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viernes, 9 de junio de 2017

Tecnología 3º ESO - Tema 7.- La energía y su transformación

Tema 7.- La energía y su transformación

Índice

1.- La energía y sus diferentes manifestaciones
2.- Fuentes de energía
3.- Energía eléctrica
4.- Generación de energía eléctrica
3.- Energías renovables
    3.1.- Energía solar
      - Energía solar térmica
      - Energía solar fotovoltáica
    3.2.- Energía eólica
    3.3.- Energía hidráulica
    3.4.- Energía de la biomasa
    3.5.- Energía mareomotriz
    3.6.- Energía geotérmica
    3.7.- Energía de las olas (undimotriz)
4.- Energías no renovables
    4.1.- Carbón
    4.2.- Petróleo
    4.3.- Gas
    4.4.- Nuclear
5.- Motores térmicos
6.- La máquina de vapor
7.- El motor de cuatro tiempos
8.- Los motores a reacción
9.- La turbina de vapor
10.- Actividades

1.- La energía y sus diferentes manifestaciones

La energía se puede definir como la capacidad que tienen los cuerpos para producir cambios o transformaciones en otros cuerpos. La unidad de energía es el Julio.

Las máquinas transforman una forma de energía que reciben en su entrada en otra forma de energía que proporcionan a la salida.

 Las manifestaciones o formas de energía son las siguientes:


2.- Fuentes de energía

Las fuentes de energía son aquellos recursos de la naturaleza que pueden proporcionar energía en alguna de sus formas.

Las fuentes de energía se suelen clasificar según la reservas disponibles en renovables y no renovables:

Renovables: Se consiferan inagotables, y por tanto, se puede recurrir a ellas de forma permanente. Por ejemplo, el sol, el viento, el agua.

No renovables: Sus reservas son limitadas y disminuyen a medida que las consumimos. Por ejemplo: el carbón, el petróleo, el gas natural, uranio.

3.- Energía eléctrica

La energía eléctrica es la forma principal en la que consuminos la energía. Es la más utilizada actualmente. Para obtener electricidad es necesario utilizar una serie de máquinas denominadas generadores. El proceso más común para obtener electricidad es calentar agua a partir de una fuente de energía (carbón, fueloil, gas, etc). Se obtiene vapor de agua que se hace pasar por una turbina que a su vez hace girar un generador o alternador que produce corrientes eléctrica. Para transportarla se transforma previamente a altos voltajes para evitar pérdidas y despues se vuelve a transformar bajando el voltaje para que se pueda usar por la mayoría de las máquinas, dispositivos y electrodomésticos.

La electricidad en la forma de energía más empleada en la actualidad debido a una serie de características que la hacen muy útil:
1) Al contrario que el calor, la energía eléctrica se puede transformar fácilmente en otras formas de energía.
2) Se puede transportar a grandes distancias (mediante las redes de transporte y distribución eléctricas).
3) Se puede obtener de fuentes muy diversas (combustibles fósiles, luz solar, viento, saltos de agua, etc.).
 


4.- Generación de energía eléctrica

 

3.- Energías renovables

Las energías renovables, también llamadas alternativas, tienen la característica de que además de ser inagotables, son energías límpias, no contaminantes y respetuosas con el medio ambiente.

3.1.- La energía solar:

El sol es la principal fuente de energía de nuestro planeta. Llega hasta la Tierra en forma de energía radiante y se puede aprovechar de dos formas: mediante paneles térmicos (para calentar agua) o mediante paneles fotovoltáicos (para producir electricidad).

-Energía solar térmica: utiliza paneles o colectores por donde circula el agua a través de un serpentín de tuberías. El agua se calienta y se almacena en un depósito.
Actualmente existen y se están construyendo centrales solares térmicas donde se calienta el agua que se lleva a un sistema central donde se produce vapor que mueve una turbina y genera electricidad. Existen varios tipos de sistema solares térmicos:
  • Sistemas a baja temperatura. El calentamiento del agua se produce por debajo de su punto de ebullición, es decir, 100ºC. La mayor parte de los equipos basados en esta tecnología se aplican en la producción de agua caliente sanitaria y en climatización.
  • Sistemas a media temperatura. Se utilizan en esas aplicaciones que necesitan temperaturas entre 100 y 300ºC para calefacción, proporcionando calor en procesos industriales, suministro de vapor, etc.
  • Sistemas a alta temperatura. Se utilizan en aplicaciones que necesitan temperaturas superiores a 250 o 300ºC como, por ejemplo, para producir vapor o para la generación de energía eléctrica en centrales termosolares.
https://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/xii.-las-centrales-solares
A su vez existen varios tipos de centrales termosolares de producción de electricidad:
Centrales de torre central. Disponen de un conjunto de espejos direccionales de grandes dimensiones que concentran la radiación solar en un punto. El calor es transferido a un fluido que circula por el interior de la caldera y lo transforma en vapor, empezando así un ciclo convencional de agua-vapor.
 En la imagen podemos ver la central solar de torre PS10 inaugurada en Sanlucar de la Mayor (Sevilla) en 2007.
Centrales de colectores distribuidos. Utilizan los llamados colectores de concentración, que concentran la radiación solar que reciben en la superficie, lo cual permite obtener, con buenos rendimientos, temperaturas de hasta 300ºC, suficientes para producir vapor a alta temperatura, que se usa para generar electricidad o también para otros procesos industriales.
El ejemplo más destacado son las centrales Andasol1, Andasol2 y Andasol3 ubicadas en las cercanías de Guadix, en el municipio de La Calahorra en Granada.

https://es.wikipedia.org/wiki/Andasol

Ventajas:
- Su fuente de energía es inagotable y no producen desechos, humos, olores. etc.
Inconvenientes:
- Necesitan acumuladores de calor cuando la radiación solar no es suficente.
- Necesitan ser instaladas en lugares con un elevado número de horas de sol.

-Energía solar fotovoltáica: Consta de paneles con células fotovoltáicas que generan corriente continua.
Existen materiales que tienen la propiedad de emitir electrones cuando la luz incide sobre ellos, provocando una circulación de cargas eléctricas que constituye una corriente eléctrica (efecto fotoeléctrico). Estos materiales se emplean para construir células fotovoltaicas. Un panel solar está formado por varias de estas células fotovoltaicas.
La corriente eléctrica generada por los paneles fotovoltaicos puede consumirse en el momento o acumularse en un sistema de baterías. Así se puede disponer de la energía eléctrica fuera de las horas de Sol. Para mejorar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos, éstos suelen colocarse sobre un elemento que se orienta con el Sol, siguiendo su trayectoria desde el amanecer hasta el anochecer, con el fin de que los rayos siempre incidan perpendicularmente al panel.
El principal inconveniente de la energía solar fotovoltaica es que la electricidad producida por cada célula es muy baja, de forma que para obtener una cantidad de energía eléctrica razonable se requiere de enormes áreas de panales solares.

3.2.- Energía eólica

La energía eólica es una forma indirecta de energía solar, puesto que son las diferencias de temperatura y de presión inducidas en la atmósfera por la absorción de la radiación solar las que ponen en movimiento los vientos.
Hoy se emplea sobre todo para generar energía limpia y segura. Antiguamente se utilizó para propulsar naves marinas y mover molinos de grano. Se calcula que un 2 % de la energía solar recibida por la Tierra se convierte en energía cinéticas de los vientos.
Las aplicaciones de la energía eólica se limitaran a utilizaciones locales, en regiones aisladas – a un nivel de potencia de algunos kW a algunas decenas de kW- o bien a un papel de fuente complementaria en la alimentación de las redes eléctricas – con niveles de potencia de hasta algunos MW-.
Las zonas más favorables para la implantación de grandes motores eólicos son las regiones costeras y las grandes llanuras, donde vientos constantes soplan regularmente: es necesaria una velocidad media del viento superior a 30 km/h.

Ventajas: 
- La fuente de energía es inagotable y limpia.
- Las centrales eólicas no producen emisiones ni residuos.
- La instalación de los aerogeneradores es compatible con otros usos del suelo.
Inconvenientes:
- Los aerogeneradores producen un impacto visual en el paisaje.
- Muerte de aves por impacto con las palas y ruido en las cercanías.
- La producción eléctrica es variable y dificil de predecir.

3.3.- Energía hidráulica

La energía hidráulica o energía hídrica se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente del agua o los saltos de agua naturales. En el proceso, la energía potencial, durante la caída del agua, se convierte en cinética y mueve una turbina para aprovechar esa energía para convertirla en electricidad.

Ventajas:
- No generan gases de efecto invernadero ni emisiones tóxicas.
Inconvenientes:
- Es necesario almacenar el agua en embalses que alteran el entorno ocupando cultivos, pueblos, etc.

3.4.- Energía de la biomasa

La energía de biomasa o  bioenergía es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente es sacada de los residuos de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, ser humano, animales, entre otros), o sus restos y residuos.

Ventajas:

- Los residuos forestales, agrícolar y urbanos se pueden convertir en energía mediante plantas de combustión.
- Es un recurso local que evita la importación de otros recursos ajenos.
- Se crean puestos de trabajo en el entorno local donde se produce.

Desventajas:
- Se necesitan grandes volúmenes para producir energía
- Su combustión produce gases contaminantes (CO, CO2, SO2,...)
- El proceso de recogida y transporte a la planta es costoso.

3.5.- Energía mareomotriz

La energía mareomotriz se produce gracias al movimiento generado por las mareas, esta energía es aprovechada por turbinas, las cuales a su vez mueven la mecánica de un alternador que genera energía eléctrica, finalmente este último esta conectado con una central en tierra que distribuye la energía hacia la comunidad y las industrias.


Ventajas:
- Es una energía limpia, no contaminante, renovable, silenciosa.
- No produce gases de efecto invernadero.
- Se pueden obtener grandes cantidades de energía de forma eficiente.

Desventajas:
- La mayor desventaja es el impacto que produce en el entorno donde se instala.
- Requiere un estudio minucioso del impacto y del lugar de ubicación.
- La inversión en una central mareomotriz es elevada.

3.6.- Energía geotérmica

Es una energía renovable que aprovecha el calor del subsuelo para climatizar y obtener agua caliente sanitaria de forma ecológica. Aunque es una de las fuentes de energía renovable menos conocidas, sus efectos son espectaculares de admirar en la naturaleza. Se trata de una energía considerada limpia, renovable y altamente eficiente, aplicable tanto en grandes edificios -hospitales, fábricas, oficinas, etc.-, en viviendas e incluso en inmuebles ya construidos.

 Ventajas y desventajas:


3.7.- Energía de las olas (undimotriz)

Es una energía renovable dedicada a encontrar una solución para el aprovechamiento de la potencia contenida en las olas del mar. Debido a la forma en la que se forman ondas, energía de las olas puede considerarse una forma terciaria de la energía solar. La energía de las olas en alta mar es mucho mayor que en zonas costeras. 



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