Fuentes de Energía: Un Panorama General

Energía Nuclear

La energía nuclear es aquella que se libera como consecuencia de las reacciones que se producen en algunos núcleos atómicos, denominadas “reacciones nucleares”.

Reacciones Nucleares

Reacción nuclear de fisión: Se emplea fundamentalmente para obtener electricidad y como medio de propulsión en submarinos. Con este método se obtiene alrededor del 20% de la energía eléctrica mundial.

Reacción nuclear de fusión: Se estima que genera el 90% de la energía de las estrellas. Está en fase experimental y aún no se ha conseguido energía comercial.

Tipos de Reacciones Nucleares

Fisión nuclear: Consiste en romper el núcleo de un átomo de uranio enriquecido al 3%, o de plutonio. Estos son los únicos isótopos fisionables e inestables.

Fusión nuclear: Consiste en la unión de dos núcleos de átomos ligeros para conseguir un núcleo nuevo más pesado y el desprendimiento de gran cantidad de energía.

Energía Nuclear y Medio Ambiente

Impacto medioambiental: Si una central de fisión funciona con normalidad, las emisiones radiactivas no superan las producidas de manera natural. Sin embargo, puede haber incidentes debido a:

• Escapes de agua radiactiva del circuito primario.
• Explosiones del reactor, motivadas por un exceso de temperatura al fundirse las paredes que lo recubren.

Tratamiento de los residuos: Los residuos de las centrales nucleares son aquellos materiales que están contaminados con radioisótopos. Se clasifican en tres tipos:

• Baja actividad
• Media actividad
• Alta actividad

Energía Hidráulica

La 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).

Desde la antigüedad, el ser humano aprendió a utilizar este tipo de energía, empleando diferentes ingenios (ruedas hidráulicas) que fueron evolucionando (turbinas) con el objetivo de obtener el máximo rendimiento posible.

• Ruedas hidráulicas de eje horizontal: rendimiento 20%.
• Turbina Fourneyron: rendimiento 80-85%.
• Turbina Pelton: rendimiento 90%.
• Turbina Kaplan: rendimiento 93-95%.

Componentes de un Centro Hidroeléctrico

Energía potencial -> energía cinética del agua -> energía cinética de rotación -> energía eléctrica

Embalse de agua -> tuberías -> turbina -> alternador

Tipos de Centrales Hidroeléctricas

Minicentrales: Su potencia es inferior a 10 MW y se ubican próximos a los ríos.

Grandes centrales o centrales hidroeléctricas: Su potencia es superior a los 10 MW y se sitúan en las cuencas de los ríos con caudales grandes. Se dividen en dos tipos:

• Bombeo puro: Disponen de dos embalses. En momentos de máxima demanda, funcionan como cualquier central. Cuando la demanda es baja, aprovechan la energía sobrante.
• Bombeo mixto: Pueden producir energía indistintamente con o sin bombeo previo.

Energía Solar

La energía solar es la energía proveniente del sol.

Conversión en Energía Térmica o Calorífica

Colectores o captadores planos: La conversión de energía solar en energía calorífica se basa en el hecho de que todo cuerpo expuesto al sol absorbe parte de los rayos solares que inciden sobre él.

Un colector solar es una caja, normalmente metálica, en cuyo interior se dispone una serie de tubos pintados de color negro, por los que circula agua. Existen tres tipos de colectores:

• Hasta temp. de 35ºC: Se usan para la climatización de piscinas, calefacción de invernaderos, secadores, etc.
• Hasta temp. de 60ºC: Se emplean para calentar agua caliente sanitaria, para la calefacción de viviendas, para usos industriales, etc.
• Hasta temp. de 120ºC: Se emplea para usos industriales en los que se necesite agua a alta temperatura.

Aprovechamiento Pasivo

• Invernaderos: Los plásticos permiten la entrada de radiaciones electromagnéticas del exterior, lo que resulta en un aumento de la temperatura.
• Desalinizadora de agua marina: Separa la sal del agua mediante el calor.
• Horno solar: Consiste en concentrar en una pequeña zona los rayos solares que inciden en una superficie muy grande en comparación con la zona anterior.

Conversión en Energía Eléctrica

• Campo de heliostatos
• Colectores cilíndrico-parabólicos: Concentran los rayos solares en una tubería que contiene un líquido (aceite). Con este sistema se pueden conseguir temperaturas de hasta 300ºC.
• Placas fotovoltaicas: Convierten la energía radiante (del sol) en energía eléctrica, sin dispositivos móviles interiores.

Energía Eólica

La energía eólica se obtiene por el aprovechamiento de la energía cinética del viento.

El viento se origina por:

• La cantidad de sol que incide sobre el aire, calentándolo, lo que produce que este se eleve y origine que otras masas de aire ocupen su lugar.
• La rotación de la tierra.
• Las condiciones atmosféricas de un lugar concreto.

Máquinas Eólicas

• Aeroturbinas de eje horizontal: Su funcionamiento necesita mantener su eje paralelo a la dirección del viento, a fin de que este incida sobre las palas y haga girar el eje. Dependiendo de la potencia, se clasifican como:
  • De potencias bajas o medias (hasta 50 kW): El número de aspas suele ser alto. Funcionan a pleno rendimiento cuando la velocidad del viento es de 5 m/s y arrancan cuando la velocidad es de tan solo 2 m/s.
  • De potencia alta (más de 50 KW): Suelen tener dos o tres palas de perfiles aerodinámicos, necesitan vientos de unos 5 m/s para arrancar. El rendimiento aumenta a medida que se incrementa la velocidad del viento. Rendimiento máximo = 15 m/s.
• Aeroturbinas de eje vertical: Su desarrollo tecnológico está menos avanzado que las de eje horizontal y su uso es bastante escaso, pero su futuro es prometedor, debido a que no necesitan dispositivos de orientación y ofrecen menos problemas de resistencia y vibraciones estructurales. Se amarran por cables.
  • Aeroturbina Darrieus: Está constituida por dos palas de perfil biconvexo unidas la una con la otra produciendo el giro del eje al que están unidas.
  • Aeroturbina Savonius: Se compone básicamente de dos semicilindros iguales. El viento, al actuar sobre la superficie del cilindro, produce el giro del eje.

Biomasa

La biomasa es el conjunto de materia orgánica renovable (no fósil), de procedencia vegetal, animal o resultante de una transformación natural o artificial. Tiene un rendimiento energético bajo y ocupa un gran volumen, por lo que es necesario transformarla en un combustible de mayor poder calorífico.

• Biomasa seca: Procesos termoquímicos: combustión, gasificación, pirólisis.
• Biomasa húmeda: Procesos bioquímicos: Fermentación alcohólica, digestión anaerobia.
• Extracción directa: Asistencia de ciertas especies vegetales que producen en su metabolismo hidrocarburos o compuestos muy hidrogenados con un elevado poder calorífico. Al combustible obtenido se le conoce como biocombustible.

Procesos Bioquímicos

Se transforma la biomasa en energía.

Procesos Termoquímicos

Consisten en someter la biomasa a temperaturas elevadas, de esta forma tienen lugar procesos químicos y reversibles generados por el calor.

• Fermentación alcohólica: Es el proceso de transformación de la glucosa en etanol. Cada kilo de glucosa aporta 510 gramos de etanol.
• Fermentación anaerobia: Consiste en una fermentación en ausencia de O2 y prolongada en el tiempo. El poder calorífico del biogás es de 4500 kcal/m³.

Energía Geotérmica

La energía geotérmica es la energía calorífica que procede del interior de la Tierra. Pueden encontrarse zonas en las que, por cada 100 m de profundidad, la temperatura se eleve entre 10ºC y 20ºC.

Tipos de Yacimientos

• Yacimientos hidrotérmicos: El propio fluido (agua) se encuentra en el interior de la Tierra, debido a las filtraciones del terreno motivadas por lluvias, deshielos y ríos (géiser).
• Yacimientos geopressurizados: Son iguales que los anteriores, pero en ellos el agua se suele encontrar a profundidades mucho mayores y está sometida a grandes presiones. Normalmente, el agua se halla en estado líquido, a pesar de encontrarse a unos 200ºC.
• Yacimientos de roca caliente: Están formados por rocas impermeables que tienen una temperatura que puede llegar hasta los 300ºC. En las rocas no existe ningún fluido. Para extraer el calor hay que hacer dos perforaciones e introducir agua fría por una de ellas y obtener agua caliente por la otra. Suelen hallarse a unos 500 m de profundidad.

Energía del Mar

• Mareomotriz: Las mareas tienen su origen en la atracción del Sol y de la Luna. Este fenómeno ejerce una gran influencia sobre las masas de agua y en algunos lugares provoca subidas de la marea de hasta 10 m.
• Undimotriz (de las olas): Proyectos en funcionamiento: Cilindro de Bristol, Pato de Salter.
• Técnicas de aprovechamiento: Empuje de la ola, altura de la ola y presión.

Residuos Sólidos Urbanos (RSU)

Son aquellos desperdicios y restos de naturaleza inerte, generados por la actividad doméstica en los núcleos de población y en zonas de influencia. Se aprovechan de dos formas:

• Incineración: Se queman los residuos combustibles, obteniendo calor que se puede utilizar para producir electricidad.
• Fermentación de residuos orgánicos: El objetivo es obtener biogás, que se empleará como combustible.

Impacto Medioambiental de las Diferentes Energías