1. Energía y cambio climático
1. Degradación de energía y
generación de potencia
eléctrica
2. Fuentes de energía en el
mundo
3. Producción de energía a partir
de combustibles fósiles
4. Producción de energía a partir
de combustibles no fósiles
5. Efecto invernadero
6. Calentamiento global: medidas
paliativas
© Patricio Gómez Lesarri

2. Objetivos
1. Resolver problemas relacionados con densidad de energía
2. Diseñar diagramas de Sankey de distintos sistemas de
generación de energía
3. Conocer los métodos de generación de energía eléctrica:
centrales térmicas, nucleares, aerogeneradores, centrales
hidroeléctricas y células solares
4. Resolver problemas relacionados con transformaciones
energéticas
5. Interpretar la gráfica de radiación del cuerpo negro
6. Resolver problemas utilizando la le de Stefan-Boltzmann y la de
Wien
7. Describir los efectos de la atmósfera sobre la temperatura media
de la Tierra
8. Resolver problemas relacionados con emisividad, constante
solar y temperatura media terrestre

3. 1. Primer principio de la
Termodinámica
Calor y trabajo no son
funciones de estado:
dependen de la forma de
realizar el proceso
Energía interna: energía
total acumulada en un
sistema (suma de las energías
de sus partículas)

4. 1. Proceso isotérmico
∆U = n.Cv.∆T = 0
Q = W
W = nRT ln
V2
V1

5. 1. Transformación de energía
Proceso cíclico
Transferencia de energía
incompleta: degradación de
energía

6. 1. Degradación de la energía
Cantidad de energía que se
transfiere al entorno a baja
temperatura
No puede ser aprovechada
Eficiencia combustión 30 %
Eficiencia =
Energía_útil
Energía_consumida

7. 1. Diagramas de Sankey
Diagramas de flujo
Anchura proporcional a la
cantidad de energía

8. 2. Fuentes de energía mundiales
© www.sankey-diagrams.com

9. 2. Fuentes de energía EE.UU.

10. 2. Fuentes de energía U.E.

11. 2. Fuentes de energía España

12. 2. Generación de energía eléctrica

13. Consumo de combustible
© www.worldmapper.org

14. Huella ecológica

15. 2. Densidad de energía
 Cantidad total de energía por unidad de masa o volumen (MJ.kg-1
, MJ.l-1
)

16. 2. Generación de energía eléctrica

17. 3. Combustibles fósiles:
industrialización

18. 3. Dependencia petróleo UE

19. 3. Dependencia del petróleo y precio del barril

20. 3. Combustibles fósiles
Ventajas:
Densidad
Económicas
Desventajas
Impacto ambiental
Geoestratégicas
Agotamiento: no renovable

21. 3. Teoría de M. King
Hubbert (1956)

22. 3. Teoría de Hubbert

23. 4. Energía nuclear: fisión
Descubierta en 1938 por L.
Meitner
Neutrones de baja energía
(1 eV)
Liberación de tres
neutrones y dos átomos
más ligeros
Reacción en cadena
Masa crítica: cantidad
mínima de masa necesaria
para mantener la reacción
cadena: unir dos masas

24. 4. Enriquecimiento de combustible
238
U: 99,3 % 235
U: 0,7 % fisible
Centrales 235
U > 4 %
Bombas 235
U > 30 %
Uranio empobrecido 235
U < 0,7 %
“Yellow cake”: pasta amarilla UO2
Centrifugadora

25. 4. Enriquecimiento de combustible

26. 4. Enriquecimiento de combustible

27. 4. Central nuclear
1. Edificio de contención
3. Reactor /Vasija del reactor
4. Barras de control de cadmio
18. Circuito primario: vapor
19. Circuito secundario
8. Turbinas
PWR /BWR
Suministro de agua de refrigeración

28. 4. Residuos nucleares
o Plutonio: fisible con periodo de
semidesintegración: 24000 años
o Tratamiento de residuos radiactivos
o Baja y media actividad
Almacenamiento en contenedores
(Cabril)
o Alta actividad
Vitrificación y almacenamiento en
bidones
νν ++→++→→+ −−
ePueNpUnU 239
94
239
93
239
92
1
0
238
92

29. 4. Residuos
Ventajas
No genera CO2
Densidad energética
Inconvenientes
Residuos
Proliferación nuclear
Recurso no renovable
(70 años)
Seguridad

30. 4. Energía eólica
Conversión directa de
energía cinética en energía
eléctrica Eficiencia: 45 %
España 4º país productor
23000 MW
Nulas emisiones
Baja densidad energética y
gran variabilidad
P = 1
2
.
m
t
v2
= 1
2
.ρA

t
v2
= 1
2
ρAv3

31. 4. Energía eólica

32. 4. Energía eólica

33. 4. Energía solar
Captación solar pasiva
Energía solar térmica a baja
temperatura
Uso directo
Temperaturas inferiores a
90º C

34. 4. Energía solar
Solar térmica a alta
temperatura
41 % eficiencia a 600 º C
Almacenamiento de energía
térmica con sales fundidas
(fluoruros, nitrato de
potasio..)

35. 4. Energía solar fotovoltaica
Energía solar fotovoltaica: rendimiento de 14-
20 %
Baja densidad energética
Alemania: equivalente a 20 centrales nucleares

36. 4. Radiación solar en el mundo

37. 4. Radiación solar en Europa

38. 4. Radiación solar en España

39. 4. Amortización

40. 4. Energía geotérmica
 Bolsas de agua a 200-300 º C
 Eficiencia: 10-23 %
 Limitada a bordes entre
placas
 Calefacción doméstica
 Capacidad:11500 MW

41. 4. Energía hidroeléctrica
 Aprovechamiento dela energía
potencial y cinética acumulada en
una presa
 Eficiencia de las turbinas: 90 %
 η: eficiencia de la turbina
 ρ: densidad del agua
 Q: caudal
 Ausencia de emisiones
 Impacto ambiental: Tres Gargantas
P =η.ρ.Q.gh

42. 4. Energía
mareomotriz/undimotriz

43. 5. Conducción, convección y
radiación
Conducción:
o Sólidos
o Vibración molecular
Convección
o Fluidos
o Flujos materiales: corrientes
de convección
Radiación
o Radiación electromagnética
en el vacío

44. 5. Radiación del cuerpo negro
 Ley de Stefan-Boltzmann
 A: área
 Constante de Sefan-Boltzmann
σ= 5,67.10-8
W.m-2
.K-4
 Ley de Wien
E = A.σ.T4
λmax.T = 2,898.10−3
m.K

45. 5. Radiación solar
Potencia recibida= potencia
irradiada
Constante solar, S: intensidad
que llega a la Tierra 1,37 KW.m-2
Luminosidad: potencia total
irradiada por el Sol
Ley de Stefan-Boltzmann
A: área
σ= 5,67.10-8
W.m-2
.K-4
L = A.σ.T4

46. 5. Albedo: reflectancia
 Porcentaje de radiación reflejada por una superficie, α
 Tierra: 37-39 %
 Nieve: 89 %, Nubes: 75-50 %
 Suelo: 18 %, Océano: 7 %

47. 5. Emisividad
 Potencia emitida: cuerpo gris
 Emisividad, ε, relación entre la
potencia irradiada por un cuerpo
y la potencia correspondiente al
cuerpo negro de la misma
temperatura
 Ley de Stefan-Boltzmann
 σ =5,67.10-8
W.m-2
.K-4
 Depende de los gases de efecto
invernadero
4
.. TAE σε=

48. 5. Absorción de energía
 Modos de vibración
 Frecuencias características de
absorción en el infrarrojo

49. 5. Efecto invernadero
o 1827: J. B. Fourier llama efecto
invernadero al fenómeno de
absorción de energía en la atmósfera
o Absorción de radiación infrarroja por
los gases:
- dióxido de carbono
- vapor de agua
- metano
- CFC
o Aumento de la temperatura media

50. 5. Evidencias del cambio climático
o Sondas en la Antártida.
(EPICA)
o Medidas en Manu Loa
(Hawai), C. D. Keeling

51. 5. Evidencias del cambio climático
Aumento sostenido de
temperaturas medias
Diez años más calientes
registrados en los doce
últimos

52. 5. Evidencias: fusión de los
glaciares

53. 5. Evidencias: aumento de los huracanes

54. 5. Evidencias: cambios ecológicos
o Migraciones de las aves
o Distribución de plantas,
insectos, animales …
o Propagación de
enfermedades

55. 5. Evidencias: acidificación de los
océanos

56. 6. Predicciones

57. 6. Predicciones en Europa
o Aumento de temperaturas
mayor en el Mediterráneo y
Escandinavia
o Reducción de las
precipitaciones en el Sur de
Europa
o Aumento de los fenómenos
meteorológicos extremos:
riadas y sequías

58. 6. El Ebro en Zaragoza

59. 6. Subida del nivel del mar

60. 6. El Ártico sin hielo

61. 6. Medidas paliativas
o 1992: Cumbre de Río.
Firma de la Convención
Marco de Naciones
Unidas sobre cambio
Climático
o 1997: Protocolo de
Kioto Reducción de un
5 % de emisiones de
CO2 con respecto a los
niveles de 1990

62. 6. Captura de CO2
Proceso de almacenamiento
en profundidad
Consume energía y CO2
Riesgo de fugas

63. 6 .Carbono acumulado