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Ecología
Recursos energéticos renovables y no renovables
Recursos renovables
El viento
El viento es el movimiento del aire de la atmósfera, y se origina por las diferencias de temperatura en distintas zonas atmosféricas y por la rotación terrestre.
El viento es la fuente de energía de la que se obtiene la energía eólica. La humanidad ha empleado y emplea la energía eólica directamente, para producir movimiento. Por ejemplo, en los barcos veleros o los molinos de viento.
Desde hace unos años, la energía eólica se transforma en eléctrica en las centrales eólicas. Una central eólica o parque eólico es un lugar donde se instalan aerogeneradores. Las palas de estos aparatos se mueven con el viento, haciendo que se muevan, a su vez, las turbinas de un generador que hay en su interior. Se produce así energía eléctrica.
El Sol
Llamamos energía solar a aquella que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética proveniente del Sol.
En la actualidad empleamos la energía solar directamente en diversos sistemas de calefacción y también para producir energía eléctrica. La producción de energía eléctrica puede hacerse por vía térmica, aprovechando la radiación solar para poner en ebullición un líquido cuyo vapor moverá las turbinas de un generador de electricidad. También puede hacerse por vía fotovoltaica; en este caso, la energía solar se transforma directamente en energía eléctrica. A los lugares donde se realiza la transformación de la energía solar en energía eléctrica se les llama centrales solares.
El agua
El agua embalsada a cierta altura tiene energía potencial. Si está en movimiento tiene energía cinética. Estas energías son el origen de la energía hidráulica.
Esta energía no suele emplearse directamente, sino que se transforma en energía eléctrica en las llamadas centrales hidroeléctricas. Estas suelen estar asociadas a grandes embalses, o aprovechar pequeños cauces de agua, como las llamadas minicentrales hidráulicas.
En estas centrales, el movimiento del agua se utiliza para mover las turbinas de un generador. Así, se convierte la energía cinética del agua en energía eléctrica.
Los recursos energéticos no renovables se agotarán en un plazo de tiempo más menos largo. En la actualidad son los combustibles fósiles y el uranio.
Geotérmica
El campo geotérmico donde se trabaja corresponde al área de tierra con un mayor gradiente geotérmico de lo normal. Esto es, un mayor aumento de la temperatura en profundidad. Esta zona con un mayor gradiente geotérmico se debe, normalmente, a la existencia de un acuífero confinado con agua caliente y que está almacenado y limitado por una capa impermeable que conserva todo el calor y la presión. A esto se le conoce como reservorio geotérmico y es de aquí donde se extrae ese calor para generar electricidad.
En estos campos geotérmicos se ubican los pozos geotérmicos de extracción de calor que conectan con la central. El vapor se extrae mediante una red de tuberías y se conduce hasta la central donde la energía calorífica del vapor se convierte en energía mecánica y posteriormente en energía eléctrica.
El proceso de generación se inicia con la extracción de la mezcla de vapor y agua desde el reservorio geotérmico. Una vez llevado a la central, se separa el vapor del agua geotérmica utilizando un equipo llamado separador ciclónico. Cuando se extrae el vapor, el agua es de nuevo devuelta a superficie al reservorio para que se vuelva a calentar (de ahí a que sea una fuente renovable).
El vapor extraído se conduce hasta la central y activa una turbina cuyo rotor gira a unas 3 mil 600 revoluciones por minuto, que a su vez activa el generador, donde el roce con el campo electromagnético transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Desde el generador salen 13800 voltios que al transferirse a los transformadores, son convertidos en 115000 voltios. Esta energía es introducida en las líneas de alta potencia para ser enviada a las subestaciones y de ahí al resto de hogares, fábricas, escuelas y hospitales.
El vapor geotérmico se vuelve a condensar y a reinyectarse en el subsuelo tras hacer girar la turbina. Este proceso hace que el agua se pueda calentar de nuevo en el reservorio geotérmico y haga que sea una extracción de energía renovable, dado que cuando se vuelva a calentar se convertirá en vapor y volverá a hacer girar la turbina. Por todo ello, se puede decir que la energía geotérmica es una energía limpia, cíclica, renovable y sostenible, puesto que con la reinyección se vuelve a recargar el recurso con el que se genera la energía. Si el agua separada y el vapor condesado no se reinyectaran al reservorio geotérmico, no sería considerado una energía renovable, ya que, una vez agotado el recurso, no se podría extraer más cantidad de vapor.
Mareomotriz
El mar es una fuente inagotable de energía renovable, por eso, el ser humano aprovecha las mareas para captar la energía mareomotriz, gracias a la cual, tras utilizar un alternador, obtenemos energía eléctrica de forma limpia que se puede utilizar para múltiples usos. Al ser una energía renovable, su fuente es inagotable y no emite gases nocivos a la atmósfera, algo que contribuye al freno del efecto invernadero que perjudica a la Tierra y a los seres vivos que la habitan.
La energía de las mareas o conocida de forma más científica como energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares.
Cuando ponemos en marcha una central hidráulica a funcionar, lo que esperamos es conseguir generar energía a partir del agua almacenada en los embalses. Lo primero que se hace es generar energía mecánica y transformarla en energía eléctrica.
El sistema de captación de aguas está fabricado para crear un desnivel que origina una energía potencial acumulada. Esa agua se deja caer para conseguir energía mediante la diferencia de la gravedad. Cuando el agua pasa por la turbina, genera un movimiento rotatorio que hace accionar un alternador y transforma la energía mecánica en eléctrica.
La energía eólica es aquella que procede del viento. Gracias a la proliferación de molinos eólicos, los humanos aprovechamos las corrientes de aire para que el movimiento de las hélices produzca energía eléctrica que puede utilizarse para múltiples cosas. Debido a este principio, la energía eólica es una energía renovable que contribuye a la conservación del medio ambiente dado que no emite gases nocivos para la capa de ozono, lo que a su vez contribuye a frenar el efecto invernadero. Como pega, la intermitencia del viento puede hacer que los molinos no generen energía durante horas.
La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. Hoy en día, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotoeléctricas, heliostatos o colectores solares, pudiendo transformarse en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que podrían ayudar a resolver algunos de los actuales problemas más urgentes que afrontan los seres vivos.
La energía geotérmica es un tipo de energía renovable que es capaz de aprovechar el calor del subsuelo de la Tierra para climatizar los edificios y obtener agua caliente de una forma más ecológica. Es una de las fuentes renovables menos conocidas, pero sus resultados son muy notables.
Energías no renovables
Los recursos energéticos no renovables son aquellos que se agotarán a mediano plazo. Entre estos están los combustibles fósiles y el uranio.
Las energías no renovables corresponden a los denominados combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón) y al uranio (energía nuclear).
Petróleo
Es un compuesto orgánico originado principalmente por desechos de organismos acuáticos, vegetales y animales, que vivían en los mares, lagunas o desembocaduras de ríos en cercanías del mar y que se fue acumulando en capas sedimentarias de la corteza terrestre. El hidrógeno y el carbono son los elementos básicos de la composición del petróleo.
La formación de un yacimiento de petróleo lleva cientos de millones de años y una vez que ha sido detectado por medio de prospecciones geológicas, se hacen pozos profundos utilizando torres de perforación para extraer el petróleo.
Tras la extracción, el petróleo es separado del gas y del agua y luego, a través de oleoductos, es conducido para su empleo como combustible o para un tratamiento posterior (por ejemplo, para transformarlo en diversos subproductos).
Esto último implica un proceso que se realiza en las refinerías y que es conocido como destilación fraccionada, que permite la división del crudo en distintas fracciones.
El fraccionamiento consiste en calentar el crudo en equipos especiales, para que luego pase a una columna de destilación, en la que, aprovechando la diferente volatilidad de los componentes, se logra una separación en diversas fracciones que incluyen gas licuado, gasolina, parafina, queroseno, diésel y aceites lubricantes, entre otros.
Energía nuclear
Es la que está contenida en el núcleo de los átomos y se libera como resultado de una reacción nuclear.
Las centrales nucleares producen electricidad aprovechando la energía que desprenden los átomos de uranio, ya que este mineral es capaz de producir energía por fisión nuclear al hacer contacto con neutrones.
El uranio se encuentra en forma de mineral en la naturaleza. Debe ser refinado para incrementar su concentración a un 3%, nivel en que esta listo para la reacción nuclear.
Las reacciones nucleares pueden ser de dos tipos: por fisión y fusión.
- Fisión: es la forma más utilizada y consiste en una reacción en la que el núcleo del átomo de uranio, al ser bombardeado con neutrones, se descompone en dos núcleos más pequeños, produciendo un gran desprendimiento de energía, además de la emisión de dos o más neutrones que atacan a otros átomos de uranio, lo que provoca el mismo efecto y causa una reacción en cadena.
En una central nuclear, el uranio utilizado en la fisión está almacenado en tubos de una aleación de zirconio altamente resistente. La fisión se lleva a cabo en el núcleo dentro del reactor nuclear (recipiente cerrado y aislado por gruesas paredes de hormigón que absorben la radiación).
Dentro del reactor hay una vasija de acero donde se produce la fisión. Este proceso genera calor que eleva la temperatura del agua refrigerante a 325°C hasta convertirse en vapor. Las barras de control (carburo de boro) que se encuentran en el núcleo del reactor absorben neutrones disminuyendo el número de fisiones del reactor para que este no explote.
El vapor pasa a través de un intercambiador, donde transfiere el calor a una reserva de agua. Ahí el agua pasa por la tubería para accionar la turbina. Esta mueve un alternador, el que produce la electricidad.
La energía nuclear, también, es aplicada en la medicina, industria, agricultura y alimentación. - Fusión: esta sucede en las estrellas (como el Sol), generando grandes cantidades de energía. Se produce cuando dos núcleos atómicos (como por ejemplo el hidrógeno) se unen para crear otro más grande (helio). Este tipo de energía es mejor que la de fisión, porque usa una fuente muy abundante, como el hidrógeno y, también, ecológica, porque, en principio, no contaminaría.
Sin embargo, la fusión nuclear necesita de millones de grados de temperatura para producirse, hasta el momento no hay ningún recipiente capaz de resistir.
Carbón
Es un mineral de origen orgánico constituido básicamente de carbono. Su formación es el resultado de la condensación gradual de materias de las plantas parcialmente descompuestas a lo largo de millones de años.
Según las presiones y temperaturas que lo hayan formado se distinguen cuatro tipos de carbón: turba, lignito, hulla (carbón bituminoso) y antracita.
Así, las plantas al descomponerse forman una capa llamada turba que es poco rica en carbono. El lignito viene a continuación en la escala de riqueza, pero sigue siendo mal combustible porque contiene poco carbono (30% de concentración) y más agua.
La hulla se origina por la compresión del lignito y es mucho más rica en carbono (entre 75 y 80%) y tiene un alto poder calorífico, por lo que se utiliza en las plantas de producción de energía. La antracita procede de la transformación de la hulla y es el mejor de los carbones (95%), muy poco contaminante y de alto poder calorífico.
El uso energético (a gran nivel) del carbón se realiza en las centrales térmicas o termoeléctricas con el fin de generar electricidad. En este lugar el carbón es reducido a polvo fino y luego es bombeado dentro de un horno por medio de un chorro de aire caliente. El calor generado es usado para hervir el agua que pasa por las tuberías de la caldera. El vapor (que alcanza casi los 600°C) es enviado hacia la turbina para hacerla girar a gran velocidad.
El eje de la turbina está conectado a un generador que produce electricidad. Mediante transformadores se aumenta su voltaje para luego enviarlo a la red de alta tensión.
Gas natural
Combustible de origen fósil que se forma de la degradación de materia orgánica de millones de años.
El gas natural es una mezcla de hidrocarburos ligeros compuestos principalmente por metano (en mayor porcentaje), nitrógeno, dióxido de carbono y etano.
Se le encuentra en las profundidades de la Tierra, y en muchas ocasiones, comparte los mismos yacimientos con el petróleo y el carbón.
Generalmente, estos depósitos se localizan en el subsuelo o bajo el mar entre 1,5 y 4 km de profundidad.
Una vez que el gas natural ha sido extraído de manera similar al petróleo, es decir, mediante perforaciones que llegan a los depósitos (por medio de torres perforadoras), se le saca el exceso de agua y sus impurezas. Luego, es almacenado hasta ser transportado hasta las zonas de consumo a través de tuberías llamadas gasoductos que salen directamente de los tanques de almacenamiento.
Sin embargo, a veces, las distancias son largas y el gas debe ser trasladado en grandes buques. Pero para ello, el gas debe licuarse, ya que de esta manera se reduce su volumen en 600 veces respecto del original. Esto se hace en unas plantas de licuefacción, donde el gas se convierte en liquido enfriándolo a temperaturas que alcanzan los -161ºC.
Una vez que llega a su destino, debe ser transformado nuevamente en gas en las plantas de regasificación y almacenado hasta su posterior consumo. El gas natural tiene varios usos energéticos, entre ellos:
- Generación de electricidad: mediante el funcionamiento de turbinas de gas y turbinas de vapor o de ciclo combinado (gas y vapor).
- Combustible para vehículos: el gas natural comprimido es usado como alternativa más limpia, menos costosa y contaminante (un 20% menos que los autos que usan gasolina o diesel).
- Uso doméstico: las aplicaciones de gas natural en el hogar son múltiples. Con el se puede cocinar, calefaccionar u obtener agua caliente para el baño.
- Uso industrial: es utilizado en industrias textiles, de plástico y de acero, también como materia prima en la fabricación de abonos nitrogenados.
El gas natural se originó hace millones de años como producto de la descomposición de las plantas y animales que fueron atrapados en el interior de la Tierra, bajo gruesas capas de fango, arena y lodo.
Como otros combustibles fósiles, el gas natural se encuentra atrapado entre formaciones rocosas. Estas formaciones pueden ser de tres clases: las rocas permeables o porosas, las rocas impermeables que impiden que el gas natural escape de sus depósitos, y la capa rocosa cercana a la superficie terrestre (Sial).
- Obtención de energía térmica mediante la fisión nuclear del núcleo de los átomos (núcleo atómico) del combustible nuclear.
- Generar vapor de agua mediante la energía térmica obtenida anteriormente en el generador de calor.
- Accionar un conjunto de turbinas mediante el vapor de agua obtenido.
- Aprovechar la energía mecánica de las turbinas para accionar un generador eléctrico. Este generador eléctrico generará electricidad.