Las
mareas son una fluctuación del nivel de las aguas de los océanos producidas por
la atracción gravitatoria de la Luna, el Sol, y la rotación de la Tierra. Cerca
de la costa, los niveles del agua pueden variar hasta 15 metros entre Pleamar
(nivel mas alto) y Bajamar (nivel mas bajo). La energía mareomotriz es aquella
que se obtiene a partir del aprovechamiento de los movimientos de las masas de
aguas costeras ocasionadas por las mareas. Una de las principales ventajas
de la energía mareomotriz es que se presenta de modo mas constante y
predecible que la energía eólica y la energía solar.
Solo es necesario asegurar que la
costa tenga una “carrera” (amplitud de marea) no menor a 4 metros para asegurar
una buena y económica producción de energía eléctrica.
La infraestructura necesaria para generar electricidad a partir de las mareas comúnmente involucra la construcción de una presa o barrera mediante la cual se puede obligar al agua en ascenso o descenso a circular por conductos especialmente diseñados para mover turbinas hidráulicas similares a las de las presas hidroeléctricas.
Una de las ventajas de este tipo de sistema es que funciona de forma
bi-direccional, es decir, se puede producir electricidad tanto con la entrada
de agua en ciclo de ingreso de agua (flujo) como en ciclo de egreso (reflujo).
Central mareomotriz
tipo barrera.
Existe actualmente otro sistema
de aprovechamiento de mareas que no necesita encausar y contener grandes masas
de agua detrás de barreras o diques. El sistema es similar a los molinos
eólicos pero en este caso dimensionados para girar sumergidos en agua. Las
turbinas se emplazan en el fondo del mar o ligeramente sumergidos y tienden a
girar con el paso de las corrientes marinas generadas por las mareas.
Un dato a tener en cuenta cuando se analiza este tipo de sistemas de generación que involucran agua es que si se los compara con aquellos que funcionan cosechando la energía que transporta el aire en movimiento, el agua como fluido es 800 veces mas densa y por consiguiente transporta mucha mas energía. Esto implica que las construcciones y mecanismos deben ser mas robustos para soportar esfuerzos, pero se compensa ampliamente con la energía obtenida tras su paso.
Turbinas de Energía
Mareomotriz sumergibles.
En la actualidad existen solo dos
centrales mareomotrices de escala comercial en el mundo. La primera se
encuentra en La Rance, Francia, lugar elegido especialmente por tener una
amplitud de mareas de mas de 13 metros. La usina ha estado en funcionamiento
durante treinta años sin un accidente grave o una avería. La planta genera 240
MW de potencia con 24 turbina de 10 MW cada una, y un diámetro de 5,35 metros.
Durante la pleamar, la barrera (presa) capta las aguas del Atlántico en la bahía, y con la bajamar, el agua regresa al mar. Durante este flujo de regreso al océano, el agua pasa a través de las 24 turbinas, conectadas a los generadores, produciendo energía eléctrica. La cantidad de electricidad generada por esta planta mareomotriz podría abastecer a una ciudad de alrededor de 300.000 personas. En 1997, la planta fue modernizada mediante la instalación de turbinas bi-direccionales, razón por la cual la capacidad de generación se vio incrementada permitiendo aprovechar también el ingreso de agua hacia la bahía.
En el mapa satelital se puede apreciar claramente el tamaño de la barrera construida para capturar y forzar al agua a circular a través de las turbinas.
La otra central en actividad es
la Estación Mareomotríz de Annapolis, en la region de Nueva Escocia,
Canadá. Esta planta es la única en funcionamiento en el continente
americano. Entró en funcionamiento en 1984 y tiene una capacidad de 20 MW y una
producción diaria de aproximadamente 80-100 MWh, dependiendo de las mareas.
¿Qué es la energía geotérmica?
Se
denomina energía geotérmica a la energía almacenada en forma de calor por
debajo de la tierra. Esta definición incluye el calor que se encuentra en las
rocas, suelos y aguas termales, cualquiera sea su temperatura, profundidad o
procedencia. En la actualidad, está considerada como una fuente de energía
renovable abundante y de explotación viable. Por su temperatura o “entalpía”
(magnitud termodinámica simbolizada con la letra H mayúscula) se presentan de
la siguiente manera:
La energía calórica contenida
bajo la tierra es enorme. Por ejemplo, los volcanes son pequeños orificios por
donde el magma encuentra salida a la superficie; el calor del interior de la
tierra derrite con facilidad la piedra y forma la lava que se derrama por las
laderas de estos volcanes.
En algunas zonas del planeta
podemos encontrar -con relativa facilidad y dependiendo de la topografía- que
este calor afecta a grandes volúmenes del suelo o napas de agua. En algunos
casos el agua entra en ebullición y encuentra escape a la superficie como
grandes chorros de vapor. En otros casos el calor está almacenado en la tierra
y las piedras y para extraerlo se inyectan toneladas de agua que se evaporan y
vuelven a la superficie con gran energía.
Planta geotérmica de
generación eléctrica.
Hasta el momento se han
desarrollado diferentes tecnologías para aprovechar el calor extraído de la
tierra y, en el futuro inmediato, se proyectan varias más. Por ejemplo, en el
caso de las zonas con media y alta entalpía, existe la posibilidad de instalar
plantas de generación de energía eléctrica a partir de turbinas de vapor. Para
las zonas donde el agua ya sale evaporada (o de alta entalpía) se utilizan los
sistemas de ciclo directo con expansión súbita de una o dos etapas.
Para las zonas donde el agua sale
caliente pero en forma líquida (media entalpía) se utilizan plantas generadoras
con sistemas de ciclo binario. En este tipo de sistemas la evaporación debe
lograrse combinando otros elementos como amoniaco o freón que poseen puntos de
ebullición más bajos que el agua.
Ejemplo de
Generación de energía geotérmica por ciclo Binario.
Además de aprovechar yacimientos
de menor temperatura, otra de las ventajas de los sistemas de ciclo
binario es que -al utilizar un segundo elemento que evapora y toma contacto con
la turbina- permite aislar y aprovechar aquellos yacimientos en los cuales el
agua o el vapor suben cargados de impurezas para las turbinas.
Existe en la actualidad un
creciente interés en la exploración y el desarrollo de nuevas plantas de
generación de electricidad basadas en este tipo de energía. Las principales
ventajas de la explotación de este tipo de energía son:
- Es una fuente inagotable de energía
- No provoca contaminación ambiental
- Produce mínimo impacto visual y auditivo
- Se traduce en enormes cantidades de energía eléctrica
- La inversión necesaria es relativamente baja
- No tiene ciclos de actividad y reposo (como ocurre con la energía eólica o solar)
Actualmente las plantas
generadoras se emplazan en lugares donde la actividad volcánica está casi a
nivel superficial: por ejemplo en Islandia. Sin embargo, los nuevos desarrollos
tecnológicos están expandiendo considerablemente la factibilidad de emplazar
centrales de generación geotérmica en lugares con muy baja actividad térmica
superficial, es decir, aprovechando zonas más profundas pero que también poseen
la energía necesaria para evaporar el agua.
Por el momento Estados Unidos,
Filipinas e Italia llevan el liderazgo en el uso de centrales geotérmicas. En
la zona de San Francisco, Estados Unidos, se encuentra la central mas grande
del mundo llamada “The Geysers”: alcanza una producción constante de 725 Mw,
suficiente para abastecer a más de 700.000 familias.
Central Geotérmica “The Geysers” en california, USA.
En la argentina existen
actuelmente 6 grandes zonas, actualmente bajo estudio de factibilidad por la
Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable de la Nación.
Copahue-Caviahue (Prov. de
Neuquén): se encuentra en la etapa de desarrollo un proyecto para suministrar
calefacción para la población de Caviahue utilizando el recurso de Copahue. En
abril de 1988 se instaló una central geotérmica piloto de una potencia igual a
670 kw .
Domuyo (Prov. de Neuquén):
actualmente provee en forma directa calefacción y agua caliente a un pequeño
complejo turístico Villa Aguas Calientes.
Tuzgle (Prov. de Jujuy y Salta).
Río Valdez (Prov. de Tierra del
Fuego): presenta buenas condiciones geotérmicas, con potencial para calefacción
de edificios, suministro de agua caliente para uso doméstico, público e
industrial.
Bahia Blanca (Prov. de Buenos
Aires).
Caimancito – La Quinta – El
Palmar (Prov. de Jujuy).
Central geotérmica
en Copahue, Provincia de Neuquen.
Por
su capacidad, seguridad y abundancia, la energía geotérmica promete ser, sin
dudas, uno de los pilares mundiales de provisión de electricidad en las décadas
venideras. La energía proveniente del centro de la tierra es, claramente, otro
de los bienes comunes de la
humanidad.
humanidad.
¿Qué es la Energía Undimotriz?
Se
define a la energía undimotriz a aquella que es obtenida a través de la
captación de la energía cinética contenida en el movimiento de las aguas de los
océanos y mares. Las olas son el resultado del efecto del viento sobre la
superficie del agua. Este viento se origina a partir de la principal entrada de
energía del planeta: la energía del sol. La energía contenida en el movimiento
oscilatorio de las aguas de los océanos es enorme. En ciertos lugares donde la
actividad de las olas es abundante, la energía cinética almacenada en este movimiento
supera los 70MW/km2.
En teoría, podría especularse con la construcción de enormes estaciones
captadoras y generadoras de energía eléctrica basadas en el movimiento de las
olas pero existen varios factores que condicionan negativamente su implementación. El
principal problema consiste en que el tamaño y la frecuencia de las olas no son
constantes ni predecibles como ocurre, por ejemplo, con las mareas. Esto
genera un claro problema de ajuste entre la oferta y la demanda de la energía
generada. Por esta razón la energía obtenida de las olas todavía se encuentra
en fase de experimentación y por el momento se ha restringido a sistemas
y prototipos de pequeña escala.
Identificar las zonas donde se generan olas de mayor tamaño resulta de extrema relevancia a la hora de planificar y desplegar equipamiento de captación de energía undimotriz. Teniendo en cuenta que la formación de las olas tiene estrecha relación con los vientos de superficie, es correcto inferir que las zonas con mayor factibilidad para emplazamientos undimotrices se encuentran comprendidas entre los 40º y 60º grados de latitud en ambos hemisferios.
La tecnología disponible hasta el momento define tres diferentes sistemas para
convertir la energía de las olas en energía eléctrica:
1- Dispositivos Flotantes
Amarrados:
Este tipo de dispositivo flota en la superficie del océano amarrado al lecho marino por cuerdas o cables que pueden estar tensos o sueltos, dependiendo del sistema. El captador mecánico debe resistir el movimiento de las olas para generar energía: parte de la máquina necesita moverse mientras que otra parte debe quedar inmóvil. En este tipo de dispositivo, el amarre es fundamental y está dispuesto de tal manera que el movimiento de las olas solo mueva una parte de la máquina. La electricidad se genera entonces a partir del movimiento oscilatorio de la parte móvil que acompaña las olas.
Sistemas
Undimotrices por dispositivos flotantes armados.
2- Sistemas de Columnas de Agua
Oscilantes:
Estos sistemas funcionan basados
en una estructura hueca parcialmente sumergida en el agua y con una abertura
expuesta por debajo de la linea del agua. Por encima de este nivel se genera
una gran cámara de aire que varia en tamaño al estar sometida a la fluctuación
de nivel del agua por efecto de las olas. Este aire atrapado en la estructura
sufre violentos compresiones por efecto del llenado de agua en la cámara y es
canalizado a través de ductos que mueven turbinas bidireccionales.
El efecto aerodinámico producido es de igual intensidad cuando el agua que ingreso se retira de la cámara. El reingreso de aire desde el exterior vuelve a rotar las turbinas emplazadas en los ductos y así el ciclo se cierra esperando el ingreso de una nueva ola.
Sistema de
generación por columna de Agua Oscilante.
3- Sistemas de Superficies
Articuladas:
Este sistema se basa en aprovechar mecánicamente el movimiento de las olas a través de dispositivos de gran extensión que copian la rugosidad de la superficie del agua articulando movimientos de bisagras. La diferencia de nivel relativo entre distintos puntos de la maquina hacen girar bisagras y puntos de quiebre donde se encuentran sistemas hidráulicos que al ser accionados bombean fluidos que hacen girar generadores eléctricos.
La principal ventaja de este tipo de dispositivos es que no necesitan estar fijados al lecho marino y solo funcionan con la diferencia de nivel relativa del agua. Esto permite emplazamientos a distintos tipos de profundidades y distancias de la costa.
Convertidor de
Energía de las Olas Pelamis.
En el siguiente video se muestra un emprendimiento argentino
sobre energía undimotriz:
¿Que es la Energia de Biomasa?
De acuerdo al origen es posible diferenciar Biomasas de distintos
órdenes:
Biomasa Primaria: Materia prima formada por los seres
fotosintéticos (algas, plantas verdes y seres autótrofos). Comprende toda la
biomasa vegetal incluidos residuos agrícolas (paja, restos de podas),
forestales (leña).
Biomasa Secundaria: Producida por los seres heterótrofos
utilizando en su nutrición la biomasa primaria. Este tipo de biomasa implica
una transformación biológica de la biomasa primaria para formar un nuevo tipo
de biomasa de naturaleza distinta a la inicial. Ej. Carne o las
deyecciones debidas a los animales
herbívoros.
Biomasa Terciaria: Producida por los seres que se alimentan de
la biomasa secundaria. Ej. Carne de los animales carnívoros, que se alimentan
de herbívoros.
Breve descripción del proceso fotosintético y su reacción química, eficiencia:
Proceso Fotosintético es mediante el cual los vegetales son capaces de
captar la energía solar y almacenarla, el proceso ocurre en los cloroplastos,
en estos la energía se utiliza para hacer funcionar los fotosistemas, estos
elevan la energía potencial de las moléculas de agua hasta reducirla a
compuestos más electronegativos. Estos compuestos intervienen en la reducción
del Anhídrido carbónico.Este proceso se realiza por dos fotosistemas.
Se consideran dos fases, una luminosa, utilizada para formar compuestos
reductores y ricos en energía y la otra que no necesita luz.
La incorporación CO2 se efectúa a través del
“Ciclo de Calvin “.
La eficiencia del proceso fotosintético se basa en reducir una molécula
de CO2 y trasformarla en azucares mediante el proceso de fotosintético, se
necesitan 4 electrones por cada molécula de CO2 que se reduce. Por consiguiente,
se requiere de 8 fotones de radiación visible para elevar la energía potencial
de los electrones del agua a través de los dos fotosistemas.
Como fuentes de biomasa para la obtención de energía se pueden considerar:
Biomasa Natural: Se produce en la naturaleza sin intervención
humana, por Ej. Bosques, matorrales, herbazales. Este tipo de biomasa no es el
más adecuado para su aprovechamiento energético masivo, podría originar una
degradación rápida de los ecosistemas
naturales. Debe ser respetado como una reserva biológica natural, se pueden
aprovechar los residuos de las partes muertas en los casos de intervención
humana, restos de podas y aclareos, siempre respetando al máximo el equilibrio
y la estabilidad de los ecosistemas.
Biomasa Residual: Se genera en cualquier actividad humana que
se utilice materia orgánica, en los procesos productivos de los sectores
agrícolas, forestales o ganaderos, como en los núcleos urbanos (residuos
sólidos y aguas residuales). La utilización de este tipo de biomasa ofrece
perspectivas atrayentes aunque limitadas, siendo mas importantes la
descontaminación que se produce al eliminar estos residuos que la energía que
se pueda aprovechar.
Las Ventajas que ofrece la Biomasa
Residual
* Reduce la contaminación, el deterioro del medio ambiente por la acumulación, a la vez riesgos de incendios.
* Los costos de producción son reducidos ya que
se cargan al producto principal.
* Reduce el espacio ocupado por la acumulación
de los residuos.
* La biomasa
residual se encuentra concentrada en lugares determinados.
Residuos Agrícolas y de las
Agroindustrias: Están
constituidos por los restos de las cosechas de cultivos herbáceos,
principalmente la paja de los cereales y restos de podas de los árboles
frutales o de los cultivos leñosos extensivos, tales como la vid o el olivo.
Dependiendo de los cultivos específicos de cada país, puede utilizarse
sus residuos que tengan buenas características energéticas. Por Ej. Residuos de
los cultivos industriales (algodón o girasol).
Los principales inconvenientes que presentan los residuos agrícolas
como fuente de energía:
* Falta de seguridad en abastecimiento regular y
precio. En ocasiones existen usos alternativos que pueden valorizar el residuo
de diferente manera de unos años a otros. Por Ej. La paja de
cereales se usa
para la alimentación del ganado, su precio sube en los años de sequías cuando
los pastos naturales escasean.
* Producción dispersa, siendo necesaria la
recolección y el transporte.
* Producción estacional.
Los residuos agroindustriales tienen la ventaja para su aprovechamiento
de que se producen en una cuantía y con una cadencia previsible según la
producción.
Cuando el contenido acuoso es elevado, se precisa un proceso de
deshidratación previa para su utilización por energética por vía de la
incineración, o bien el empleo de procesos de digestión anaerobia en los que se
produce biogas.
Si el residuo es seco se puede utilizar la combustión directa para
obtener energía como forma más sencilla de su aprovechamiento y eliminación
Residuos Forestales: Comprende los residuos de los tratamientos
silvícolas y los de la corta y elaboración de la madera. En los tratamientos
silvícolas, el residuo generado se puede estimar en unas 15 toneladas por cada
ha, lo que da una media de 1,5 tonelada por cada ha y año. De este residuo, un
1/3 es utilizado en la industria de la madera, por lo que el residuo que queda es equivalente a 1
t/ha.año.
Entre los residuos de corta y tratamientos la proporción varia
dependiendo de la edad y de la especie de la plantación.
En las industrias papeleras se suelen utilizar los residuos sólidos
(cortezas, ramas finas, virutas y serrines) para generar la electricidad y el
calor necesario para el proceso, y las lejías negras procedentes de las
deslignificación de la madera también se utilizan para obtención de energía en
calderas especiales tras sufrir una eliminación parcial del agua.
Otras industrias que pueden recuperar la energía de los residuos
forestales son las industrias de puerta y muebles y la industria corchera.
Residuos Ganaderos: El estiércol producido por la ganadería se
emplea como fertilizante de los cultivos.
La utilización energética mas generalizada de los cultivos ganaderos es
la digestión anaerobia, que produce biogas. En general, el proceso no se
justifica exclusivamente como fuente de producción energética; sin embargo, se
recurre a el por la necesidad de depurar los purines, constituyendo la energía
producida un aporte económico que rebaja los costos del proceso de depuración.
Residuos Urbanos: Dentro
de los residuos urbanos hay que considerar los residuos sólidos urbanos (RSU)
que tienen una composición heterogénea y variable que depende de múltiples
factores, entre ellas el tipo de clima la época del año y el nivel económico y
los hábitos alimentación de los habitantes.
Sobre la utilización energética de los RSU, la técnica más normal es la
producción de electricidad mediante incineración de la fracción orgánica tras
un proceso de separación de las fracciones metálicas, vidrios y materiales
inertes. También se puede utilizar para
fines energéticos el gas que se produce en los vertederos.
Las aguas residuales son otra clase de residuos urbanos, la cual recibe
un proceso de depuración que consiste en separar o eliminar la materia orgánica
del agua, para poder verter esta agua, libre de contaminación orgánica a los
causes fluviales. El resido sólido resultante (fangos) puede ser tratado por
vía anaerobia para la producción de biogas o secado para usos como composta, o
bien para ser incinerado en plantas de producción de electricidad.
Excendetes Agrícolas: La utilización de excedentes agrícolas para transfórmalos
en combustibles o carburantes de automoción debe ser un tema coyuntural y nunca
enfocarse como una posible situación crónica. Los cultivos agrícolas
generadores de excendetes han estado seleccionados para fines alimentación, por
esta razón, los productos energéticos que se obtienen de ellos suelen tener un
precio no competitivo comparados con los que pretenden sustituir.
Cultivos Energéticos: Realizados con la finalidad de producir
biomasa transformable en combustible o carburantes (en lugar de producir
alimentos, como a sido la actividad tradicional de la cultura. Se enfoca la
producción de caña de azúcar y maíz, respectivamente a la obtención de etanol
para carburante de automoción. También los cultivos leñosos de sauces y chopos
en corta rotación (turno de corta de 3 a 6 años) para aplicaciones térmicas (calor y
electricidad).
Biocombustibles:
Biocombustibles:
La denominación de combustible hace referencia a cualquier sustancia
que, en contacto con el oxigeno del aire y partir de una determinada
temperatura, arde y produce energía.
Pueden Establecerse dos tipos de combustible según su naturaleza:
Los Combustibles Fósiles:
Carbón, Petróleo, Gas natural y sus derivados, y los Biocombustibles: los que proceden de la biomasa.
Según la naturaleza de la biomasa y el tipo de combustible deseado se
pueden utilizar
En procesos:
Mecánicos: Astillado, trituración, compactación.
Termoquímicos: Combustión, pirolisis, gasificación.
Biotecnológicos: Microbianos, Enzimáticos.
Extractivos: Para la obtención de combustibles sólidos,
líquidos y gaseosos (ver Cuadro)
Aplicaciones Energéticas de
los Biocombustibles: Las
principales formas de la utilización de los biocombustibles son: La combustión
para producir calor aplicable a la calefacción urbana, procesos industriales o
generación de electricidad. La carburación en motores térmicos, de explosión
como de combustión interna. También se desarrollan biocombustibles para el uso
de turbina de gas para la producción de electricidad.
Los principales campos de
aplicación y los biocombustibles más adecuados:
Producción de Electricidad:
Ø Mediante alternadores acoplados a motores
accionados por biocombustibles líquidos, biogas o gas de gasógeno. Potencias
inferiores a 1 MW.
Ø Mediante centrales de térmicas de combustión
que utilicen biocombustibles sólidos para producir vapor y para mover una
turbina. Potencia entre 1 y 40 MW.
Ø Mediante
planta de gasificación de biomasa cuyo gas puede generar electricidad
mediante un proceso de ciclo combinado de turbina de gas y producción de vapor.
Para instalaciones entre 1 y 40 MW.
Transporte y Motores Móviles:
Ø Bioetanol sustitutivo de la gasolina. A partir
de biomasa producida en cultivos específicos (Alcoholigenos).
Ø Bioaceites y los correspondientes esteres
derivados, sustitutivos del gasoil de automoción obtenido a partir de semillas
oleaginosas.
Gas de Cocina:
Ø
Biogas
obtenido por procesos de digestión anaerobia de aguas residuales.
Ø
Gas de
gasógeno obtenido a partir de biomasa lignocelulósica.
Calefacción:
Ø
Combustión
de biomasa lignocelulósica ya sea en viviendas unifamiliares, bloques de viviendas o distritos
residenciales.
Actividades que utilicen motores estáticos no
eléctricos:
Ø
Algunas
actividades se desarrollan en pleno campo, lejos de las líneas eléctricas. Por
Ej. Bombas de agua para el riego. Puede desarrollarse con motores de explosión
o de combustión, tener alimentación por gas de gasógeno o por biocombustibles
líquidos.
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