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martes, 13 de diciembre de 2016

Tecnología Industrial I (1º Bachillerato) Tema 3.- Energías renovables

TEMA 3.- ENERGÍAS RENOVABLES

ÍNDICE


1.- ENERGÍA HIDRÁULICA

      1.1.- COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDRÁULICA
      1.2.- POTENCIA Y ENERGÍA OBTENIDAS EN UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
      1.3.- TIPOS DE CENTRALES HIDRÁULICAS
      1.4.- ENERGÍA HIDRÁULICA Y MEDIO AMBIENTE

2.- ENERGÍA SOLAR

     2.1.- ENERGÍA SOLAR TÉRMICA O CALORÍFICA
     2.2.- ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTÁICA

3.- ENERGÍA EÓLICA

     3.1.- CLASIFICACIÓN DE LOS AEROGENERADORES

4.- BIOMASA

     4.1.- EXTRACCIÓN DIRECTA
     4.2.- PROCESOS TERMOQUÍMICOS
     4.3.- PROCESOS BIOQUÍMICOS

5.- ENERGÍA GEOTÉRMICA

     5.1.- TIPOS DE YACIMIENTOS
     5.2.- SITUACIÓN ACTUAL DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA

6.- ENERGÍA MAREOMOTRIZ


7.- RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU)


8.- ENERGÍA DE LAS OLAS


9.- ENERGÍAS ALTERNATIVAS Y MEDIO AMBIENTE

     9.1.- IMPACTO MEDIOAMBIENTAL
     9.2.- TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS

1.- ENERGÍA HIDRÁULICA



     La energía hidráulica es la energía del agua cuando se mueve a través de un río (energía cinética) o cuando se encuentra embalsada a cierta altura (energía potencial). Se trata de una energía renovable (es decir, una energía alternativa ya consolidada).

Ya desde la antigüedad, el ser humano aprendió a utilizar este tipo de energía. Primero empleó diferentes ingenios (ruedas hidráulicas), que fueron evolucionando (turbinas) con objeto de obtener el máximo rendimiento posible. Hay dos aplicaciones fundamentales de la energía hidráulica:



-Desde, el año 100 a.C. hasta casi finales del siglo XIX. Toda la energía hidráulica se transformaba  en energía mecánica que, posteriormente, tenía aplicaciones específicas.


-A partir de principios del siglo XX se empleó también para la obtención de electricidad. La primera central hidráulica para esta aplicación se construyó en el año 1882 en Estados Unidos, para alimentar 250 lámparas eléctricas.

En la actualidad, prácticamente toda la energía hidráulica se emplea para la obtención de electricidad.

1.1. Componentes principales de una central hidroeléctrica

  • La presa, que se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.
    Los tipos de presa pueden ser:


    -Presas de gravedad
    Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave.

    La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento. Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno.

    Un ejemplo de este tipo de presas es la presa Grande Dixence, en Suiza (1962), la cual tiene una altura de 284 m y es una de las más grandes del mundo.

    -
    Presas de bóveda
    Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, con el fin de que la carga se distribuya por toda la presa hacia los extremos.


  • Rebosaderos,elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de máquinas.
  • Destructores de energía, que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía:
    • Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.
    • Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.
  • Mas informacion sobre generacion y centrales hidraulicas con Endesa EducaSala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y elementos de regulación y control de la central.
  • Turbina. Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua.
  • Alternador. Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica.
  • Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones.


  • Válvulas, dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías.
  • Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado “ golpe de ariete”, que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica.

TIPOS DE TURBINAS HIDRÁULICAS

     La función de una planta hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada en un lago, a una elevación más alta y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. 

Este proceso toma en consideración varios factores entre los cuales uno de los más importantes es la caída de agua (head). Este factor es decisivo al momento de escoger el tipo de turbina hidráulica que se instala en la planta.

La turbina hidráulica 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.

Las turbinas se pueden clasificar de varias maneras estas son:

1.      Según la dirección en que entra el agua:
  •     Turbinas axiales: el agua entra en el rodete en la dirección del eje.

  •         Turbinas radiales: el agua entra en sentido radial, no obstante el agua puede salir en cualquier dirección.
2.      De acuerdo al modo de obrar del agua:
  •         Turbinas de chorro o de acción simple o directa.
  •        Turbinas de sobrepresión o de reacción.
3.      Según la dirección del eje:
  •          Horizontales.
  •         Verticales.
Hay otras clasificaciones, según las condiciones de construcción, no obstante la clasificación más importante es la que las separa de acuerdo al modo de obrar el agua, estas son de reacción o de chorro.

Aunque hay muchas turbinas que entran en estas clasificaciones las más importantes son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan.

Una caída alta (entre 200 a 600 metros) requiere una turbina para alta presión, de impulso o tipo Pelton. Si la caída es intermedia (entre 60 y 200 metros), entonces se escoge una turbina de reacción tipo Francis. Para caídas bajas (menores de 60 metros) se utiliza un tipo de turbina de reacción tipo Kaplan.

Turbinas de chorro

Estas fueron las primeras turbinas que se utilizaron, sin embargo el desarrollo y el empleo de estas turbinas no empieza hasta la mitad del siglo XIX , primero se empleó la denominada rueda tangencial introducida por el ingeniero suizo Zuppinger en 1846, que  bajo las formas modificadas de hoy se conoce como rueda Pelton, es importante anotar que son muy eficientes, el rendimiento de las ruedas tangenciales ha llegado hasta 95%.

En la turbina Pelton, el agua tiene una presión muy alta. La válvula de aguja, que se usa para controlar el flujo de agua, deja pasar un chorro de agua que choca con los álabes de la turbina transfiriéndole su energía y haciendo girar la turbina. Esta, a su vez, hace girar un generador que está acoplado al eje de la turbina para producir energía eléctrica, como medida de seguridad se usa una válvula esférica.



TURBINAS DE REACCIÓN

Las turbinas de reacción son de dos tipos: Francis y Kaplan. En ellas ocurre un proceso similar, excepto que la presión es más baja, la entrada a la turbina ocurre simultáneamente por múltiples compuertas de admisión (wicket gates) dispuestas alrededor de la rueda de álabes (runner) y el trabajo se ejerce sobre todos los álabes simultáneamente para hacer girar la turbina y el generador.



Turbina Francis y Propeller

Estas turbinas se caracterizan por lo siguiente:
·        Están formadas por una espiral que va a alimentar al rodete.
·        Se utilizan para caídas medianas.
·        Tienen un distribuidor que orienta el agua hacia el rodete.
·        Asemejan una bomba centrífuga.
·        El agua no está a la presión atmosférica.
·        Descargan a contra presión.
·        Generalmente están provistas de una válvula mariposa como medida de prevención.


TURBINA KAPLAN

Esta se caracteriza por lo siguiente:
·        Se utilizan para caídas bajas.
·        El rodete recuerda la forma de una hélice de barco.
·        El ángulo de inclinación de las palas del rodete es regulable.
·        Se utilizan para gastos muy grandes.
·        La regulación se efectúa por medio de un distribuidor como en las Francis y además con el ángulo de inclinación de las palas en el rodete.