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Energías Renovables
1. Introducción

Las energías renovables son energías que se
obtiene de fuentes naturales inagotables, ya
sea por la inmensa cantidad de energía que
contienen, o porque son capaces de
regenerarse por medios naturales.

Las energías renovables pueden dividirse en
dos categorías:
 no contaminantes: hidráulica, solar, eólica,
geotérmica, maremotriz, de las olas
 contaminantes: biomasa, residuos sólidos urbanos.
2. Energía hidráulica

Es la energía del agua
cuando se mueve a
través de un cauce
(energía cinética) o
cuando se encuentra
embalsada a cierta altura
(energía potencial).
Cuando se deja caer el
agua, la energía potencial
se transforma en energía
cinética que puede mover
unas turbinas que a su vez
mueven un generador
eléctrico.
La transformación en una central
hidráulica

Embalse: es la acumulación de agua que se logra
obstruyendo el cauce de un rio.
Para retenerla se construye un muro grueso de
hormigón llamada presa.

Compuertas: es una placa móvil que al levantarse deja
pasar el agua cuando hay agua en exceso. El agua que
evacua no pasa por la sala de máquinas.

Tuberías: suele estar colocada a 1/3 de la altura de la
presa para que los fangos y lodos no sean arrastrados a
las turbinas.

Sala de máquinas: albergan las turbinas y el alternador.

Turbinas: es un motor rotativo que transforma la
energía cinética del agua en energía mecánica de
rotación.

Alternador-generador: va unido al eje de la turbina y
es una máquina eléctrica que transforma la energía
mecánica de rotación en energía

Transformadores: elevan la tensión de salida del
alternador hasta 400.000 V (alta tensión)

Líneas de transporte: llevan la corriente eléctrica
producida hasta los centros de consumo
Potencia y energía

La potencia, que está en función del desnivel de agua y del caudal,
además de las características de las turbinas y de los generadores
usados en la transformación.
 Pt = 1000 Q. g.h ( P = potencia teórica (W) = P.absorbida)
 Q = caudal de agua (m3
/s)
 g = aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2
 h = altura (m)

La energía está en función del volumen útil del embalse, y de la
potencia instalada.
 Eab = Pab.t ( E = energía teórica (KWh))
 P = potencia teórica (KW)
 t = tiempo (h)

Rendimiento: 80%
η=
Energía útil
Energía absorbida
η=
Potencia útil
Potencia absorbida
Tipos de centrales

Según potencia
 Minicentrales (potencia < 10 MW).

Centrales fluyentes

Centrales a píe de presas
 Centrales hidroeléctricas (>10 MW)

Suelen se de bombeo

Según el ciclo:
 Gravedad
 De bombeo.

Bombeo puro

Bombeo mixto
Central de gravedad
Impacto ambiental
 No producen emisiones de dióxido de carbono ni contaminantes del
aire
atmosférico.
 Los embalses de los sistemas a gran escala inundan extensas regiones,
destruyen hábitats de la vida silvestre, desplazan pobladores, disminuyen
la
fertilización natural de los terrenos agrícolas situados agua abajo de la presa.
Energía solar

La energía solar es
una energía
renovable, obtenida a
partir del
aprovechamiento de
la radiación
electromagnética
procedente del Sol.

Energía ó Cantidad de calor
 Et = Q = K .t .S

Q = cantidad de calor (Wh) = E.absorbida

K = coeficiente de radiación solar (W/m2
)

t = tiempo (h)

S = superficie (m2
)

El coeficiente de radiación solar puede valer desde 0 hasta 1000
W/m2
. Depende de la latitud, hora del día, estación del año y
situación atmosférica. La media aproximada en un día de verano es
de 950 W/m2
.
Pab = E/t =K S

Rendimiento : 20%
η=
Energía útil
Energía absorbida
η=
Potencia útil
Potencia absorbida
Aprovechamiento solar
Colectores
Colectores

Colectores o captadores planos: son cajas metálicas en cuyo
interior van una serie de tubos, pintados de color negro mate
(absorben la radiación) y por los que circula agua que será
calentada. En la parte superior llevan un cristal, que permite el
paso de los rayos y hace de aislante con el exterior. El interior
va aislado térmicamente mediante fibra de vidrio o poliuretano.
Es la utilizada en los tejados de las viviendas y edificios
comerciales, para calentar agua directamente con la radiación
solar, y utilizarla llaman de baja temperatura porque el agua no
alcanza más de los 80 grados centígrados.

Cuando el colector va aislado en su interior mediante el vacio,
se consiguen temperaturas de hasta 120ºC. Se emplea para
usos industriales, en los que se necesita agua a alta
temperatura.
INVERNADEROS
CONSTRUCCIÓN
BIOCLIMATICA
HORNO SOLAR

Un horno solar es una estructura que concentra
la energía solar sobre un punto focal.
Para usos industriales. La temperatura en el punto focal puede
alcanzar los 3.500 °C, y este calor puede ser usado para generar
electricidad, fundir acero, fabricar combustible de hidrógeno o
nanomateriales.
Helióstatos

La captación y concentración de los rayos solares se hacen por
medio de helióstatos, que son espejos con orientación
automática que apuntan a una torre central donde se calienta
el fluido en una caldera. El fluido es un aceite térmico
(preparado para altas temperaturas).

Este aceite caliente, va a un intercambiador de calor donde
pasa sus calorías al agua, este agua se evapora, formando
vapor de agua caliente, que mueve una turbina-alternador de
vapor que genera electricidad. El fluido es condensado en un
aerocondensador para repetir el ciclo.
Colectores cilindro-parabólicos

La captación y concentración de los rayos solares se
hacen por medio de espejos de forma parabólica
que concentran los rayos solares en una tubería que
lleva un aceite térmico. El fluido transmite el calor
desde los colectores hasta un intercambiador de
calor donde pasa sus calorías al agua, este agua se
evapora, formando vapor de agua caliente, que
mueve una turbina-alternador de vapor que genera
electricidad
Placas solares
La energía solar fotovoltaica es la energía obtenida por la
radiación electromagnética del sol al convertirse la luz en energía
eléctrica de corriente continua.
Las células fotovoltaicas son dispositivos formados por metales
sensibles a la luz (diodos semiconductores) que desprenden
electrones cuando los fotones inciden sobre ellos. Cada célula es
capaz de generar una corriente de 2 a 4 Amperios, a un voltaje
de 0,46 a 0,48 Voltios. Hay que tener en cuenta que una sola
célula produce poca electricidad, por lo que en cada módulo
fotovoltaico se montan varias células en serie, y luego a
mayor escala, estos módulos se agrupan de cara a formar un
generador fotovoltaico, con el que se consigue una potencia y
corriente suficiente para suministrar energía a las demandas que
se requieran.
IMPACTO AMBIENTAL
No producen emisiones de dióxido de carbono
ni contaminantes del aire atmosférico.

Impacto visual cuando se trata de grandes
instalaciones, pudiendo además afectar al
ecosistema.
Energia calorifica. Potencia .
Rendimiento
Para calcular las dimensiones necesarias de un colector solar, si queremos obtener una potencia
determinada,necesitamos saber, entre otras cosas, la cantidad de calor que se recibe en el punto de la tierra en
el que queremos realizar la instalación.
Así, ese calor, Q, se puede obtener a partir de la expresión:
Q = K · S · t
Q= cantidad de calor (calorías) K = constante solar (cal/min · cm2
)
S = Superficie sobre la que incide la radiación (cm2
) t = Tiempo durante el cual está recibiendo radiación
Otra expresión útil para calcular la cantidad de calor, es en función de la masa de material que
almacena ese calor
Q = Ce m ΔT
Q= cantidad de calor (kcalorías) m = masa (kg) ΔT = variación de temperatura (ºC)
Ce = calor específico Kcal/KgºC (en el caso del agua toma el valor 1 Kcal/KgºC)
η = E salida / E entrada o, en función de la potencia: η = P salida / P entrad
Energía eólica
La energía eólica procede de la
energía del sol (energía solar), ya
que son los cambios de presiones
y de temperaturas en la atmósfera
los que hacen que el aire se ponga
en movimiento, provocando el
viento, que los aerogeneradores
aprovechan para producir energía
eléctrica a través del movimiento
de sus palas (energía cinética).
Para poder utilizar la energía del
viento, es necesario que este
alcance una velocidad mínima que
depende del aerogenerador que se
vaya a utilizar pero que suele
empezar entre los 3 m/s (10km/h)
y los 4 m/s (14,4km/h), y que no
supere los 25 m/s (90km/h)
El aerogenerador
Los aerogeneradores están formados
por:

Palas (suelen ser tres), rotor, tren
multiplicador de velocidad ,
generador eléctrico y
controlador electrónico (permite
el control de la correcta
orientación de las palas del
rotor )

El eje del rotor gira a velocidades
de entre 22 y 64 r.p.m., según el
modelo de aerogenerador y las
condiciones de viento. Sin
embargo un motor estándar de
generación eléctrica necesita
velocidades de giro de entorno a
las 1500 r.p.m., por lo que es
necesario un multiplicador.
Tipos de aerogeneradores

Aeroturbinas de eje vertical:
Sus principales ventajas son que
no necesita un sistema de
orientación y que el generador
y tren multiplicador, son
instalados a ras de suelo, lo
que facilita su mantenimiento y
disminuyen sus costes de
montaje. Sus desventajas
frente a otro tipo de
aerogeneradores son sus
menores eficiencias. Las palas
de este aerogenerador están
girando en un plano paralelo al
suelo.
Aeroturbinas de eje horizontal
Tienen una mayor eficiencia
energética y alcanzan mayores
velocidades de rotación por lo
que necesitan un tren de
engranajes con menor
relación de multiplicación de
giro. Las palas de este
aerogenerador están girando
en un plano perpendicular al
suelo.

De potencia media o baja P<
50 KW

De potencia alta P> 50 KW
Potencia y rendimiento
Impacto ambiental
BIOMASA

El término biomasa se refiere a toda la
materia orgánica que proviene de árboles,
plantas y desechos de animales que pueden
ser convertidos en energía.

Por su naturaleza, la biomasa tiene una
baja densidad relativa de energía; es decir,
se necesitan grandes volúmenes para
producir potencia, en comparación con los
combustibles fósiles,Por eso, es necesario
transformarla en un combustible de mayor
poder calorífico.
Obtención de energía a partir de la
biomasa

Métodos térmicos:
 Combustión directa: al quemar biomasa en presencia de oxigeno se
desprende calor , se puede usar como sustituto de combustibles fósiles
tanto en viviendas como en centrales térmicas
 Pirólisis: Consiste en descompone la biomasa a altas temperaturas en
ausencia de oxigeno para obtener gases que se utilizan en la síntesis
de biogasolina.

Métodos bioquímicos:
 Fermentación alcohólica: se obtiene etanol que se utiliza como
combustible de vehículos.
 Fermentación anaerobia: tiene lugar en ausencia de oxígeno y
mediante la acción de determinadas bacterias. Se obtiene un
biogás (metano y CO2
).
 Fotoproducción de combustibles: Ciertos microorganismos
descomponen la biomasa para obtener Hidrógeno , que se utiliza paa
obtener energía eléctrica.
Energía geotérmica
Es la energía calorífica del interior de la Tierra.
El núcleo de la Tierra tiene temperaturas que pueden llegar a los
4000ºCA medida que se profundiza la temperatura se eleva 3ºC
cada 100 m.
Dependiendo de donde se encuentre el agua, tenemos:
Yacimientos hidrotérmicos (agua en interior de la tierra
debido a filtraciones. Puede estar entre 40 y 200 ºC).
Yacimientos geopresurizados (Idem. Pero a profundidades y
presiones mayores).
Yacimientos de roca caliente. No contienen agua. Son rocas
impermeables a temperaturas de hasta 300ºC. Se inyecta agua
fría
De los mares

Mareomotriz: Las mareas tienen su origen en la atracción Sol-Luna.
En algunos lugares la diferencia entre pleamar-bajamar alcanza los
10 m.
 La Rance (Francia). Única central con uso
comercial para la producción de electricidad.

De las olas (undimotriz)
Aplicaciones: producción eléctrica
Residuos sólidos urbanos (RSU)
Se trata de los desperdicios y restos (sólidos) generados por la actividad
domestica en las áreas urbanas.

De los RSU se puede obtener energía mediante:
 Incineración
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como combustible.
Aplicación: producción eléctrica en ambos casos
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  • 2. 1. Introducción  Las energías renovables son energías que se obtiene de fuentes naturales inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales.  Las energías renovables pueden dividirse en dos categorías:  no contaminantes: hidráulica, solar, eólica, geotérmica, maremotriz, de las olas  contaminantes: biomasa, residuos sólidos urbanos.
  • 3. 2. Energía hidráulica  Es la energía del agua cuando se mueve a través de un cauce (energía cinética) o cuando se encuentra embalsada a cierta altura (energía potencial). Cuando se deja caer el agua, la energía potencial se transforma en energía cinética que puede mover unas turbinas que a su vez mueven un generador eléctrico.
  • 4. La transformación en una central hidráulica  Embalse: es la acumulación de agua que se logra obstruyendo el cauce de un rio. Para retenerla se construye un muro grueso de hormigón llamada presa.  Compuertas: es una placa móvil que al levantarse deja pasar el agua cuando hay agua en exceso. El agua que evacua no pasa por la sala de máquinas.  Tuberías: suele estar colocada a 1/3 de la altura de la presa para que los fangos y lodos no sean arrastrados a las turbinas.  Sala de máquinas: albergan las turbinas y el alternador.  Turbinas: es un motor rotativo que transforma la energía cinética del agua en energía mecánica de rotación.  Alternador-generador: va unido al eje de la turbina y es una máquina eléctrica que transforma la energía mecánica de rotación en energía  Transformadores: elevan la tensión de salida del alternador hasta 400.000 V (alta tensión)  Líneas de transporte: llevan la corriente eléctrica producida hasta los centros de consumo
  • 5.
  • 6. Potencia y energía  La potencia, que está en función del desnivel de agua y del caudal, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación.  Pt = 1000 Q. g.h ( P = potencia teórica (W) = P.absorbida)  Q = caudal de agua (m3 /s)  g = aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2  h = altura (m)  La energía está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.  Eab = Pab.t ( E = energía teórica (KWh))  P = potencia teórica (KW)  t = tiempo (h)  Rendimiento: 80% η= Energía útil Energía absorbida η= Potencia útil Potencia absorbida
  • 7. Tipos de centrales  Según potencia  Minicentrales (potencia < 10 MW).  Centrales fluyentes  Centrales a píe de presas  Centrales hidroeléctricas (>10 MW)  Suelen se de bombeo  Según el ciclo:  Gravedad  De bombeo.  Bombeo puro  Bombeo mixto Central de gravedad
  • 8. Impacto ambiental  No producen emisiones de dióxido de carbono ni contaminantes del aire atmosférico.  Los embalses de los sistemas a gran escala inundan extensas regiones, destruyen hábitats de la vida silvestre, desplazan pobladores, disminuyen la fertilización natural de los terrenos agrícolas situados agua abajo de la presa.
  • 9.
  • 10. Energía solar  La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.
  • 11.  Energía ó Cantidad de calor  Et = Q = K .t .S  Q = cantidad de calor (Wh) = E.absorbida  K = coeficiente de radiación solar (W/m2 )  t = tiempo (h)  S = superficie (m2 )  El coeficiente de radiación solar puede valer desde 0 hasta 1000 W/m2 . Depende de la latitud, hora del día, estación del año y situación atmosférica. La media aproximada en un día de verano es de 950 W/m2 . Pab = E/t =K S  Rendimiento : 20% η= Energía útil Energía absorbida η= Potencia útil Potencia absorbida
  • 14. Colectores  Colectores o captadores planos: son cajas metálicas en cuyo interior van una serie de tubos, pintados de color negro mate (absorben la radiación) y por los que circula agua que será calentada. En la parte superior llevan un cristal, que permite el paso de los rayos y hace de aislante con el exterior. El interior va aislado térmicamente mediante fibra de vidrio o poliuretano. Es la utilizada en los tejados de las viviendas y edificios comerciales, para calentar agua directamente con la radiación solar, y utilizarla llaman de baja temperatura porque el agua no alcanza más de los 80 grados centígrados.  Cuando el colector va aislado en su interior mediante el vacio, se consiguen temperaturas de hasta 120ºC. Se emplea para usos industriales, en los que se necesita agua a alta temperatura.
  • 16. HORNO SOLAR  Un horno solar es una estructura que concentra la energía solar sobre un punto focal. Para usos industriales. La temperatura en el punto focal puede alcanzar los 3.500 °C, y este calor puede ser usado para generar electricidad, fundir acero, fabricar combustible de hidrógeno o nanomateriales.
  • 17. Helióstatos  La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de helióstatos, que son espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido en una caldera. El fluido es un aceite térmico (preparado para altas temperaturas).  Este aceite caliente, va a un intercambiador de calor donde pasa sus calorías al agua, este agua se evapora, formando vapor de agua caliente, que mueve una turbina-alternador de vapor que genera electricidad. El fluido es condensado en un aerocondensador para repetir el ciclo.
  • 18. Colectores cilindro-parabólicos  La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos de forma parabólica que concentran los rayos solares en una tubería que lleva un aceite térmico. El fluido transmite el calor desde los colectores hasta un intercambiador de calor donde pasa sus calorías al agua, este agua se evapora, formando vapor de agua caliente, que mueve una turbina-alternador de vapor que genera electricidad
  • 19. Placas solares La energía solar fotovoltaica es la energía obtenida por la radiación electromagnética del sol al convertirse la luz en energía eléctrica de corriente continua. Las células fotovoltaicas son dispositivos formados por metales sensibles a la luz (diodos semiconductores) que desprenden electrones cuando los fotones inciden sobre ellos. Cada célula es capaz de generar una corriente de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 Voltios. Hay que tener en cuenta que una sola célula produce poca electricidad, por lo que en cada módulo fotovoltaico se montan varias células en serie, y luego a mayor escala, estos módulos se agrupan de cara a formar un generador fotovoltaico, con el que se consigue una potencia y corriente suficiente para suministrar energía a las demandas que se requieran.
  • 20.
  • 21. IMPACTO AMBIENTAL No producen emisiones de dióxido de carbono ni contaminantes del aire atmosférico.  Impacto visual cuando se trata de grandes instalaciones, pudiendo además afectar al ecosistema.
  • 22.
  • 23. Energia calorifica. Potencia . Rendimiento Para calcular las dimensiones necesarias de un colector solar, si queremos obtener una potencia determinada,necesitamos saber, entre otras cosas, la cantidad de calor que se recibe en el punto de la tierra en el que queremos realizar la instalación. Así, ese calor, Q, se puede obtener a partir de la expresión: Q = K · S · t Q= cantidad de calor (calorías) K = constante solar (cal/min · cm2 ) S = Superficie sobre la que incide la radiación (cm2 ) t = Tiempo durante el cual está recibiendo radiación Otra expresión útil para calcular la cantidad de calor, es en función de la masa de material que almacena ese calor Q = Ce m ΔT Q= cantidad de calor (kcalorías) m = masa (kg) ΔT = variación de temperatura (ºC) Ce = calor específico Kcal/KgºC (en el caso del agua toma el valor 1 Kcal/KgºC) η = E salida / E entrada o, en función de la potencia: η = P salida / P entrad
  • 24. Energía eólica La energía eólica procede de la energía del sol (energía solar), ya que son los cambios de presiones y de temperaturas en la atmósfera los que hacen que el aire se ponga en movimiento, provocando el viento, que los aerogeneradores aprovechan para producir energía eléctrica a través del movimiento de sus palas (energía cinética). Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10km/h) y los 4 m/s (14,4km/h), y que no supere los 25 m/s (90km/h)
  • 25. El aerogenerador Los aerogeneradores están formados por:  Palas (suelen ser tres), rotor, tren multiplicador de velocidad , generador eléctrico y controlador electrónico (permite el control de la correcta orientación de las palas del rotor )  El eje del rotor gira a velocidades de entre 22 y 64 r.p.m., según el modelo de aerogenerador y las condiciones de viento. Sin embargo un motor estándar de generación eléctrica necesita velocidades de giro de entorno a las 1500 r.p.m., por lo que es necesario un multiplicador.
  • 26. Tipos de aerogeneradores  Aeroturbinas de eje vertical: Sus principales ventajas son que no necesita un sistema de orientación y que el generador y tren multiplicador, son instalados a ras de suelo, lo que facilita su mantenimiento y disminuyen sus costes de montaje. Sus desventajas frente a otro tipo de aerogeneradores son sus menores eficiencias. Las palas de este aerogenerador están girando en un plano paralelo al suelo.
  • 27. Aeroturbinas de eje horizontal Tienen una mayor eficiencia energética y alcanzan mayores velocidades de rotación por lo que necesitan un tren de engranajes con menor relación de multiplicación de giro. Las palas de este aerogenerador están girando en un plano perpendicular al suelo.  De potencia media o baja P< 50 KW  De potencia alta P> 50 KW
  • 30.
  • 31. BIOMASA  El término biomasa se refiere a toda la materia orgánica que proviene de árboles, plantas y desechos de animales que pueden ser convertidos en energía.  Por su naturaleza, la biomasa tiene una baja densidad relativa de energía; es decir, se necesitan grandes volúmenes para producir potencia, en comparación con los combustibles fósiles,Por eso, es necesario transformarla en un combustible de mayor poder calorífico.
  • 32. Obtención de energía a partir de la biomasa  Métodos térmicos:  Combustión directa: al quemar biomasa en presencia de oxigeno se desprende calor , se puede usar como sustituto de combustibles fósiles tanto en viviendas como en centrales térmicas  Pirólisis: Consiste en descompone la biomasa a altas temperaturas en ausencia de oxigeno para obtener gases que se utilizan en la síntesis de biogasolina.  Métodos bioquímicos:  Fermentación alcohólica: se obtiene etanol que se utiliza como combustible de vehículos.  Fermentación anaerobia: tiene lugar en ausencia de oxígeno y mediante la acción de determinadas bacterias. Se obtiene un biogás (metano y CO2 ).  Fotoproducción de combustibles: Ciertos microorganismos descomponen la biomasa para obtener Hidrógeno , que se utiliza paa obtener energía eléctrica.
  • 33. Energía geotérmica Es la energía calorífica del interior de la Tierra. El núcleo de la Tierra tiene temperaturas que pueden llegar a los 4000ºCA medida que se profundiza la temperatura se eleva 3ºC cada 100 m. Dependiendo de donde se encuentre el agua, tenemos: Yacimientos hidrotérmicos (agua en interior de la tierra debido a filtraciones. Puede estar entre 40 y 200 ºC). Yacimientos geopresurizados (Idem. Pero a profundidades y presiones mayores). Yacimientos de roca caliente. No contienen agua. Son rocas impermeables a temperaturas de hasta 300ºC. Se inyecta agua fría
  • 34.
  • 35. De los mares  Mareomotriz: Las mareas tienen su origen en la atracción Sol-Luna. En algunos lugares la diferencia entre pleamar-bajamar alcanza los 10 m.  La Rance (Francia). Única central con uso comercial para la producción de electricidad.  De las olas (undimotriz) Aplicaciones: producción eléctrica
  • 36. Residuos sólidos urbanos (RSU) Se trata de los desperdicios y restos (sólidos) generados por la actividad domestica en las áreas urbanas.  De los RSU se puede obtener energía mediante:  Incineración  Fermentación de residuos orgánicos Resultado es biogas empleado como combustible. Aplicación: producción eléctrica en ambos casos Central de Valdemingomez