más relevantes de este tipo de cultivos son:  Su alta producción por unidad de superficie y año.  La limitación de los cuidados al cultivo. TIPOS DE CULTIVOS ENERGÉTICOS NO AGRÍCOLAS Cardos, Pitas, Palma de Brasil, Palma de coco AGRÍCOLAS Caña de azúcar, cebada, mandioca, sorgo dulce ALGAS Plantas acuáticas
  39. 39. El tipo de aprovechamiento depende del tratamiento empleado en la extracción de la energía de la biomasa. En general:  La biomasa sólida se puede destinar a aplicaciones térmicas convencionales.  La biomasa en forma líquida se destina a su utilización en motores de vehículos.  Los derivados gaseosos de la biomasa se emplean en la producción de electricidad, generalmente, en sistemas de cogeneración.
  40. 40. Aplicando los diferentes procesos de conversión, la biomasa se puede transformar en diferentes formas de energía:  Calor y vapor: es posible generar calor y vapor mediante la combustión de biomasa o biogás. El calor puede ser el producto principal para aplicaciones en calefacción y cocción, o puede ser un subproducto de la generación de electricidad en ciclos combinados de electricidad y vapor.  Combustible gaseoso: el biogás producido en procesos de digestión anaeróbica o gasificación puede ser usado en motores de combustión interna para generación eléctrica, para calefacción y acondicionamiento en el sector doméstico, comercial e institucional y en vehículos modificados.
  41. 41.  Biocombustibles: la producción de biocombustibles como el etanol y el biodiesel tiene el potencial para reemplazar cantidades significativas de combustibles fósiles en muchas aplicaciones de transporte. En Europa su producción está incrementándose y se están comercializando mezclados con derivados del petróleo.  Electricidad: la electricidad generada a partir de los recursos biomásicos no libera dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera, por lo que se considera “energía verde”.  Cogeneración (calor y electricidad): la cogeneración se refiere a la producción simultánea de vapor y electricidad, la cual se aplicaría en muchos procesos industriales que requieren las dos formas de energía.
  42. 42. DIGESTOR DE GRANJA PROCESO DE COMBUSTIÓN
  43. 43.  Permite eliminar residuos orgánicos e inorgánicos, al tiempo que les da una utilidad.  Es una fuente de energía renovable.  Es una fuente de energía no contaminante.  Disminución de las emisiones de CO2. El balance neto de CO2 es nulo cuando se utiliza la biomasa ya que si en un momento se emite este gas, anteriormente fue fijado en forma vegetal o animal y por tanto retirado de la atmósfera. Los cultivos que se desarrollan para este fin, sobre todo si son arbóreos, ponen grandes cantidades de carbono fuera de la atmósfera. Esto constituye una nueva ventaja de contar con la biomasa; es el procedimiento más rentable y lógico de abatir el exceso de C02 de la atmósfera y por tanto es el único medio fácil de fijar el C02 del aire y reducir el efecto invernadero.  No emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas.  La disminución del tamaño y número de vertederos.  Puede ofrecer una nueva oportunidad al sector agrícola al sustituir los cultivos energéticos a cultivos excedentarios en el mercado de alimentos..  Puede provocar un aumento económico en el medio rural. Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.
  44. 44.  La incineración puede resultar peligrosa, al producir la emisión de sustancias tóxicas. Por ello se deben utilizar filtros y realizar la combustión a temperaturas mayores a los 900 ºC.  La producción de biomasa en los países pobres, impulsada por las grandes multinacionales energéticas, puede suponer el abandono de zonas de cultivo para dedicarlas a la producción energética, lo que puede suponer un incremento del hambre en el tercer mundo.  El mantenimiento de la fertilidad de las zonas naturales, en las que extraemos biomasa, puede disminuir si no se mantiene un equilibrio razonable.  La generalización de los cultivos energéticos puede provocar un aumento de los problemas crónicos asociados a la agricultura: incremento de la demanda de agua, uso indiscriminado de fertilizantes, uso masivo de insecticidas, destrucción de zonas naturales, etc.

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