Tema 3 energías renovables

TEMA 3: ENERXÍAS RENOVABLES

1


1.- ENERXÍA HIDRAULICA
É a enerxía que ten a auga ó moverse a través dun leito (enerxía cinética) ou
cando se atopa embalsada a certa altura (enerxía potencial). Cando a deixemos caer,
transformarase en enerxía cinética que pode ser aproveitada para diversos fins.
Trátase dunha enerxía renovable.
Xa na antigüidade o home aprendeu a empregar este tipo de enerxía. Para isto
empregou diferentes enxeños (rodas hidráulicas) que foron evolucionando co obxecto
de obter o máximo de rendemento posible.
Hai dúas aplicacións fundamentais da enerxía hidráulica:
-

-

Dende aprox. o ano 100 a.C. ata finais do século XIX: toda a
enerxía hidráulica transformábase en enerxía mecánica que
posteriormente tiña aplicacións específicas en noras ("norias"),
muíños de gran, forxas, industrias téxtiles, etc.
A partir do século XX: empregouse para a obtención de
electricidade

1.1.- COMPOÑENTES
HIDROELÉCTRICO

DUN

CENTRO

DE

APROVEITAMENTO

Toda central hidroeléctrica transforma a enerxía potencial da auga acumulada
nun embalse en enerxía eléctrica a través do alternador. As diferentes transformacións
de enerxía lévanse a cabo no orde que se indica a continuación:
Enerxía potencial (embalse) --> Enerx. cinética da auga (Tubos) --> Enerx. cinética de
rotación (Turbina) --> Enerx. Eléctrica (Alternador)

1.1.1.- EMBALSE
Representa a totalidade da auga acumulada. Para isto dispón dun muro groso de
formigón, denominado presa, que ten por función reter a auga. Basicamente existen
dous tipos:
* Presas de gravidade: co seu peso contrarresta o empuxe da auga. Soe ser recta ou
un pouco cóncava (polo lado da auga). A súa sección transversal é triangular,

TECNOLOXIA INDUSTRIAL I

IES AQUIS CELENIS


2

formando un ángulo recto entre a base e o lado do embalse. A súa construción resulta
cara.

* Presa de bóveda: traballa de maneira que o empuxe da auga transmítese ás ladeiras
dun monte. Soe ser convexa, de tal maneira que canto máis empuxa a auga do
embalse, máis se cravan os lados da presa nas ladeiras do monte. Esta característica
reduce o tamaño da presa, e polo tanto, a súa construción e máis barata para a mesma
solidez que o caso anterior.

1.1.2.- CONDUTOS DE AUGA
Existen dous tipos de condutos:
* Comportas: teñen como misión evacuar a auga que hai no embalse sen que pase
pola sala de máquinas (turbinas). Empréganse cando é necesario soltar auga por
razóns de seguridade.


IES AQUIS CELENIS


3

* Tubos de condución: permite transportar a auga dende o embalse ata as turbinas.
Hai dúas partes importantes: a toma de auga que está colocada a 1/3 da altura da
presa con obxecto de que os lodos, pedras e materiais diversos non sexan arrastrados
pola auga e queden depositados no fondo, e a cheminea de equilibrio que consiste nun
pequeno depósito que está conectado ós tubos de condución no que hai auga
acumulada. Con isto evítanse as variacións de presión na auga cando regulamos o
caudal de entrada.

1.1.3.- SALA DE MÁQUINAS
Na sala de máquinas atopamos:
* Turbinas: teñen como función transformar a enerxía cinética da auga en enerxía
mecánica de rotación. Na actualidade as turbinas máis empregadas son as Kaplan e as
Pelton.
* Alternador: nas turbinas Pelton soe estar solidario ó eixo da turbina xa que a
velocidade de xiro do alternador pode regularse colocando máis ou menos chorros. As
turbinas Kaplan xiran moi rápido, polo que é necesario incorporar un redutor de
velocidade entre a turbina e o alternador. O alternador transforma a enerxía cinética
de rotación en enerxía eléctrica.


IES AQUIS CELENIS


4

1.1.4.- TRANSFORMADORES E LIÑAS DE TRANSPORTE
Os transformadores encárganse de elevar a tensión de saída dos alternadores
(normalmente 20.000 V) ata 400.000 V, que soe ser a tensión empregada para o transporte da
corrente eléctrica entre puntos distantes. Si a central está conectada á rede nacional, debe
estar sincronizada ó conxunto da rede para sumar a súa contribución ás demais.

1.1.5.- POTENCIA OBTIDA NUNHA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
A potencia teórica dunha central hidroeléctrica depende fundamentalmente de
dous parámetros: da altura do salto de auga e do caudal que incide sobre as turbinas.
A expresión matemática que determina a potencia teórica é:
P=9'8·Q·h=9'8·Q·p
sendo Q o caudal en Kg/s, h a altura en m e p a presión da auga ó incidir sobre as
turbinas en kg/m2. A enerxía obtida ven dada por:
E=P·t=9'8·Q·h·t


IES AQUIS CELENIS


5

1.2.- TIPOS DE CENTRAIS
Segundo a potencia que sexan capaces de producir podemos facer a seguinte
clasificación:
 Minicentrais.
A súa potencia é inferior ós 10 MW, e en xeral empréganse para producir
electricidade en pequenos pobos e empresas próximas ós ríos. Pode dispoñer dun
pequeno embalse en ríos pouco caudalosos ou sacar un tubo directamente do río a
certa altura, para crear un desnivel, en ríos con caudal constante ó longo do ano.
 Grandes centrais hidroeléctricas.
A súa potencia é superior ós 10 MW e sitúanse en ríos de grandes caudais. Existen
dous tipos:


De bombeo puro: dispoñen
de dous embalses. Durante
as
horas
de
máxima
demanda de enerxía eléctrica
funcionan como una central
calquera. É dicir, a auga do
embalse superior pasa polos
tubos desde a presa ata as
turbinas, facéndoas xirar e xerando corrente que se transporta polas liñas
de alta tensión. Logo a auga pasa ó embalse inferior, onde se almacena ou
reborda seguindo o curso do río. Para poder obter auga do embalse
superior é necesario bombeala. Así, pois a función principal do embalse
superior é simplemente almacenar a auga.



Centrais mixtas de bombeo:
poden
producir
enerxía
indistintamente con ou sen
bombeo previo. Non se
necesita bombear auga ó
embalse superior para producir
enerxía, pois este embalse é
alimentado polo leito do río.
Soamente cando exista un
excedente de enerxía eléctrica
e o embalse superior dispoña de pouca auga, debido a que nese momento
o caudal do río é pequeno, pódese bombear auga do embalse inferior ó
superior.


IES AQUIS CELENIS


6

1.3.- A ENERXÍA HIDRÁULICA E O MEDIO AMBIENTE

Vantaxes:
 O sistema de produción de enerxía é un dos máis limpos que existen, xa que
non emite fumes nin residuos á atmosfera.
 Os embalses permiten regular o caudal dos ríos, evitando inundacións.
 Permite almacenar auga e aproveitala posteriormente para consumo humano e
regos.
Inconvenientes:
 Á hora de facer a presa e o embalse, anéganse terreos fértiles e en algúns casos
núcleos de poboación.
 Modifícase a vexetación e fauna autóctona.

2.- ENERXÍAS ALTERNATIVAS
Dende a primeira crise do petróleo en 1973 e debido a gran dependencia
enerxética deste combustible, nos países desenrolados e en vías de desenrolo deuse
un gran impulso ó aproveitamento de novos recursos enerxéticos. Pensouse que estes
recursos deberían ter un baixo impacto medioambiental, o que reduciría ó máximo a
degradación do planeta. Para isto decidiuse empregar fontes enerxéticas xa coñecidas
e empregadas polo home. Estas enerxías ademais tiñan a vantaxe de englobarse
dentro das denominadas enerxías renovables, que poden considerarse inesgotables si
facemos un uso racional delas. As vantaxes que aporta o emprego de enerxía
alternativas son: enerxía gratis ou moi barata, e recursos inesgotables que non son
contaminantes.
En xeral considéranse enerxías alternativas a enerxía solar, eólica, enerxía da
biomasa, xeotérmica, maremotriz e enerxía das olas.

2.1.- ENERXÍA SOLAR
O Sol é a principal fonte de enerxía da Terra. Esta enerxía procede das reaccións
termonucleares que ocorren nesta estrela. O hidróxeno transfórmase en helio,
liberándose nesta reacción gran cantidade de enerxía, transportándose en ondas
electromagnéticas. Unha pequena parte chega o noso planeta, da cal, parte é
reflectida na atmosfera, evitando que un porcentaxe alto de radiacións prexudiciais
cheguen a nos.
Comprobouse experimentalmente que a intensidade media da radiación solar,
medida fora da atmosfera é K = 1’94 cal/min × cm2. Esta constante solar considerase

IES AQUIS CELENIS


7

invariable ó longo do tempo. Pero a intensidade solar que chega á superficie da Terra
redúcese considerablemente debido a varios factores, entre os que destacan: gases na
atmosfera (ozono, dióxido de carbono, ...), vapor de auga, partículas de po, etc. A
intensidade de radiación tampouco é igual en todas as zonas da Terra. Dependerá da
súa latitude xeográfica, hora do día, estación do ano e situación atmosférica. A fórmula
que indica a cantidade de calor que chega a un punto da superficie da Terra ven dada
por:
Q=k·t·S
sendo K a constante de radiación solar, t o tempo en minutos e S a sección en cm2. O
calor ven expresado en calorías.

2.1.1.- APROVEITAMENTO DA ENERXÍA SOLAR.
A enerxía solar ten dous campos de aplicación fundamentais: conversión en
enerxía eléctrica e transformación en enerxía térmica ou calorífica.
2.1.1.1.- CONVERSIÓN EN ENERXÍA CALORÍFICA
2.1.1.1.1.- Conversión en enerxía calorífica mediante colectores planos.
Basease no feito de que todo corpo exposto ó Sol absorbe parte dos raios
solares que inciden sobre el. Dependendo da súa cor
absorberá máis ou menos radiacións. Teoricamente,
un corpo de cor negro mate absorbería todas as
radiacións mentres que un branco brillante as
reflectiría todas. Os dispositivos normalmente
empregados para a obtención de enerxía térmica ou
calorífica a partir dos raios solares denomínanse
colectores. Un colector solar é unha caixa, normalmente metálica na que se dispoñen
no seu interior unha serie de tubos, pintados de negro, polos que circula auga. O
interior do colector está pintado de cor negra mate para absorber os raios solares. Na
parte superior dispón dun cristal que permite o paso dos raios e fai de illante co
exterior.

Dependendo da aplicación á que destinemos a auga quente, fabrícanse tres tipos
de colectores:
 Ata temperaturas de 35 ºC: é o modelo de
colector máis sinxelo xa que os tubos non teñen
ningún tipo de illante. As aplicacións máis usuais
son: climatización de piscinas, calefacción de
invernadoiros, secadoiros, duchas ó aire libre, etc.
 Ata temperaturas de 60 ºC: neste caso o
colector leva un cristal exterior e internamente está

IES AQUIS CELENIS


8

illado, mediante fibra de vidro ou poliuretano. O interior e os tubos van
pintados de negro mate. Normalmente empréganse para quentar auga
sanitaria, calefacción de vivendas, usos industriais, etc.
 Ata 120 ºC: o colector leva no interior un illante ó baleiro. Polo tanto, irá
precintado para que non poda ser aberto. Emprégase para usos industriais nos
que necesitamos auga a altas temperaturas.
2.1.1.1.2.- Conversión en enerxía calorífica: aproveitamento pasivo.
Hai moitas aplicacións nas que empregamos este sistema. De feito, o home e os
seres vivos lévana aproveitando dende sempre para quentarse. Entre os diferentes
exemplos cabe destacar:
 Invernadoiros:

os

plásticos permiten a entrada das radiacións
electromagnéticas. Ó incidir sobre o chan, a súa
lonxitude de onda varía e ó intentar saír do
plástico (debido á reflexión) quedan atrapadas.
O resultado é un aumento da temperatura.
 Desalinizadora de auga mariña: consta
dun recipiente de color escuro e illado
exteriormente. Está cuberto por un cristal cunha
orientación duns 45º respecto da horizontal.
Polo efecto da radiación solar evaporase a auga
quedando no fondo o sal. As gotas de auga
condénsanse no vidro e caen á parte inferior,
illada da zona que conten o sal.

Outros exemplos: cociña solar.


IES AQUIS CELENIS


9

2.1.1.2.- CONVERSIÓN EN ENERXÍA ELÉCTRICA.
2.1.1.2.1.- Colectores cilíndrico parabólicos.
Concentran a radiación solar nun tubo que contén un líquido, xeralmente
aceite. Con este sistema podemos conseguir temperaturas de ata 300 ºC. O fluído
transmite o calor dende os colectores ata un intercambiador de calor que hai na
caldeira. Con este calor conseguimos evaporar auga, que pasa a través dunha turbina
que a fai xirar. O alternador, solidario á turbina, encárgase de xerar a enerxía eléctrica.

2.1.1.2.2.- Campo de heliostatos.
Está formado por unha serie de helióstatos ou espellos direccionais de grandes
dimensións que reflicten a luz solar cara unha torre, concentrando os raios solares sobre a
caldeira. O aporte calorífico é absorbido polo fluído da caldeira e conducido ata o xerador de
vapor. A continuación, a enerxía transmítese a un segundo circuíto onde a auga evapórase e
chega ó grupo turbina-alternador, onde obtemos electricidade. Finalmente, o fluído é
condensado no aerocondensador para repetir ó ciclo.


IES AQUIS CELENIS


10

2.1.1.2.3.- PLACAS FOTOVOLTAICAS
Cada módulo ou placa fotovoltaica está
formada por unha serie de células solares
constituídas a base de silicio como material base.
cando a luz solar incide sobre as células xéranse
pequenas tensións (0’58 v) nos extremos dos seus
bornes. as células colócanse en serie conseguindo
unha tensión final de 18 v e unha intensidade de 2 a.
o rendemento enerxético destas placas oscila entre
o 25 e o 35% dependendo da súa orientación e da
temperatura á que están sometidas. o rendemento
diminúe a medida que aumenta a súa temperatura.

2.1.1.3.- OUTRAS APLICACIONS: FORNO
SOLAR
Consiste en concentrar nunha
pequena zona ou punto todos os raios
solares que inciden nunha superficie moi
grande en comparación coa zona interior.
para isto empregamos un espello de
forma parabólica. as temperaturas poden
alcanzar os 4000 ºc e emprégase
principalmente para a investigación, no
estudio do punto de fusión de materiais.

2.2.- ENERXÍA EÓLICA
Ten como fonte o vento, é dicir, o aire en movemento. O que aproveitamos da
enerxía eólica é a súa enerxía cinética. O vento orixínase como consecuencia da
cantidade de sol que incide sobre o aire, quentándoo e xerando correntes de aire; da
rotación da Terra e das condicións atmosféricas dun lugar concreto. Calcúlase que o
2% da enerxía solar que recibe a Terra transfórmase en enerxía cinética dos ventos,
aínda que soamente podemos aproveitar a que circula preto do chan.
A enerxía eólica, xunto co lume e a enerxía animal, constitúen as primeiras
enerxías que empezou a empregar o ser humano. As principais aplicacións foron no

IES AQUIS CELENIS


11

transporte marítimo (barcos de vela), muíños de vento para moer cereais e extraer
auga, e en máquinas motrices para a industria.

2.2.1.- AEROGENERADORES:FUNCIONAMENTO, PARTES E TIPOS
2.2.1.1.- Funcionamento
O funcionamento é o seguinte: o vento incide sobre as palas do aerogenerador
e faio virar, este movemento de rotación transmítese ao xerador a través dun sistema
multiplicador de velocidade. O xerador producirá corrente eléctrica que se deriva ata
asliñas de transporte. Para asegurar en todo momento o fornezo eléctrico, é necesario
dispoñer de acumuladores.

2.2.1.2.-Partes
Os elementos de que consta unha máquina eólica son os seguintes:
-

Soportes (torres ou tirantes)
Sistema de captación (rotor)
Sistema de orientación
Sistema de regulación (controlan a velocidade de rotación)
Sistema de transmisión (eixes e multiplicador)
Sistema de xeración (xerador)

1) Torre. É o elemento de sujeción e o que sitúa o rotor e os mecanismos que o
acompañan á altura idónea. Está construída sobre unha base de hormigón
armado (cimentación) e fixado a esta con pernos. A torre ten forma tubular e
debe ser suficientemente resistente para aguantar todo o peso e os esforzos do
vento, a neve, etc. Na súa base está generalmente o armario eléctrico, a través
do cal actúase sobre os elementos de xeración e que alberga todo o sistema de
cableado que provén da góndola, así como o transformador que eleva a
tensión. No exterior ten escalas para acceder á parte superior.
2) O rotor. É o elemento que capta a enerxía do vento e transfórmaa en enerxía
mecánica. Á súa vez, o rotor componse de tres partes fundamentais: as palas
(que capturan a enerxía contida no vento), o eixe (que transmite o movemento
giratorio das palas ao aerogenerador) e o buje (que fixa as palas ao eixe de
baixa velocidade). As palas son os elementos máis importantes, pois son as que
reciben a forza do vento e móvense grazas ao seu deseño aerodinámico. Están
fabricadas con resina de poliéster e fibra de vidro sobre unha estrutura
resistente, e o seu tamaño depende da tecnoloxía empregada e da velocidade
do vento.
3) Góndola. É a estrutura na que se resgardan os elementos básicos de
transformación de enerxía, é dicir: multiplicador, eixe do rotor, xerador e
sistemas auxiliares.


IES AQUIS CELENIS


12

4) Multiplicador. É un elemento conectado ao rotor que multiplica a velocidade
de rotación do eixe (unas 50 veces) para alcanzar o elevado número de
revolucións que necesitan as dinamos e os alternadores. Dentro dos
multiplicadores distínguense dous tipos: os de poleas dentadas e os de
engranaje.



Multiplicadores de poleas dentadas. Utilízanse para rotores de baixa
potencia
Multiplicadores de engranaje. Neste tipo de multiplicadores os engranajes
están protexidos en caixas blindadas para evitar a súa desajuste e
desengrasado.

Aínda que a maioría dos aerogeneradores teñen multiplicador, existen
algúnsrotores que non o necesitan.
5) Sistema hidráulico. Utilizado para restaurar os freos aerodinámicos do
aerogenerador.
6) Eixe de alta velocidade. Vira aproximadamente a 1.500 revolucións por minuto
(r.p.m.), o que permite o funcionamento do xerador eléctrico. Está equipado
cun freo de disco mecánico de urxencia. O freo mecánico utilízase en caso de
fallo do freo aerodinámico, ou durante os labores de mantemento da turbina.
7) Xerador. A función do xerador é transformar a enerxía mecánica en enerxía
eléctrica. En función da potencia do aerogenerador utilízanse dinamos (son
xeradores de corrente continua e úsanse en aerogeneradores de pequena
potencia, que almacenan a enerxía eléctrica en baterías) ou alternadores (son
xeradores de corrente alterna). La potencia máxima adoita estar entre 500 e
3000 kilovatios (kW).
8) Mecanismo de orientación.Activado polo controlador electrónico, que vixía a
dirección do vento utilizando o catavento. Normalmente, a turbina só se
orientará uns poucos grados cada vez, cando o vento cambia de dirección.
9) Controlador electrónico. Ten un ordenador que continuamente monitoriza as
condicións do aerogenerador e que controla o mecanismo de orientación. En
caso de calquera disfunción (por exemplo, un sobrecalentamiento no
multiplicador ou no xerador), automáticamente para o aerogenerador
10) Unidade de refrigeración. Contén un ventilador eléctrico utilizado para
arrefriar o xerador eléctrico. Ademais contén unha unidade de refrigeración de
aceite empregada para arrefriar o aceite do multiplicador. Algunhas turbinas
teñen xeradores arrefriados por auga.
11) Anemómetro e o catavento. Utilízanse para medir a velocidade e a dirección
do vento. Os sinais electrónicos do anemómetro son utilizadas polo controlador
electrónico do aerogenerador para conectar o aerogenerador cando o vento
alcanza aproximadamente 5 m/s (18 km/h). O ordenador parará o
aerogenerador automáticamente si a velocidade do vento excede de 25 m/s
(90 km/h), co fin de protexer á turbina e as súas alrededores. Os sinais do
catavento son utilizadas polo controlador electrónico do aerogenerador para
virar ao aerogenerador en contra do vento, utilizando o mecanismo de
orientación.

IES AQUIS CELENIS


13

2.2.2.- CLASIFICACIÓN DAS MÁQUINAS EÓLICAS
Distinguimos dous tipos de aeroxeradores, aeroturbinas ou turbinas eólicas: de eixo
horizontal e de eixo vertical.
 Aeroturbinas de eixo horizontal: son as máis empregadas debido ó seu
avanzado desenrolo tecnolóxico e comercial. Para o seu funcionamento
necesitan manterse paralelas ó vento, para que este incida sobre as palas e as
faga xirar. Dependendo da
potencia clasifícanse en:
o Potencia
medias
ou
baixas (de 0’5 a 50 kW): o
número de aspas soe ser
grande e empréganse para
bombear auga e como
abastecemento
complementario
de
electricidade en fogares.
Funcionan
a
pleno
rendemento cando a
velocidade do aire é de 5
m/s e arrancan a 2 m/s.
o Potencial alta (máis de 50 kW): teñen un máximo de catro palas de
perfil aerodinámico. Precisan de ventos de 9 m/s para arrancar e o
rendemento aumenta a medida que xiran con maior velocidade e para
palas de maiores dimensións, e diminúe para velocidades do vento
superiores a 15 m/s.

 Aeroturbinas de eixo vertical: o seu
desenrolo tecnolóxico é menor e o seu uso bastante
escaso, pero presentar un futuro prometedor debido
a que non necesitan dispositivos de orientación (por
cuestións de simetría están sempre orientadas) e
ofrecen menos problemas de resistencia e vibracións
estruturais. As aeroturbinas más empregadas son:


IES AQUIS CELENIS


14

o Aeroturbina
Savonius:
componse
basicamente
de
dous
semicilindros iguais desprazados do eixo. O
vento, ó actuar sobre a superficie do
cilindro, produce o xiro do eixo.

o Aeroturbina Darrieus: está constituída por palas de
perfil biconvexo unidas unhas con outras
producindo o xiro do eixo ó que están unidas.

2.2.4.- DESEÑO DAS INSTALACIÓNS
No deseño dunha instalación eólica é necesario considerar tres factores:
-

O emprazamento
O tamaño da máquina
Os custos

O emprazamento elixido para instalar a máquina eólica ha de cumprir dúas
condicións: o vento ha de soprar con regularidad e a súa velocidade ha de ter un
elevado valor medio.


IES AQUIS CELENIS


15

É necesario dispoñer dunha información meteorolóxica detallada sobre a
estrutura e distribución dos ventos. As medicións estatísticas deben realizarse durante
un período mínimo de tres anos, para poder obter uns valores fiables, que unha vez
procesados permiten elaborar:
-

-

-

Mapas eólicos: proporcionan unha información de ámbito global do nivel
medio dos ventos nunha determinada área xeográfica, situando as zonas máis
idóneas baixo punto de vista energético
Distribucións de velocidade: estudo a escala zonal dun mapa eólico, que
proporciona número de horas ao ano en que o vento ten unha dirección e unha
velocidade determinadas
Perfís de velocidade: variación da velocidade do vento coa altura respecto ao
chan, obtido por un estudo puntual

O tamaño da máquina condiciona fuertemente os problemas técnicos. No caso das
grandes plantas eólicas, o obxectivo principal é conseguir unidades tan grandes como
sexa posible, co fin de reducir os custos por kW obtido, pero as grandes máquinas
presentan problemas estructurales que só os pode resolver a industria aeronáutica.
Para as pequenas aeroturbinas, o problema é diferente; o obxectivo técnico principal é
a redución do seu mantemento, xa que a súa aplicación adoita estar dirixida a usos en
zonas illadas. O custo , si deséxase producir enerxía eléctrica para distribuír á rede, é
lóxico deseñar unha planta eólica mediana ou grande, mentres que si trátase de
utilizar esta enerxía de forma illada, será máis adecuado a construción dunha máquina
pequena, ou seica mediana.
O tamaño da planta eólica determina o nivel de produción e, xa que logo, inflúe
nos custos da instalación, dentro dos que cabo distinguir entre o custo da planta (custo
por kW) e o custo da enerxía (custo por kWh).

2.2.5.- CÁLCULO DA ENERXÍA XERADA NUNHA AERO TURBINA
Imaxinemos un tubo de aire de sección S pertencente ó fluxo que vai entrar
nunha turbina eólica, como indicamos na figura 15.
Admitindo que a sección S está fixa no espazo e que o fluído pasa a través dela,
a unha velocidade uniforme v, ó cabo do tempo t recorrería unha distancia l na
dirección da aeroturbina.
Polo tanto:
Velocidade do vento: v = l/t

l=v·t

A densidade do aire ven dada pola fórmula:  = m/V ; m = ·V
O volumen de vento que atravesou o tubo no tempo, t, vale:
V = S·l = S · v · t

IES AQUIS CELENIS


16

polo que a masa valerá:
m = · S · v · t
A enerxía cinética deste volume de vento é:
Ec = ½ m · v 2 = ½  · S · v · t · v 2 = ½  · S · t · v 3
O divider a enrxía cinética polo tempo empregado en atravesar o tubo do aire,
obteremos a potencia que posee o vento:
Pvento = Ec/t = ½  · S · v3
Pero non toda a enerxía que ten este vento pode ser captada polas penlas da
aeroturbina.
Defínese o rendemento aerodinámico coma a relación entre:
 = Eutil / Ec = Putil / Pvento

Pútil =  · ½  · S · v3

2.3.- BIOMASA
Denomínase biomasa ó conxunto de materia orgánica renovable (non fósil) de
procedencia vexetal, animal ou resultante dunha transformación natural ou artificial. O
baixo rendemento enerxético, asociado ó gran volume e alto contido de humidade, fai
da biomasa un combustible non moi bo para a obtención de enerxía a media e gran
escala. Faise necesaria a transformación previa da biomasa nun combustible de maior
poder enerxético. Esta transformación da biomasa pode facerse por medio de tres
procedementos ou métodos indicados a continuación.


Por extracción directa.

Consiste na existencia de certas especies vexetais que producen no seu
metabolismo hidrocarburos ou compostos moi hidroxenados, con elevado poder
calorífico. A súa obtención faise mediante extracción (esmagamento) ou engadindo
certos compostos químicos.


Procesos termoquímicos.

Consiste en someter a biomasa a temperaturas elevadas, orixinándose procesos
termoquímicos irreversibles.
o Si o proceso se leva a cabo mediante a combustión da biomasa con aire
abundante (comburente), obtemos calor, podendo empregarse para
producir vapor que mova unha turbina que arrastre un alternador para
producir electricidade. Cando empregamos biomasa seca (<20% de

IES AQUIS CELENIS


17

humidade) o rendemento enerxético oscila entre o 80 e o 85%. Si o
grado de humidade é superior ó 50%, o seu rendemento atópase entre
o 65 e o 70%. A vantaxe de empregar a biomasa como fonte de enerxía
redunda en que os gases residuais producen pouca contaminación
debido o escaso contido de xofre.
o Cando a combustión se fai con defecto de aire, obtemos CO, CO 2 e H2.
Este mestura denomínase gas pobre. Para obter este gas debemos
elevar a temperatura do forno entre 700 e 1500 ºC, limitando a
cantidade de aire entre un 10 e un 50% da cantidade necesaria para
unha combustión normal, facendo pasar o aire a gran velocidade a
través do combustible ardendo, e xerando así un gas pobre ou gas de
gasóxeno.
o Si no caso anterior empregamos como comburente osíxeno puro, o
resultado é unha mestura de monóxido de carbono, hidróxeno e
hidrocarburos que denominamos gas de síntese. Este gas pode
transformarse en combustible líquido (metanol ou gasolina) con elevada
demanda no mercado.
o Si a combustión faise en ausencia de aire, denomínase pirólises. Neste
proceso hai unha descomposición da materia orgánica, debida ó calor,
que orixina tres tipos de produtos finais: gasosos (combustibles de H2,
CO2 e hidrocarburos), líquidos (hidrocarburos complexos de carácter
osixenado como os alcohois) e sólidos (carbón e chapapote).



Procesos bioquímicos.

Nestes procesos transfórmase a biomasa en enerxía. Para isto empréganse
diferentes tipos de microorganismos presentes na propia biomasa ou que son
engadidos. Os procesos bioquímicos ou de fermentación máis importantes son:
o Fermentación alcohólica: é o proceso de transformación da glicosa
("glucosa") en etanol (alcohol etílico) pola acción de microorganismos.
Calquera produto que conteña azucres ou amidón pode transformarse
en alcohol.
o Fermentación anaerobia: consiste na fermentación en ausencia de
osíxeno e prolongada no tempo. Orixínase unha mestura de produtos
gasosos (metano e dióxido de carbono) denominado biogas.

2.4.- ENERXÍA XEOTÉRMICA.
É a enerxía calorífica que procede do interior da Terra. Sóbese que o núcleo da
Terra ten unha temperatura que pode chegar ata os 4000 ºC. Esta temperatura vai

IES AQUIS CELENIS


18

diminuíndo a medida que nos aproximamos á superficie. Por termino medio, a medida
que afondamos, a temperatura da Terra elévase a razón de 3 ºC por cada 100 m. Así,
pois unha solución sinxela para obter enerxía calorífica barata podía ser a realización
de dous buratos moi fondos e próximos entre si. Por un deles introduciriamos auga fría
e polo outro obteriamos auga quente. Esta solución non é valida en todos os lugares
debido a que a baixa condutividade térmica dos materiais que constitúen a Terra non
permite un suficiente fluxo térmico dende o interior da Terra.

Sen embargo, existen zonas nas que observamos anomalías xeotérmicas,
producíndose transferencias de calor moito maiores, ou onde a escala de
temperaturas en función da profundidade é moito maior.

2.4.1.- TIPOS DE XACEMENTOS.
Para extraer o calor da Terra emprégase sempre algún fluído, normalmente
auga que unha vez quente, extraese e aproveitase a súa enerxía térmica para
transformala noutro tipo de enerxía, na maioría dos casos en enerxía eléctrica.
Dependendo do lugar onde atopamos a auga, temos:
 Xacementos hidrotérmicos: neste caso, o propio fluído (auga) atópase
no interior da Terra, debido ás filtracións do terreo motivadas polas
chuvias, ríos, ... A auga pode encontrarse líquida ou en forma de vapor,
dependendo da presión e temperatura
que exista no interior do xacemento.
Estes xacementos soen estar formados
por: un foco de calor recuberto de roca
impermeable quente, que permite a
transferencia de calor á roca
permeable á que chegou auga. Por
efecto da calor elévase a temperatura
da auga, aumentando a presión. Si a
temperatura é alta, a auga convértese en vapor a gran presión.

IES AQUIS CELENIS


19

Perforada a roca impermeable, o vapor e/ou auga quente ascenden ata
a superficie e aproveitase a súa enerxía calorífica para transformala en
enerxía eléctrica. A miúdo polo efecto da gran presión interior e debido
a movementos sísmicos, rómpese a roca impermeable que está cerca da
superficie orixinando a saída de auga e/ou vapor a gran presión. Este
fenómeno coñécese co nome de geyser.
 Xacementos xeopresurizados: son iguais que os anteriores, pero nestes
casos a auga atópase a profundidades maiores. Isto orixina que a
presión da auga sexa moi grande. Normalmente a auga está en estado
líquido a pesar de alcanzar temperaturas de 200 ºC. Ademais, a estas
temperaturas tamén soe aparecer gas natural, co que obtemos outro
tipo de enerxías: enerxía calorífica da auga, enerxía de presión da auga
e enerxía química do gas natural.
 Xacementos de roca quente: están formados por rocas impermeables
que teñen unha temperatura que oscila entre os 150 e 300 ºC. Non
existe fluído (auga) nas rocas. A solución para extraer o calor é facer
dúas perforacións e introducir auga fría por unha delas, para obter auga
quente pola outra. O problema é que toda a roca é impermeable e a
auga non pasa dun conduto ó outro. Si os colocamos xuntos hai pouca
transferencia de calor debido a pouca condutividade da roca. Na
actualidade ensáianse novos métodos para poder extraer o máximo de
enerxía.

2.4.2.- VANTAXES
XEOTÉRMICA.

E

INCONVENIENTES

DO

USO

DA

ENERXÍA

A vantaxe que presenta é que é unha enerxía gratis e inesgotable, pero como
inconvenientes presenta a posible contaminación das augas do entorno, debido a que
a auga extraída contén sustancias nocivas; e a emisión de CO2 á atmosfera.

2.5.- RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU).
Son aqueles residuos xerados pola actividade doméstica nos núcleos de poboación
e zonas de influencia. O tratamento destes residuos lévase a cabo mediante os
seguintes métodos:
 Incineración: consiste en queimar os residuos combustibles, xeralmente, para
obter enerxía eléctrica ou calorífica. Outra solución é permitir a fermentación
dos residuos orgánicos para obter biogás que logo empregaremos como
combustible.


IES AQUIS CELENIS


20

Outros métodos: presentan como característica que non son métodos de
obtención de enerxía. Os máis usuais son:
 Vertido controlado: os residuos son enterrados en lugares adecuados para
evitar que contaminen o medio ambiente.
 Compostaxe: ferméntanse os residuos de orixe orgánico para posteriormente
empregalos como abonos.
 Reciclado: consiste en separar e clasificar os compoñentes que poden ser
empregados como materia prima para fabricar outros produtos. Por exemplo:
vidro, papel, plástico, etc.

2.6.- ENERXÍA DOS OCÉANOS
Os océanos actúan como captadores e acumuladores de enerxía, que se intenta
aproveitar para satisfacer as nosas necesidades energéticas. As formas de
aprovechamiento son:
 Diferenza de altura das mareas (Enerxía mareomotriz)
 Gradientes térmicos (Enerxía maremotérmica)
 Olas (Enerxía das olas)

2.6.1.- ENERGIA MAREOMOTRIZ
2.6.1.1.- MAREAS
Na maioría dos lugares hai dúas mareas altas e dúas mareas baixas por día ((Ao
sur do mar de Chinesa só hai unha marea ao día; en Tahití as mareas non están
relacionadas en absoluto comovemento da Lúa, senón que ten lugar regularmente ao
mediodía e a medianoche “mareas solares”.
 As mareas altas generalmente teñen lugar cando a lúa está no horizonte
 As mareas máis altas son as da lúa chea e a lúa nova; as máis baixas, a medio
camiño entre eses puntos. As mareas altas de lúa chea e nova chámanse
mareas vivas, as máis baixas noprimeiro e terceiro cuartos chámanse mareas
mortas
 O grado das mareas (diferenza de altura) é generalmente de 1 a 3 metros, pero
poden ser moito máis altas (12 m en Francia, 15 m en Canadá) ou máis baixas
(15 a 30 cm no Mediterráneo) nalgúns lugares.
 A explicación das mareas solares, as mareas diarias do sur de Chinesa, ou as
mareas de 15 m da bahía de Fundy (Newfoundland) é debida ás irregularidades
dos fondos oceánicos.
As mareas dependen de:
-

A atracción gravitatoria Terra – Lúa
Forza centrífuga
Atracción gravitatoria Sol -Terra- Lúa


IES AQUIS CELENIS

-

21

Profundidade dos océanos
Irregularidades dos fondos oceánicos

2.6.1.2.- CENTRAIS MAREOMOTRICES. CARACTERÍSTICAS. FUNCIONAMENTO
A potencia aprovechable das mareas a escala mundial é da orde de 60 a 70
millóns de Kw anuais, que é o equivalente energético de 2000 millóns de toneladas de
carbón. A capacidade de produción real é moi limitada, pois para que sexa rendible
construír unha central mareomotriz, é necesario que:
-

A diferenza de alturas das mareas sexa significativamente grande (mínimo 5 m)
A fisonomía da costa permita a construción de diques

A construción dunha central mareomotriz require o cerramiento dun estuario ou
unha bahía mediante un dique provisto de compuertas. En cada unha delas instálase
unha turbina tipo bulbo de baixa presión e de palas orientables, conectada a un
alternador. Estes grupos son capaces de funcionar como xeradores de electricidade e
como bombas de impulsión do auga en ambos sentidos
A secuencia de funcionamento durante un ciclo pleamar – bajamar é a seguinte:
1. Ao subir a marea, a auga penetra no embalse e acciona os grupos turbinaalternador, cos que se obtén enerxía eléctrica
2. Ao final da pleamar, as turbinas actúan como bombas e provocan o
sobrellenado do embalse
3. Cando baixa a marea, a auga regresa de novo ao mar, volve accionar os grupos
turbina alternador e de novo obtense enerxía eléctrica
4. Ao final da bajamar, as turbinas actúan outra vez como bombas e provocan un
sobrevaciado do embalse.
5. Os álabes das turbinas, poden variar a súa posición e deixar paso libre ao auga
en caso de necesidade.

Esquema de funcionamento dunha central mareomotriz


IES AQUIS CELENIS


22

A única central mareomotriz operativa na actualidade é a do estuario da Rance,
en Francia, inaugurada en 1967. Outros proxectos abandonados por problemas
técnicos son: Bahía de Fundy en Canadá, ou Estuario do río Severn en Gran Bretaña.
En España, hai un proxecto para a costa de Santoña, en Cantabria. A planta
podería atender ao consumo doméstico anual duns 2.500 fogares.

VANTAXES E INCONVENIENTES
Vantaxes

Desvantaxes

Fonte de enerxía renovable

Depende da diferenza de amplitud das
mareas

Disponibilidad todo o ano
Impacto visual
Apto para aquelas zonas nas que non
chega o fornezo de xeito convencional

Impacto nos ecosistemas da zona
Alto custo das instalacións.


IES AQUIS CELENIS


23

2.6.2.- ENERXIA MAREMOTÉRMICA
A absorción de enerxía solar polo mar, dá lugar a que a auga da superficie
posúa un nivel térmico superior ao das capas inferiores, podendo variar ata 25ouC
desde a superficie a 1000 m de profundidade, sendo esta diferenza de temperatura
constante ao longo do ano.
Para aproveitar este gradiente térmico empréganse os motores térmicos, que
funcionan entre dous focos de calor; o foco quente á temperatura do auga superficial
(Tc) e o foco frío ou punto a menos temperatura (Tf).
A transformación da enerxía térmica en eléctrica, lévase a cabo por medi o do
ciclo de “Rankine”, no que un líquido se evapora para pasar logo a unha turbina. O
ciclo pode ser aberto ou pechado.
-

-

Aberto: Utilizan directamente a auga do mar. A auga da superficie se evapora a
baixa presión e acciona as turbinas. Posteriormente devólvese ao mar onde se
licúa de novo.
Pechado: Utilízanse fluídos de baixo punto de ebullición, como o amoniaco, o
freón ou o propano.

A calor das augas superficiais é suficiente para evaporarlos. O vapor xerado
utilízase para mover as turbinas, e posteriormente é arrefriado utilizando auga das
capas profundas, co que o ciclo volve comezar.
Os compoñentes principais dunha planta maremotérmica, son:
-

Evaporador
Turbina
Condensador
Tuberías e bombas
Estrutura fixa ou flotante
Sistema de anclaje
Cable submarino (central flotante)

Problemas principais:
-

Escasa diferenza de temperatura
Necesaria enerxía para bombear a auga das profundidades
Problemas de corrosión.

Usos dunha planta maremotérmica:
-

Produción de enerxía eléctrica
Produción de auga potable nos sistemas de ciclo aberto


IES AQUIS CELENIS

-

24

Xeración de hidrógeno
Acuicultura, utilizando a auga das profundidades, máis rica en nutrientes,
paradesenvolver diferentes especies mariñas

2.6.3.- ENERXÍA DAS OLAS (UNDIMOTRIZ)
As olas que se producen na superficie do mar son provocadas polos ventos, dos
que recollen e almacenan enerxía. Ao non ser estes constantes nin en velocidade nin
en dirección, as olas producidas non son regulares, polo que é bastante complicado
determinar e aproveitar a enerxía que transportan. Como aproximación, unha ola de 3
m de altura é capaz de fornecer entre 25 e 40 kW por metro de fronte.
O aprovechamiento é difícil e complicado, e o rendemento obtido é moi baixo,
ao que hai que engadir o impacto ambiental que sufriría a zona.
Os captadores de olas, todos aínda en fase experimental, poden ser de dous
tipos:
-

-

Activos: os elementos da estrutura móvense como resposta á ola e extráese a
enerxía utilizando o movemento relativo que se orixina entre as partes fixas e
móbiles
Pasivos: A estrutura fíxase ao fondo do mar ou na costa e extráese a enerxía
directamente do movemento das partículas de auga.

Pódense aproveitar tres fenómenos básicos que se producen nas olas:
-

Empuxe da ola
Variación da altura da superficie da ola
Variación da presión baixo a superficie da ola.

Os absorbedores máis rendibles caracterízanse en tres grupos:
-

-

-

Totalizadores: Situados perpendicularmente á dirección da ola incidente, é
dicir, paralelo á fronte de ola para captar a enerxía dunha soa vez (Rectificador
Russel, Pato Salter, Balsa Cockerell)
Atenuadores: Longas estruturas co seu eixe maior colocado paralelo á
dirección de propagación das olas, para absorber a enerxía dun modo
progresivo (Buque Kaimei, Bolsa de Lancaster)
Absorbedores puntuales: Captan a enerxía da porción de ola incidente e a
dunha contorna máis ou menos ampla. Adoitan ser corpos de revolución, polo
que non importa a dirección

En España aínda non se aproveita este tipo de enerxía de forma comercial,
soamente en Cantabria e o País Vasco existen dous centrais piloto, unha en Santoña e
outra en Mutriku (Guipúzcoa). Tamén existe un proxecto para instalar unha planta en
Granadilla (Tenerife).


IES AQUIS CELENIS


25

Na costa Portuguesa, inaugurouse parte dunha planta en setembro de 2008, pero
pechouse en marzo de 2009 por problemas técnicos e financeiros.


IES AQUIS CELENIS

Tema 3 energías renovables

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (11)

Destaque

Destaque (20)

Semelhante a Tema 3 energías renovables

Semelhante a Tema 3 energías renovables (20)

Mais de David Blanco

Mais de David Blanco (9)

Tema 3 energías renovables