Energía hidráulica
Se basa en
aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante
la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran
velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en
energía eléctrica por medio de los generadores.
Es un recurso natural . Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.
La hidroelectricidad tuvo mucha
importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó las industrias textil y
del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo
XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era
escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica
ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en
Europa y América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que
proporcionaron carbón a bajo precio.
Las presas y los canales eran
necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el
desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes presas de
contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano y
el otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas
hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.
La primera
central fue construida en 1880 en gran
Bretaña ,aunque a partir de la década de los 90 los países principales en
productoras eran Canadá y estados unidos.
Las centrales
hidroeléctricas
Su
funcionamiento consiste en aprovechar la energía cinética del agua accionando
las turbinas que es la
encargada de transformar la energía mecánica en energía eléctrica, por esto es
de vital importancia saber elegir la turbina adecuada para cada sistema
hidroeléctrico.
Hay varias
maneras de clasificarlas:
-Según su
dirección:----------àTurbinas axiales: el agua entra en el rodete en la
dirección del eje
----------àTurbinas
radiales: el agua entra en sentido radial y puede salir en
cualquier dirección
-Según su
manera de trabajar el agua: ----à Turbinas de chorro(Pelton)
----à Turbina sobrepresión
-Según la
dirección del eje:-------à Horizontales
-------à verticales
-Según el
cambio de presión en el rodete :-----àReacción:El fluido sufre un cambio
de
presión(Francis y Kaplan)
------àAcción:El fluido no da un cambio de presión
importante
En el
aprovechamiento de la energía hidráulica influyen dos factores: el caudal y la
altura del salto para aprovechar mejor el agua, se construyen presas para
regular el caudal en función de la época del año. La presa sirve también para
aumentar el salto.
Otra manera
de incrementar la altura del salto es derivando el agua por un canal de
pendiente pequeña, consiguiendo un desnivel mayor entre el canal y el cauce del
río.
El agua del
canal o de la presa penetra en la tubería donde se efectúa el salto. Su energía
potencial se convierte en energía cinética llegando a las salas de máquinas,
que albergan a las turbinas hidráulicas y a los generadores eléctricos. El agua
al llegar a la turbina la hace girar sobre su eje, que arrastra en su
movimiento al generador eléctrico.
Hay varios tipos de
centrales:
Centrales de agua embalsamada:
Se utiliza el agua de grandes lagos.El embalse
es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes.Se utiliza a traves de
conductos que la encauzan hacia las turbinas.
Centrales de
regulación:
Son
centrales con posibilidad de acopiar volúmenes de agua en el embalse que
representan períodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios
anuales .
Al poder
embalsar agua durante determinados espacios de tiempo noche , mes o años secos
presentan un gran servicio de situaciones de bajos caudales , regulándose estos
convenientemente para la producción.
Centrales de bombeo:
Centrales de bombeo puro: Son aquellas en las que el suministro viene dado por un embalse
inferior desde el cual se bombea el agua a un embalse superior.
Centrales de bombeo mixto: Son aquellas en las que el embalse superior cuenta con una
aportación natural de agua.
Este
tipo de centrales son cada vez más comunes, incluso las centrales de pie de
presa ya utilizan mecanismos de bombeo para volver a turbinar el agua. La
lógica de este método viene dada por el exceso de electricidad que
tenemos en determinados momentos del día, durante las llamadas horas v
Centrales de alta presión:
Son las centrales cuyo valor de salto hidráulico es
superior a 200 m (altura ) siendo relativamente los caudales pequeños los
caudales.
Están ubicadas en zonas de alta montaña donde
aprovechan el agua de torrentes que suelen desembocar en lagos naturales.
Centrales de media presión:
Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200
- 20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m3/s por
turbina.
En valles de media montaña, dependen de embalses.
Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.
Centrales de baja presión:
Son las que están asentadas en valles amplios de
baja montaña el salto hidráulico es inferior a 20 m de altura.
Impacto ambiental
Un dato de importancia es que la energía hidráulica representa en el
mundo entero, la cuarta
parte de la producción de electricidad, y su importancia sigue en aumento, en
la actualidad son muchos los países que generan la electricidad a partir de las
centrales hidráulicas y otros países han instalado centrales pequeñas con la
capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio.
Para hablar
del tema de la energía hidráulica y el impacto ambiental, diremos que las
represas que se construyen para su aprovechamiento repercuten en una medida la
vida de los peces que cuando es época de desove no pueden pasar por las muros
infranqueables y se corta la cadena de reproducción. Dentro de lo que es la energía hidráulica y el impacto ambiental, se
puede agregar que la construcción de las represas obliga a los habitantes del
lugar a desplazarse de las zonas anegadas de sus tierras cultivables a
otros lugares. De alguna manera el territorio se ve alterado, reduce la
biodiversidad, dificulta la emigración de los peces, como así también la
navegación fluvial y el transporte de elementos nutritivos aguas abajo.
Energía Solar
Es la que emite el sol en forma de radiaciones
electromagnéticas, produciendo energía térmica , y el resto es aprovechable
para realizar los ciclos naturales :evaporación, fotosíntesis …
Desde que surgió se le catalogó como la solución perfecta
para las necesidades energéticas de todos los países debido a su universalidad
y acceso gratuito ya que, como se ha mencionado anteriormente, proviene del
sol. Para los usuarios el gasto está en el proceso de instalación del equipo
solar (placa, termostato…). Este gasto, con el paso del tiempo, es cada vez
menor por lo que no nos resulta raro ver en la mayoría de las casas las placas
instaladas. Podemos decir que no contamina y que su captación es directa y de
fácil mantenimiento.
La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse
por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por
ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías
renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía
limpia o energía verde, si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos
pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.
La potencia de la radiación varía según el momento del día;
las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y
difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega
directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La
difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples
fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el
resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede
reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible
concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.
La energía solar puede ser captada de dos maneras:
La utilización de la energía solar
por el hombre ha sido permanente. Las radiaciones solares calientan el aire y
por el contacto con el cristal se produce una ganancia directa de energía .
Captación solar activa:
Este tipo de
aprovechamiento se utiliza fundamentalmente para producir calor y electricidad
, dependiendo de las temperaturas que sean alcanzadas mediante instalaciones y
dispositivos mecánicos.
Se pueden
clasificar en:
-Energía solar térmica de baja temperatura <90ºC
Partes:
-Almacenamiento: Un sistema aislado para no favorecer las pérdidas de calor, en el cual
se produce la acumulación del agua caliente para disponer de ella en cualquier
momento.
Distribución:Sistema para trasladar el agua a los
puntos del consumo.
Circuito primario:Compuesto por los colectores solares
y la bomba de impulsión.El calor ganado por el agua mediante los colectores es
cedido al intercambiador en el circuito secundario,el cual almacena el agua
caliente para su uso .
Intercambiador
Circuito secundario
-Energía solar térmica de media temperatura<200º
-Energía solar térmica de alta temperatura>200ºC
La única aplicación
de estos sistemas son las centrales termosolares para la generación de energía eléctrica
.
En las
centrales Termosolares un gran número de espejos llamados heliostatos ,dirige
las radiaciones a un receptor situado en el extremo de una torre donde se
calienta un fluido produciendo vapor. El vapor pasa por una turbina pasándola
energía mecánica ,más tarde se convierte en energía eléctrica .
Tipos de centrales
Centrales solares de torre
central
El tipo de planta
más común es la denominada central termoeléctrica de receptor central,
integrada por una vasta superficie cubierta de grandes espejos que reflejan la
radiación del Sol, concentrándola en un pequeño punto. Son los denominados
heliostatos. Provistos de mecanismos específicos conectados a un ordenador
centre estos espejos direccionales se van moviendo según dos ejes de giro, de
manera que en todo momento, se encuentran en la posición idónea para recibir la
máxima intensidad de la radiación solar y para concentrarla de modo eficaz en
el receptor central. Generalmente, el punto receptor se dispone sobre una
caldera situada de una torre de gran altura; en este caso se trata de centrales
solares de tipos central. En la caldera, la energía calorífica de la radiación
solar reflejada es absorbida por un fluido térmico, que va a parar a un
generador de vapor. Allí transfiere hasta un segundo fluido, que se encarga de
poner en movimiento los álabes grupo turbina-alternador, para generar energía
eléctrica. En una fase posterior, el fluido se condensa en un aerocondensador,
para la repetición del proceso.
Intercalados
en el circuito de calentamiento existen sistemas de almacenamiento térmico,
destinados a aumentar y estabilizar la producción de la central sola, que como
se ha indicado, depende estrechamente de las horas de insolación. El fluido
secundario transmite hasta el dispositivo de almacenamiento la energía
calorífica de llegar al grupo turbina-alternador.
Centrales solares con discos parabólicos
En este tipo
de instalaciones, las superficies reflectantes adoptan la forma geométrica de
un paraboloide de revolución. En el foco del paraboloide, donde se localiza el
receptor, se concentra la energía solar captada. El receptor opera como un
intercambiador de calor, a través del cual circula el fluido portador de calor.
El máximo aprovechamiento de la energía solar se logra gracias a que los discos
poseen un sistema de seguimiento de la trayectoria solar según dos ejes. Cada
uno de los discos parabólicos puede actuar como unidad independiente o bien
integrar un conjunto, originando, al operar de forma interconectada, un sistema
de mayor potencia.
Sistemas solares fotovoltaicos
a
transformación directa de energía solar en energía eléctrica se verifica a
través de instalación de paneles provistos de células fotovoltaicas Como
cualquier onda electromagnética la luz del Sol transporta energía en forma de
un flujo de fotones. Cuando los fotones inciden sobre un determinado tipo de
materiales, y siempre que existan las condiciones adecuadas, provocan una
corriente eléctrica. Es el denominado efecto fotovoltaico
Las células
fotovoltaicas (también llamadas simplemente células solares) son, por tanto,
pequeños elementos fabricados con materiales semiconductores cristalinos
-normalmente silicio—, que, cuando son golpeadas por la radiación solar,
transforman la energía luminosa en energía eléctrica, en virtud del mencionado
efecto fotovoltaico.
Las
instalaciones que aprovechan la energía solar a partir de células fotovoltaicas
han alcanzado menor difusión que las plantas basadas en sistemas de
aprovechamiento por vía térmica. Razones económicas explican, al menos en
parte, este diferente nivel de desarrollo entre una y otra modalidad.
Energía fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica es un tipo de
electricidad renovable obtenida directamente de los rayos del sol gracias a la
foto-detección cuántica de un determinado dispositivo; normalmente una lámina
metálica semiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de
metales sobre un sustrato llamada capa fina.
Estos están
formados por un cristal o lámina transparente superior y un cerramiento
inferior entre los que queda encapsulado el sustrato conversor y sus conexiones
eléctricas. La lámina inferior puede ser transparente, pero lo más frecuente es
un plástico al que se le suelen añadir unas láminas finas y transparentes que
se funden para crear un sellado antihumedad, aislante, transparente y robusto.
La corriente
eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se puede
transformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico llamado inversor
e inyectar en la red eléctrica, operación actualmente sujeta a subvenciones en
muchos lugares para una mayor viabilidad.
Paneles fotovoltaicos
Los paneles
fotovoltaicos usan la energía del sol para generar electricidad a través del
efecto foto-voltaico. La mayor parte del módulo usa células solares de silicón
o células solares de película delgada de telurio de cadmio. Se usa silicón por
ser un buen semi-conductor.
Para poder
usar células fotovoltaicas en aplicaciones prácticas se debe:
• Conectar una
con otra eléctricamente y con todas las demás.
• Protegerlas de daños mecánicos durante la fabricación, transporte, instalación y uso (en particular contra impactos de granizo, viento, lluvia y nieve).
• Protegerlas de la humedad, la cual corro el metal de contacto y las interconexiones, disminuyendo su eficiencia.
• Protegerlas de daños mecánicos durante la fabricación, transporte, instalación y uso (en particular contra impactos de granizo, viento, lluvia y nieve).
• Protegerlas de la humedad, la cual corro el metal de contacto y las interconexiones, disminuyendo su eficiencia.
La mayoría de
los paneles fotovoltaicos son rígidos, pero ya existen paneles flexibles
basados en las células solares delgadas.
Las conexiones
eléctricas son hechas en serie para alcanzar la salida de voltaje deseada, y en
paralelo para lograr la cantidad de corriente necesaria.
Una célula
solar caliente disminuye su eficiencia, por lo que es deseable mantener la
temperatura dentro del panel lo más baja posible. Muy pocos paneles solares
incluyen algún sistema de enfriamiento, sin embargo, los instaladores tratan de
proveer de buena ventilación a cada uno de los paneles que conforman el
sistema.
Impacto ambiental
Cuando se
aprovecha la energía solar no se genera contaminación directa por sustancias de
los colectores o de las células fotovoltaicas, pero los sistemas colectores
contienen a menudo sustancias para la transmisión térmica que pueden producir
contaminaciones si acceden al medio ambiente.
Los paneles pueden generar molestias óptico-estéticas, esto se resuelve a través de una integración a su ambiente; las reflexiones molestas disminuyen si se elimina el espejado u opacando los elementos.
Los paneles pueden generar molestias óptico-estéticas, esto se resuelve a través de una integración a su ambiente; las reflexiones molestas disminuyen si se elimina el espejado u opacando los elementos.
La sombra y la
modificación del albedo generados por las grandes instalaciones pueden, según
las condiciones locales, ejercer impactos tanto sobre el microclima (tasas de
evaporación, movimiento del viento, temperatura) como sobre la flora y fauna
Para las
celdas solares se utilizan en parte metales raros y tóxicos (cadmio, arsénico,
selenio, galio) que ya durante su procesamiento pueden conducir a problemas
aunque pequeños (contaminación de las aguas residuales y emisiones de aire
contaminado). En estos casos se trata de sustancias químicamente muy estables.
El riesgo ambiental se limita a las instalaciones donde se produce. Mediante el
control y medidas preventivas de seguridad, es posible minimizar el riesgo.
