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Energías renovables (ensayo final)

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Benemérita Universidad Autónoma de Puebla


            Facultad de ingeniería



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Energías Renovables
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En la actualidad los graves problemas ambientales a los que nos enfrentamos
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Energías renovables (ensayo final)

  1. 1. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Facultad de ingeniería IME Energías Renovables DHTIC JUAN CARLOS CARMONA RENDÓN Miguel Angel Cortes Avendaño
  2. 2. Energías Renovables INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3 PROBLEMA DE LA ENERGÍA ................................................................................................................. 4 Energía renovable ........................................................................................................................... 4 Los beneficios de las energías renovables ...................................................................................... 5 TECNOLOGÍA EN LAS ENERGÍAS RENOVABLES.................................................................................... 8 Tecnologías del aprovechamiento de la energía solar .................................................................. 10 Mercado mundial de las energías renovables .................................................................................. 12 Estructura energética en el mundo y en México .............................................................................. 13 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 14 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 15 2
  3. 3. ENERGÍA RENOVABLE INTRODUCCIÓN En la actualidad los graves problemas ambientales a los que nos enfrentamos cotidianamente causados por el uso masivo de energías fósiles tales como el petróleo, gas natural carbón etc. Es por este motivo la preocupación de buscar nuevas alternativas de energía, confiables y limpias que no atenten en contra de nuestro bienestar. Afortunadamente la naturaleza nos ofrece una gran variedad de opciones que no podemos dejar pasar como la energía solar, eólica, biomasa, geotérmica y muchas otras. Desgraciadamente estos tipos de energías limpias no han sido desarrolladas adecuadamente debido a falta de apoyo gubernamental y al escaso conocimiento que se tienen de ellas. La producción de energía se ha vuelto un problema por los altos costos de producción y que la población va en aumento cada vez más rápido que en años anteriores, además de que estamos acabando con los recursos que nos brindan la energía es por eso que, necesitamos buscar/encontrar nuevas energías más baratas y que los recursos sean casi inagotables. El motivo de este trabajo es recopilar algunas de las energías renovables que podrían ser ocupadas en un futuro o ya en la actualidad. 3
  4. 4. PROBLEMA DE LA ENERGÍA La energía es una de las problemáticas que definirán el destino de México y el mundo en el siglo que comienza. Lo que hagamos o dejemos de hacer a partir de ahora determinará nuestra capacidad para satisfacer los requerimientos energéticos del país, en el futuro. Como se sabe las fuentes primarias de energía que dominan en el mundo son los hidrocarburos. Los países emergentes (China, India, Brasil, México…) y los países menos desarrollados necesitan para su desarrollo tener acceso pleno a las fuentes de energía modernas, entendidas estas como electricidad y carburantes. De ahí que la demanda energética mundial está en continuo aumento a un ritmo de crecimiento anual del 2%. A medida que crece la población y las economías, millones de personas en todo el mundo disfrutan de los beneficios de un estilo de vida que requiere cantidades de energía cada vez mayores. Según la AIE, en su escenario de referencia, la demanda mundial de petróleo evolucionará de 84 millones de barriles al día en 2005 a 116 millones de barriles diarios en 2030, es decir se incrementará un 38% más en ese periodo. Lo cual es un reto colosal en términos de inversiones, en particular en un contexto de declinación de las reservas y las plataformas de producción de petróleo. A partir de ese momento la producción disminuirá. Cualquiera que sea la fecha, para los expertos petroleros del mundo es claro que este recurso está declinando rápidamente en relación a la escala temporal humana. Energía renovable La energía es la fuerza vital de la humanidad; sin ella nuestra vida quedaría sin movimiento. Gracias a la energía podemos cubrir varias necesidades que como especie evolutiva se van acrecentando; tales como transportes, alimentos, combustibles, refrigeración y muchas otras más. Las energías venidas de nuestra propia naturaleza han demostrado sustentar las distintas economías a través del tiempo, pero existen energías no renovables que se están agotando por el abuso 4
  5. 5. que el hombre ejerce sobre ellas, por este motivo desde hace ya algunos años el propio hombre ha tenido la necesidad de buscar fuentes alternativas de energía. Existen fuentes de energía llamadas renovables o alternativas las cuales se caracterizan por que no ocupan recursos finitos, además de que causan menos impacto ambiental negativo en nuestro entorno. Entre estas energías podemos citar: a) Biomasa b) Termonuclear c) Eólica d) Geotérmica e) Energías oceánicas Los beneficios de las energías renovables Reducción de los costos y los riesgos económicos de la energía Muchas tecnologías de energías renovables, tales como los calentadores solares de agua o los sistemas de electrificación rural para comunidades aisladas, son las opciones más económicas para sus usuarios. Su uso les reporta, por tanto, importantes ahorros de manera directa. Otras tecnologías de energías renovables, tales como la generación de electricidad a partir de energía eólica, pueden ser aparentemente más costosas que las tecnologías convencionales cuando se evalúan de manera aislada. Sin embargo, al analizar el sistema energético en su conjunto, y al tomar en cuenta no sólo los costos de la energía sino también los riesgos relacionados con la variabilidad de dichos costos, se observa que las energías renovables, gracias a sus riesgos pequeños o nulos, permiten en realidad, en muchos casos, reducir los costos del sistema. Mayor acceso a servicios energéticos sustentables en áreas rurales 5
  6. 6. La provisión de energía es uno de los principales motores para el desarrollo rural, y las energías renovables son a menudo la mejor opción para proveer de servicios energéticos a comunidades rurales. En particular, la electrificación rural por energías renovables es, en muchos casos, una opción más rentable que las extensiones de la red eléctrica, para el 2.5% de las viviendas del país que no disponen de acceso a la energía eléctrica. Mitigación del cambio climático En México el sector energía contribuye con el 61% de las emisiones de gases de efecto invernadero, y el país ocupa el lugar número 13 a nivel mundial en cuanto a sus emisiones de estos gases. El aprovechamiento de las energías renovables, al desplazar el consumo de combustibles fósiles, constituye una de las principales estrategias de mitigación del cambio climático a nivel mundial. Debido a su alta vulnerabilidad ante el cambio climático, nuestro país tiene un interés particular para promover mecanismos globales de mitigación, y para pregonar con el ejemplo ante la comunidad internacional. El desarrollo de proyectos de energías renovables representa además para México una oportunidad importante de captar recursos internacionales de los mercados de bonos de carbono. Las energías renovables pueden contribuir a la protección de bosques y selvas El aprovechamiento de las energías renovables puede, en algunos casos, aumentar el valor económico que proporcionan las selvas y otras zonas ricas en biodiversidad, y puede por ende aumentar el interés de las poblaciones locales, dueños y poseedores del bosque por su conservación; al incrementar la generación de empleo local y la renta forestal. Esto sucede en particular para el caso de dos tecnologías: los sistemas hidroeléctricos y la bioenergía. Existen distintas experiencias positivas en el Mundo de cómo los sistemas energéticos pueden contribuir a la conservación de áreas relevantes por su valor ambiental. 6
  7. 7. 7
  8. 8. TECNOLOGÍA EN LAS ENERGÍAS RENOVABLES En este apartado se describirá de manera somera las características principales de las distintas tecnologías para el aprovechamiento de las energías renovables. Biomasa: La bioenergía en sus distintas formas se puede aprovechar en aplicaciones térmicas, para la generación de electricidad o para la producción de biocombustibles líquidos para transporte. La biomasa se utiliza además en varias aplicaciones industriales: la energía contenida en productos de biomasa o derivados de la biomasa tales como el bagazo de caña, el licor negro, el biogás y distintos residuos agrícolas y agroindustriales son utilizados en industrias por medio de calderas y otras tecnologías para la producción de calor y, en algunos casos, electricidad. Finalmente, la biomasa se utiliza para producir biocombustibles en varios países encabezados por Brasil, Estados Unidos y Alemania. Los principales biocombustibles son el bioetanol (alcohol etílico) y el biodiesel. Ambos se pueden mezclar en proporciones pequeñas (de menos del 10%) con gasolina y diesel, respectivamente, sin necesidad de hacer adaptaciones en los motores de vehículos modernos. El bioetanol se puede producir a partir de cultivos de azúcar (como la caña, la remolacha y el sorgo dulce), cultivos feculentos (como el maíz y la yuca) y materiales celulósicos. El biodiesel, por su parte, se elabora a partir de diferentes especies oleaginosas, tales como palma de aceite, piñón o colza. Energía Termonuclear. Esta energía es la combinación de energía térmica con energía nuclear, en ésta fusión se combinan átomos de hidrógeno para formar helio, produciendo abundante energía en una reacción no contaminante. Otro enfoque que están estudiando algunos científicos actualmente consiste en que puede compararse al quemar carbón en un horno. Estos experimentos podrían llegar a algo parecido a un motor de combustión, en el cual la potencia es generada por una serie de 8
  9. 9. explosiones. Este método es posiblemente más sencillo, ya que elimina la necesidad de confinar hidrógeno gaseoso caliente, pero diseñar una máquina que pueda detonar explosiones termonucleares controladas en rápida sucesión – y aguantarlas indemne- es un reto de ingeniería que no han abordado todavía. Así la energía termonuclear se convierte en una posibilidad de energía limpia que a la vez trae consigo evidencias científicas. Eólica: Las turbinas eólicas transforman la energía cinética del viento en energía mecánica, ya sea para mover directamente una máquina, tal como una bomba de agua o un molino de granos, o bien para impulsar un generador eléctrico. Las tecnologías de turbina más comunes en la industria son las de eje horizontal y las de eje vertical; las primeras resultan más eficientes para aplicaciones industriales como granjas eólicas ubicadas en zonas rurales con grandes disposiciones de terreno; sin embargo, para ambientes urbanos las turbinas de eje vertical están tomando importancia debido a que requieren una menor área de instalación, generan menos ruido y se pueden acoplar a otros usos como alumbrado público y anuncios publicitarios. Geotérmica: La geotermia o calor de la corteza terrestre se aprovecha por medio de la perforación de pozos donde se capta a través de tuberías el vapor sobrecalentado por las cámaras magmáticas para hacer girar una turbina e impulsar un generador eléctrico o bien para aplicaciones térmicas como calefacción de interiores, balnearios y procesos industriales o agroindustriales. Existen cinco tipos de recursos geotérmicos, y cada uno está asociado con tecnologías específicas para su aprovechamiento: (a) hidrotermales, (b) roca seca caliente, (c) geo presurizados, (d) marinos y (e) magmáticos. Los primeros son los que se explotan actualmente en México y en otros países, mientras que los otros cuatro se encuentran en proceso de investigación y desarrollo; en el caso específico de los recursos de roca seca caliente, ya existen tecnologías comerciales y se encuentran en crecimiento. Los recursos geotérmicos o hidrotermales se dividen a su vez en recursos de alta o de baja entalpía. Los primeros se pueden utilizar para la generación de electricidad por su alto contenido de energía calorífica, mientras que los segundos se utilizan normalmente sólo para aplicaciones térmicas. 9
  10. 10. Energías oceánicas: De manera esquemática las energías oceánicas se originan a partir del viento, los cambios de temperatura y densidad de las masas de agua en diferentes regiones de la Tierra y por las fuerzas de atracción gravitacional entre la Tierra, el Sol y la Luna, principalmente; por esta diversidad de formas en que encontramos las energías del mar, se han desarrollado tecnologías para aprovechar cada una de ellas, mismas que se clasifican de la siguiente manera: energía mareomotriz, undimotriz, de corrientes marinas y maremotérmicas. Tecnologías del aprovechamiento de la energía solar Los recursos energéticos renovables, como ya se comentó son afortunadamente muy abundantes en el planeta. Solo como un ejemplo de la abundancia de las fuentes de ER, baste decir que la energía solar recibida cada 10 días sobre la Tierra equivale a todas las reservas conocidas de petróleo, carbón y gas. ¿Cómo se aprovecha la energía solar? Empecemos diciendo que la energía solar es energía electromagnética emitida por nuestra estrella más cercana: el Sol, que al interaccionar con la materia dicha energía es transformada en otras formas de energía. Existen varios mecanismos naturales que transforman a la energía solar en alguna otra forma de energía útil para el ser humano. Entre esos mecanismos se encuentran los físicos, los químicos y los biológicos. Por razones de espacio, a continuación se presentarán sólo algunas de las tecnologías que aprovechan estos mecanismos para satisfacer necesidades energéticas humanas y que hoy en día son comerciales. Tecnologías fotovoltaicas De las tecnologías solares, la fotovoltaica es en la actualidad la que tiene el más rápido crecimiento. Esta tecnología está basada en las celdas solares. Como se sabe, la forma más común de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia del foto-voltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje 10
  11. 11. es capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo de modo de producir trabajo útil. Tecnologías de Calentadores Solares Agua Otra tecnología solar que está muy desarrollada y cuenta con una industria ampliamente establecida a nivel mundial y que también se encuentra en rápido crecimiento es la de los captadores solares para el calentamiento de agua para uso doméstico. Existen varios diseños de captadores solar: los planos, los de tubos evacuados, los de concentración solar. En todos ellos la energía solar es captada en una superficie absorbente que transfiere el calor a un fluido, típicamente agua. Potencia Eléctrica Termo solar Finalmente, presentaremos las tecnologías termo solares para la generación de electricidad. De todas las tecnologías solares, estas tienen un potencial de desarrollo muy elevado, de hecho en los últimos años han tenido un rápido crecimiento. Estas tecnologías están basadas en sistemas ópticos de concentración solar. Las plantas de potencia de concentración solar producen potencia eléctrica transformando la energía solar en energía térmica a alta temperatura. Esta energía térmica es transferida al bloque de potencia para producir electricidad. 11
  12. 12. Mercado mundial de las energías renovables Las tecnologías que aprovechas a las fuentes renovables de energía, en diversos estados de desarrollo, han estado presentes en la historia de los seres humanos desde siempre. Sin embargo, con el advenimiento de la revolución industrial, cuya pieza fundamental fue la máquina de vapor desarrollado por James Watt en 1774 y que requería para su funcionamiento un combustible de alta densidad energética como el carbón, las energías renovables empezaron a ser sustituidas por los hidrocarburos. En las últimas décadas y debido a las crisis petroleras, la investigación y desarrollo de las tecnologías que aprovechan a las Fuentes de Energía Renovables se ha intensificado al punto de generar tecnologías actualmente en estado comercial. Pero más aún, estos mercados han tenido en los últimos años un crecimiento realmente explosivo. Algunos puntos por que se han intensificado el desarrollo de energías renovables: El alza de los precios de los hidrocarburos que llegó a 139 USD en Junio del 2008 y que podrían llegar a los 150 dólares por barril o más en los años venideros. El mercado mundial de emisiones de CO2 que está en 13 USD la tonelada de CO2 y en el futuro podría llegar hacia los 40 ó 60 dólares la tonelada. Las políticas voluntarias de los varios estados (Unión Europea y sus miembros, Estados Unidos, China, India, Brasil) + iniciativas locales que crean incentivos especiales para usar tecnologías de FRE. El progreso acelerado que han tenido las tecnologías de energías renovables. La definición de metas de consumo de ER por 73 países/estados/provincias. 12
  13. 13. Estructura energética en el mundo y en México El total de consumo de energía que corresponde a los hidrocarburos es del 80.8%, indicando que son estos el motor del mundo industrializado. A las energías renovables les corresponde un 12.7%, sin embargo las renovables tradicionales, y aquí se habla principalmente de leña y de la gran hidráulica sumadas dan el 12.1%, dejando solo para las nuevas energías renovables el 0.6%. Estas últimas incluyen a la geotermia, al viento, a la solar y la oceánica. Las tecnologías actuales que aprovechan a las Fuentes de Energía Renovable pueden ser utilizadas masivamente. Sin embargo, su penetración en la mayoría de los países y en México en particular, no se ha dado debido a varios factores, entre ellos a dos: al precio/costo relativamente elevado de las tecnologías y a la ausencia, hasta hace poco, de políticas de estado que las promueva y las incentive. 13
  14. 14. CONCLUSIONES Por ultimo podemos concluir que las energías alternativas son indispensables para poder subsistir hoy en día y sin duda en un futuro no muy lejano, ya que como lo hemos visto los recursos para las energías fósiles se están agotando con mayor rapidez de lo que se tenía previsto y que la población está aumentando a un ritmo muy veloz y la energía es casi imposible hacerla llegar a todos, además de que con todos las energías conocidas la contaminación ha aumentado demasiado en los últimos años. Y es por lo cual se deben aplicar estas energías alternativas con urgencia, pero desgraciadamente entra una interrogante ¿Se cuenta con la tecnología y el capital suficiente para adoptar estas energías? Yo pienso que sí se cuenta con todo eso, pero desafortunadamente todo eso es ocupado en otras cosas de menos interés, entonces cuando todo esto sea tratado a fondo y examinar totalmente estas energías se podrá hacer un cambio realmente. 14
  15. 15. BIBLIOGRAFÍA 1. ESTRADA GASCA, Claudio A. " Las Energías Renovables: la energía solar y sus aplicaciones”. Revista Digital Universitaria [en línea]. 1 de octubre 2010, Vol. 11, No.10 [Consultada: 2 de octubre de 2010]. 2. http://perseo.cs.buap.mx/bellatrix/tesis/TES758.pdf 3. http://www.renovables.gob.mx/ 15

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