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  1. 1. TEMA 9 LAS ENERGÍAS
  2. 2. 1.- INTRODUCCIÓN Energía es la capacidad de producir trabajo Los recursos energéticos que utilizamos tienen su origen en la fuerza de la gravedad y en las reacciones nucleares Las reacciones nucleares del Sol emiten energía hacia el espacio, principalmente en forma de ondas ultravioleta e infrarroja. La Tierra recibe esa energía y la transforma. Una parte de esa energía calienta de forma desigual la atmósfera y produce la energía eólica.
  3. 3. Otra parte de la energía se utiliza para evaporar el agua de océanos y continentes iniciando el ciclo hidrológico, cuando el agua vuelve hacia el mar por efecto de la fuerza de gravedad puede ser utilizada como energía hidráulica. Las plantas verdes aprovechan la energía solar almacenándola en forma de energía química. Podemos liberar esa energía al quemar restos vegetales o combustibles fósiles. El calor interno de la Tierra, de origen gravitacional y radioactivo, sirve como fuente de energía geotérmica . La energía solar puede ser convertida directamente en electricidad, a través de las células solares . Y el efecto de la atracción del Sol y la luna sobre las aguas puede ser utilizado para obtener energía aprovechando las mareas.
  4. 4. Se denomina energía primaria a la energía utilizada tal como se obtiene en la naturaleza. En la mayoría de los casos se convierte en otras formas de energía para su uso y transporte. A las formas de energía que son utilizables para el consumo se denominan energías finales o secundarias Se consideran energías no renovables aquellos recursos energéticos como los combustibles fósiles que no se renuevan al mismo tiempo que se consumen.. Energías renovables son aquellas cuya tasa de renovación está dentro de los límites del tiempo de vida humana Energías convencionales son las más utilizadas, como las derivadas del uso de los combustibles fósiles, energía nuclear y la hidroeléctrica y las alternativas : el resto
  5. 5. 2.- EL CARBÓN El carbón es el combustible fósil más abundante. Se ha formado en todos los continentes y en prácticamente todas las épocas geológicas. El carbón se forma por acumulación de restos vegetales en el fondo de pantanos, lagunas o deltas, que en ausencia de oxígeno sufrieron un proceso de fermentación debido a la acción de ciertas bacterias sobre la celulosa o la lignina. Para que este proceso sea posibles es necesario un rápido enterramiento que evite la putrefacción de los restos vegetales.
  6. 6. Habitualmente, los estratos de carbón quedan enterrados bajo otros arcillosos que impermeabilizan el terreno y que posteriormente se transformarán en pizarra. El valor del carbón está determinado por la cantidad de energía que almacena; generalmente cuanto más carbono contiene. El carbón se clasifica en: grafito(95-100% C) , antracita(90-95% C), hulla (75-90% C) , lignito(60-70% C), y turba(45-60%C) Dependiendo de la profundidad a la que se encuentran los sedimentos de carbón se pueden realizar explotaciones a cielo abierto o minas. Las primeras son más económicas , pero su impacto ambiental es mayor. Las minas generan grandes escombreras(estériles) , producen grandes nubes de polvo y contaminación por lixiviados.
  7. 7. Tipos de carbón Turba Antracita Hulla o bitumen Lignito Cantidad de carbono
  8. 8. La extracción de carbón origina grandes cambios geomorfológicos (paisaje). Si la extracción es a cielo abierto: Grandes agujeros abandonados Escombreras Nubes de polvo Contaminación de aguas subterráneas y superficiales Contaminación acústica (máquinas y voladuras) En la actualidad , en los países desarrollados, las compañías mineras están obligadas a dejar el paisaje restituido cuando han terminado su trabajo, rellenando los agujeros y reforestando la zona. También es muy importante controlar y depurar el agua de lixivación, que va cargada de materiales muy tóxicos, como metales pesados y productos químicos usados en la minería, y es muy contaminante, por lo que debe ser controlada cuidadosamente .
  9. 9. Si la extracción es en minas subterráneas. Tiene un mayor coste económico y social Pilas de escombros de estériles Enfermedades (silicosis) Explosiones de grisú Contaminación de aguas
  10. 10. Debido al elevado contenido en azufre cuando se quema expulsa SO2, que produce la llamada lluvia ácida. Para minimizar este impacto se preprocesa el combustible, machacándolo y lavándolo para eliminar la mayor cantidad de azufre posible. Además se diseñan las centrales de modo que se eliminen los compuestos sulfurados antes de emitir los gases de combustión El principal uso del carbón es su combustión en las centrales térmicas. El calor obtenido se utiliza para obtener vapor de agua que hará girar unas turbinas, las cuales moverán unos alternadores que transformarán la energía mecánica en eléctrica.
  11. 12. 3.- YACIMIENTOS DE HIDROCARBUROS Pueden ser de cuatro tipos: petróleo, gas, pizarras bituminosas y arenas asfálticas 3.1 PETRÓLEO Se originó por la muerte masiva del plancton marino , debido a cambios bruscos de temperatura o salinidad del agua, que al sedimentar junto a cienos y arenas forman los barros sapropélicos. En éstos , ambos componentes sufren una transformación: la materia orgánica se convierte en hidrocarburos por un proceso de fermentación y los cienos y arenas se transforman en rocas sedimentarias( roca madre) .
  12. 13. <ul><li>Para la formación de un yacimiento de petróleo son necesarias tres condiciones: </li></ul><ul><li>una roca madre (descomponer la materia orgánica) </li></ul><ul><li>Una roca almacén (emigrar el petróleo) </li></ul><ul><li>Una trampa ( estructura impermeable que impide el ascenso del petróleo) </li></ul><ul><li>. </li></ul>Cuando un sondeo perfora una trampa . el petróleo y el gas natural se mueven desde los poros de la roca almacén hasta el agujero del sondeo y entonces pueden aflorar a la superficie Se distinguen varios tipos de petróleo dependiendo de su densidad . La clasificación se basa en los denominados grados API. Petróleos ligeros( > 30 º) , intermedios (22-30º ), y pesados (15-20º) El de mayor calidad es el de 37º
  13. 14. Su transporte se realiza a través de los conocidos oleoductos, pero la forma más habitual y peligrosa son los grandes petroleros. El petróleo se extrae en forma de crudo, formado por una mezcla de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos que no tiene aplicación directa. Para su utilización ha de pasar por una serie de procesos de refinado , conocidos con el nombre de destilación fraccionada , en los que se va elevando progresivamente la temperatura para separar las distintas fracciones de menor a mayor punto de ebullición
  14. 15. Primero se separan los productos gaseosos (metano, etano, butano..) , a continuación los productos líquidos (gasolina, nafta, queroseno, etc..), quedando finalmente depositados los sólidos (alquitranes, betunes) los hidrocarburos así obtenidos aún no son aptos para el consumo, por lo que sufrirán todavía algunos tratamientos. Entre los principales usos del petróleo podríamos citar los gases licuados (calefacciones y calderas) , gasolinas ( automóviles) nafta y queroseno (industrias químicas y aviones), gasóleos ( vehículos diesel y calefacciones) , fuel (centrales térmicas)
  15. 16. Los principales riesgos asociados al petróleo son 1.- generados en el transporte por petroleros con formación de las conocidas como mareas negras 2.- Provocados por la combustión, que incrementan la polución y desprenden grandes cantidades de CO 2 a la atmósfera 3.- Gran dependencia de muchos países, incluida España, para su utilización en el transporte y su dificultad en sustituirlo por otros combustibles alternativos, lo que provoca desigualdades entre los distintos países
  16. 17. 3.2 GAS NATURAL Procede de la fermentación de la materia orgánica acumulada entre los sedimentos. Está compuesto por una mezcla de hidrógeno, metano, butano, propano y otros gases en proporciones variables. Si sólo está formado por metano recibe el nombre de gas seco , pero si posee cantidades superiores al 4,5% de otros gases más pesados recibe el nombre de gas húmedo.
  17. 18. Su extracción es muy sencilla, por lo que su explotación es muy económica. Su transporte se realiza principalmente mediante gaseoductos, que aunque requieren una fuerte inversión , son muy sencillos y de bajo riesgos Se utiliza directamente en los hogares ( calefacción ,cocinas..) , en las industrias y en las centrales térmicas empiezan a sustituir al carbón que aunque también emite CO2 ( un 65% menos) , no produce contaminantes sulfurados, ni NO y es más eficiente 3.3 PIZARRAS BITUMINOSAS Y ARENAS ASFÁLTICAS Son rocas que a veces contienen hidrocarburos en forma sólida o líquida. Para obtenerlos es necesario extraer las rocas en minas y luego calentarlas para separar los hidrocarburos por destilación. Estos recursos no son competitivos en la actualidad.
  18. 19. 4.- ENERGIA NUCLEAR Se obtiene cuando se convierte la masa en energía. Hay dos procedimientos: La fisión donde se rompen átomos de gran tamaño con desprendimiento de energía y la fusión que es la unión de pequeños átomos con desprendimiento de energía. Estos últimos todavía están en proceso de investigación. 4.1 ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN En la fisión nuclear se produce energía bombardeando con neutrones el núcleo de un isótopo de uranio para dividirlo produciendo isótopos más ligeros y nuevos neutrones. Si este proceso se realiza de forma controlada se produce una reacción en cadena que genera mucho calor.
  19. 20. En los reactores se utiliza agua , grafito o agua pesada para regular el número de fisiones producidas, controlando así la energía que se produce. El calor producido en los reactores es utilizado para evaporar agua y generar electricidad a través de una turbina de vapor. Existen diversos tipos de rectores que difieren en los sistemas de control y de refrigeración Uno de los factores que limita el uso de la energía nuclear es la disponibilidad del uranio ya que sólo se puede utilizar el isótopo U235 que representa sólo el 0,7% del uranio natural
  20. 21. La construcción de una central nuclear requiere unos estudios previos que garanticen su seguridad y analicen los posibles impactos en el medio ambiente La generación de electricidad en una central nuclear no produce contaminantes atmosféricos, auque sí mucho calor que debe disiparse hacia el medio ambiente, generalmente hacia los ríos o los mares afectando al microclima de la zona e incrementando a temperatura de los ríos Otro problema importante es la generación de residuos muy radiactivos que siguen siendo tóxicos durante miles de años. Es muy difícil encontrar un lugar seguro para estos residuos y su almacenamiento supone la transmisión del problema a generaciones futuras.
  21. 22. 4.2 ENERGIA NUCLEAR DE FUSION La energía nuclear de fusión consiste en unir dos núcleos atómicos ligeros para formar uno más pesado liberando energía. Para que esta reacción pueda ocurrir se necesitan altísimas temperaturas en las que la materia se encuentra en un cuarto estado de la materia llamado plasma No existe ningún material capaz de contener un plasma , por eso la única manera de almacenarlo es mediante fortísimos campos magnéticos
  22. 23. Los combustibles que se pueden utilizar son abundantes; el deuterio que forma parte del agua de mares y de océanos y el tritio que se podría producir a partir del litio. Todavía está en fase de investigación
  23. 24. 5.- ENERGIA HIDROELECTRICA Se basa en el movimiento de agua entre dos puntos situados a distinto nivel. Estas centrales necesitan embalses que retengan grandes cantidades de agua y aumenten el desnivel para facilitar el paso del agua por las turbinas que transforman la energía potencial en energía eléctrica Es de bajo coste y mínimo mantenimiento, no emite contaminación y regula el caudal de los ríos Inconvenientes: reduce la diversidad biológica, dificulta la migración de peces, disminuye el caudal de los ríos, modificación del nivel freático, y acelera la erosión
  24. 25. Las grandes presas inundan áreas extensas , sus costes de construcción son elevados y terminan rellenándose con el fango transportado por los ríos , ya que el agua circula bastante despacio en los embalses y deposita la carga de materiales que lleva en suspensión. Una alternativa es disponer varias minicentrales a lo largo del curso de los ríos Uno de los usos de la energía hidráulica es almacenar energía en forma de energía potencial; cuando hay un aumento de demanda se puede producir energía dejando pasar el agua de un embalse a otro.
  25. 26. 6.- ENERGIA EOLICA Muy utilizada en el pasado ( molinos de viento). Ventajas: La materia prima no se agota y es gratuita; no tiene efectos contaminantes, su construcción no es costosa , y su coste de manipulación y mantenimiento es bajo Actualmente utiliza aerogeneradores para su conversión en energía eléctrica mediante el acoplamiento de una dinamo
  26. 27. Inconvenientes: Peligrosa para las aves, contaminación acústica, , rendimiento escaso ( comparado con la térmica por ejemplo), alteraciones del paisaje, interferencias en las comunicaciones, es una fuente intermitente y deben incorporarse sistemas de acumulación de energía. España es uno de los países en los que la energía eólica está más extendida, las comunidades con mayor presencia : Navarra, Galicia, Andalucía, Aragón y Canarias
  27. 29. 7.-ENERGIA DE LOS OCÉANOS Hay 4 formas de utilizarla: -Mareas: Debido a la diferencia de altura entre la bajamar y la pleamar. Se basa en construir una presa que cierre la bahía y deje que la marea alta la atraviese. La energía cinética de la entrada y salida del agua se convierte ,mediante una turbina , en energía eléctrica
  28. 30. -Olas: Producen un movimiento hasta ahora sólo empleado para dar luz a pequeñas boyas -Corrientes oceánicas: Son difíciles de aprovechar al ser muy pocas las que están concentradas y son suficientemente veloces -Conversión térmica: Aprovechamiento de la diferencia de temperaturas entre las capas superficiales calientes y las profundas más frías de los océanos
  29. 31. <ul><li>8.- ENERGIA SOLAR </li></ul><ul><li>Varias formas de aprovecharla: </li></ul><ul><li>Sistemas solares térmicos de baja temperatura: Sistemas de conductos metálicos o de plástico que calientan el agua que circula por ellos. Se utiliza en las casas para calefacción </li></ul><ul><li>Sistemas solares térmicos de alta temperatura( centrales térmicas solares) : Concentración de los rayos solares mediante reflectores sobre un horno o generador de vapor. Sólo en zonas desérticas( Cielo muy despejado) </li></ul>
  30. 32. Los colectores que concentran la luz solar pueden ser de tres tipos: Un disco parabólico que enfoque la luz en un punto Conducto parabólico que enfoque la luz en una línea Conjunto de espejos que reflejan la luz en un punto Una vez concentrado el calor solar se utiliza para calentar un circuito cerrado de aceite que a su vez calienta una de agua , transformándola en vapor , que mueve una turbina y se genera electricidad
  31. 33. <ul><li>Sistemas fotovoltaicos: Convierten directamente la luz solar en electricidad y funcionan con luz solar directa o indirecta: Sólo produce energía durante el día ; por lo que hay que utilizar batería recargables. Las células solares son pequeñas superficies planas elaboradas con un material semiconductor (Si) </li></ul>Ventajas. No contamina, no provoca ruido, su mantenimiento es mínimo y no requieren agua Inconvenientes: La costosa fabricación de la células solares, impacto visual , variabilidad en su producción
  32. 34. <ul><li>Energía solar pasiva: Explotación de la energía solar gracias al diseño de edificios y el uso de ventanas aislantes ( arquitectura bioclimática) </li></ul>
  33. 35. 9.- Energía geotérmica : Se basa en la diferencia de temperatura entre el interior de la Tierra y la corteza terrestre Sólo es aprovechable en aquellas zonas en las que el flujo térmica es anormalmente alto como en los límites de placa y en los puntos calientes 9.- Energía geotérmica : Se basa en la diferencia de temperatura entre el interior de la Tierra y la corteza terrestre Sólo es aprovechable en aquellas zonas en las que el flujo térmica es anormalmente alto como en los límites de placa y en los puntos calientes En las zonas donde hay manantiales que proceden del interior de la Tierra, el agua caliente se puede explotar mediante perforaciones que la extraen hasta la superficie para generar calor par calefacciones, agua caliente, etc.. Es una energía no renovable
  34. 36. 10.- Energía de la biomasa Es proporcionada por una gran diversidad de productos entre los que se incluyen los forestales, desechos agrícolas, desechos animales y basura. Es barata limpia y requiere tecnologías poco complejas Es renovable siempre que replantemos tantos árboles y plantas como utilicemos y en principio posee un balance cero de emisiones de CO2 ya que emite la misma cantidad que absorbió durante la fotosíntesis El transporte es caro por lo que es necesario obtenerla en el mismo punto en el que se obtiene la biomasa
  35. 37. <ul><li>Las formas de utilizar la biomasa son </li></ul><ul><li>Biomasa energética: quema directa de leña o de basura urbana </li></ul><ul><li>Se utiliza fundamentalmente para calefacción y/o agua caliente utilizando todo tipo de residuos (forestales, hueso de aceitunas, cáscaras de almendras, pélets y briquetas) </li></ul><ul><li>También se emplea para obtener energía eléctrica en centrales térmicas de biomasa </li></ul>
  36. 38. <ul><li>Transformación en biocombustibles . Residuos orgánicos que pueden transformarse , mediante la acción de bacterias y otros procesos químicos en biofueles líquidos o gaseosos. Tenemos el biogas, etanol, metanol o bioaceites </li></ul><ul><li>biogas: combustible gaseosos formado por una mezcla de metano, CO 2 y otros gases (hidrógeno, nitrógeno y H 2 S) </li></ul>Se obtiene de fermentación anaerobia en un digestor de materia orgánica biodegradable que proviene de residuos ganaderos, lodos de depuradoras y fracción orgánica de basuras domésticas e industriales
  37. 39. b) bioetanol: se obtiene por fermentación alcohólica y posterior destilación y deshidratación de vegetales ricos en almidón (cereales y patatas) o en sacarosa (remolacha o la caña de azúcar) El resultado es un combustible similar a la gasolina que se emplea directamente en vehículos con motores especiales como en Brasil o en vehículos adaptados que lo mezclan con gasolina Otra mezcla posible es el E-diésel (bioetanol, diésel y un aditivo solvente) que se emplea en motores diésel En general emiten menos CO2 pero su rendimiento es menor en comparación con la gasolina
  38. 40. <ul><li>c) biodiesel: se obtiene a partir de aceites vegetales (colza, girasol, soja, palma…) que se someten a un proceso de esterificación metílica </li></ul><ul><li>El líquido resultante puede ser utilizado directamente en motores diésel preparados o sufrir un proceso de refinado y ser utilizados en cualquier motor diésel mezclados con otros combustibles fósiles </li></ul><ul><li>Ventajas: </li></ul><ul><li>-Menos CO2 , SOx y partículas en suspensión </li></ul><ul><li>Biodegradable </li></ul><ul><li>Menos inflamable que el gasóleo </li></ul>
  39. 41. <ul><li>Desventajas: </li></ul><ul><li>Aumento de la emisiones de NOx </li></ul><ul><li>Cambios que hay que realizar en automóviles </li></ul><ul><li>Disminución de la potencia y aumento del consumo </li></ul><ul><li>10.1 Los biocombustibles como alternativa a los combustibles fósiles </li></ul><ul><li>Aunque los biocombustibles se presentan como una alternativa a los combustibles derivados del petróleo reduciendo la dependencia de los países no productores tienen también unas claras desventajas: </li></ul>
  40. 42. <ul><li>-No son tan ecológicos: aunque reducen la emisión de CO2 en el cultivo se origina una serie de impactos ambientales( pesticidas, uso excesivo de agua, gasto de combustible en maquinaria), en el procesado y en el transporte se consume energía etc.. </li></ul><ul><li>_ la sustitución de cultivos de cereal alimentario por cultivos de biocombustible ha provocado un incremento de los precios de alimentos </li></ul><ul><li>Pérdida de la biodiversidad ya que se talan bosques, selvas para sustituirlo por cultivos de cereal para biocombustibles </li></ul>
  41. 43. Alternativas: Uso de biocombustibles de segunda generación que en vez de almidón y sacarosa utilizan celulosa procedente de la hierba, virutas de madera, restos de cultivos (paja) Uso de algas con un crecimiento un 30% superior al de vegetales , con mayor rendimiento y son un buen sumidero de CO2 atmosférico
  42. 44. <ul><li>11.-Energía del Hidrógeno </li></ul><ul><li>Se puede quemar para obtener energía desprendiéndose vapor de agua </li></ul><ul><li>Se puede obtener a partir del gas natural o de la biomasa pero en su formación se emite CO2 Lo ideal sería obtenerlo de la hidrólisis del agua pero todavía esta en fase de investigación. </li></ul><ul><li>También se puede utilizar directamente en forma de una pila de combustible </li></ul>
  43. 45. 12.- USO EFICIENTE DE LA ENERGIA Desde la crisis del petróleo de 1973 se ha planteado una nueva fuente de energía: el ahorro Uno de los mecanismos de ahorro es la cogeneración es decir la producción combinada de dos formas útiles de energía (electricidad y vapor de agua) a partir de una única fuente de combustible
  44. 46. <ul><li>Medidas especificas par el ahorro de la energía son: </li></ul><ul><li>Aumentar la eficiencia del sistema eléctrico con sistemas de ayuda para que los consumidores compren bombillas y aparatos eléctricos más eficientes </li></ul><ul><li>Valoración del coste real de la energía que consumimos (valoración del ciclo de vida de los aparatos eléctricos) </li></ul><ul><li>Valoración de los costes ocultos de la energía </li></ul>
  45. 47. Reducción del consumo en los diferentes sectores (transporte, industria y hogar) Medidas de ahorro personales: transporte público, mejora en los aislamientos, electrodomésticos más eficientes, lámparas de bajo consumo, aumentar el reciclado de vidrio y papel…

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