Energía solar, espectro electromagnético y biomasa.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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).

6. 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.

7. 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.

8. 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%

9. 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

10. 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.

11. 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.

12. Colores percibidos en el espectro visible por el ojo humano:

13. 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.

15. 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.

16. 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.

17. ENERGÍA EMITIDA POR EL SOL:
CONSTANTE SOLAR

18. 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

19.  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.

21. La energía solar se caracteriza:
 Muy abundante
 Alta calidad
 Distribución heterogénea
 Variable
 Baja densidad

22. 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.

24. 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.

25. 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.

26.  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

27. 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)

28.  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.

29. Colector
Sistema de
distribución

30. 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.

31.  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.

33.  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.

34.  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.

35.  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.

36. Sistemas de receptor central
Sistemas de espejos parabólicos

37. 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

38. 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.

39. 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.

40.  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.

41. BIOMASA
PARA FINES
ENERGÉTICOS
BIOMASA
RESIDUAL
BIOMASA DE
CULTIVOS
ENERGÉTICOS
La biomasa, constituida por materia vegetal o animal puede ser convertida en
combustible.

42. 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.).

43. 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

44. 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.

45. 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.

46.  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.

47. DIGESTOR DE GRANJA
PROCESO DE COMBUSTIÓN

48.  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.

49.  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.