El documento describe los conceptos de energía, potencia y cambio climático. Explica cómo la atmósfera crea el efecto invernadero y mantiene la temperatura de la Tierra, pero que el aumento de gases de efecto invernadero debido a la actividad humana está intensificando el efecto e incrementando el calentamiento global. También analiza las diferentes fuentes de energía y los gases responsables del efecto invernadero como el CO2, el metano y el óxido nitroso.

1. Energía, potencia y cambio climático

2. Índice 1. Degradación de la energía y generación de potencia eléctrica. 2. Fuentes de energía en el mundo. 3. Producción de energía a partir de combustibles fósiles. 4. Producción de energía a partir de combustibles no fósiles. 5. Efecto invernadero. 6. Calentamiento global. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 2

3. 5. El efecto invernadero La atmósfera, esa delgada capa de gases que envuelve la Tierra, ha hecho posible la existencia de la vida tal y como la conocemos. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 3 Astronomypictures of theday Apolo 17. Nasa.

4. Sin la atmósfera, la temperatura efectiva de la Tierra calculada teóricamente sería alrededor de -18ºC, 33ºC inferior a la temperatura media del planeta, unos 15ºC. Este efecto del calentamiento del planeta debido a la atmósfera es el denominado EFECTO INVERNADERO. Su aumento por causas humanas se conoce como EFECTO INVERNADERO INTENSIFICADO. 03/03/2011 Taringa.net ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 4

5. ¿-18ºC ? Un modelo simplificado A la Tierra llega un flujo solar incidente, pero no todo es absorbido. Parte del mismo se refleja, pudiéndose caracterizarse este fenómeno mediante el albedo α. α = Intensidad reflejada (Ir)/Intensidad incidente (I) 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 5

6. α = Ir/I Así Ir = α I El albedo global anual medio α se calcula en un 0,3 (30%) aproximadamente. 03/03/2011 Puertorico.contrytoolbox.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 6

7. 03/03/2011 Meteored.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 7

8. La Tierra: sistema en equilibrio energético. Balance de radiación nulo 03/03/2011 Physicsforthe IB Diploma. Cambridge ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 8

9. Energía solar 03/03/2011 La luminosidad del sol es P = 3,9 . 10 26 W. Este cálculo se ha hecho mediante la aplicación de las leyes de Wien y Stefan-Boltzman de la radiación del cuerpo negro. Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 9

10. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 10 Max Planck. Astrocosmo.cl NOTA: Si consideramos la Tierra un cuerpo negro a 15ºC (288 K) λmax = 2,9 . 10-3 m K/288 K λmax = 1.10-5 m (infrarrojos) Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.

11. 03/03/2011 Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 11

12. Intensidad incidente (I) 03/03/2011 La luminosidad del sol es P = 3,9 . 10 26 W. Esta energía se distribuye uniformemente sobre la superficie de una esfera imaginaria de r = 1,50 . 10 11 m. (Distancia Sol-Tierra). La constante solar (S) es la cantidad de energía solar que llega por segundo a un área de 1 m2 de la atmósfera terrestre con los rayos del sol perpendiculares. S = P/4 π r2 = 3,9 . 10 26 W/ 4 π (1,50 . 10 11 m)2 = 1380 W m-2, redondeada a S = 1400 W m-2 . Puede variar ± 1,5% según la emisión del sol y ± 4% por la variación de la distancia Tierra-Sol (órbita elíptica). ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 12

13. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 13 Así: I = S/4 I = 1400 W m-2/4 I = 350 W m-2 Physicsforthe IB Diploma. Cambridge

14. ¿-18 ºC ? Un modelo simplificado 03/03/2011 La potencia P recibida en un área A de la Tierra: P = (1-α) I A = (1-α) (S/4) A La potencia emitida por la Tierra como cuerpo negro (ley Stefan-Boltzman): P = σ A T4 Igualando: (1-α) S = 4 σ T4 Dando valores: α = 0,30; S = 1400 Wm-2 y σ = 5.67 10-8 W m-2 K-4 T = 255 K aprox (-18 ºC) Physicsforthe IB Diploma. Cambridge ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 14

15. Modificaciones al modelo 03/03/2011 La Tierra no se comporta como un cuerpo negro perfecto. Hay que considerar la emisividad ε. La emisividad es el cociente entre la potencia radiada por unidad de área por el objeto y la potencia radiada por unidad de área por un cuerpo negro a la misma temperatura. ε varia entre 0 y 1 (cuerpo negro perfecto). Así, P emitida = εσ A T4 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 15

16. Modificaciones al modelo 03/03/2011 Si la potencia de radiación entrante no es igual a la potencia de radiación saliente, el cambio de la temperatura en un período de tiempo puede calcularse: ∆ T = (I in – I out) t /Cs Cs = Capacidad calorífica superficial = Energía requerida para aumentar en 1 grado la temperatura de la unidad de superficie de un planeta. Se mide en J m-2 K-1 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 16

17. 03/03/2011 Physicsforthe IB Diploma. Cambridge ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 17

18. 03/03/2011 Physicsforthe IB Diploma. Cambridge ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 18

19. Modificaciones al modelo 03/03/2011 El planeta no es un cuerpo simple. No se pueden ignorar las interacciones en la atmósfera o los océanos. Hay que tener en cuenta que muchos procesos se retroalimentan al cambiar el valor de las constantes implicadas en el cálculo (α, ε). Por ejemplo, un aumento en la temperatura del planeta puede causar la fusión del hielo, lo cual modifica el albedo…. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 19

20. 03/03/2011 Lacomunidad.elpais.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 20

21. 03/03/2011 Serdioclima.blogspot.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 21

22. 03/03/2011 Monografías.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 22

23. 03/03/2011 Temas Investigación y Ciencia 45. Cambio climático. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 23

24. Gases Invernadero: Vapor de agua (H2O) 03/03/2011 Aprendiendobiologiaenquinto.blogspot.com Procede de la evaporación del agua de océanos, lagos y ríos. Su calor efectivo comparado con el CO2 (1) es 0,1. Apenas contribuye al incremento del calentamiento global. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 24

25. Gases Invernadero: Dióxido de carbono (CO2) 03/03/2011 Expower.es Fuentes naturales: incendios forestales, erupciones volcánicas, evaporación … Fuentes artificiales: Combustión de combustibles fósiles y quema de bosques. Su calor efectivo se toma como 1 para comparar. Contribuye al incremento del calentamiento global en un 43% aprox. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 25

26. Gases Invernadero: Metano (CH4) 03/03/2011 Expower.es Fuentes naturales: incendios forestales, erupciones volcánicas, evaporación … Fuentes artificiales: Combustión de combustibles fósiles y quema de bosques. Su calor efectivo comparado con el CO2 (1) es 30. Contribuye al incremento del calentamiento global en un 27% aprox. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 26

27. Gases Invernadero: Monóxido de dinitrógeno (N2O) 03/03/2011 Fuentes naturales: Bosques, océanos, suelos, praderas, actividad microbiana. Fuentes artificiales: Fertilizantes, combustión combustibles fósiles, manufactura del cemento, deforestación (disminuye la fijación de nitrógeno por las plantas). Su calor efectivo comparado con el CO2 (1) es 150. Contribuye al incremento del calentamiento global en un 4% aprox. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 27

28. Otros gases invernadero: 03/03/2011 El OZONO (O3) también contribuye al efecto invernadero. Su calor efectivo comparado con el CO2 es de 2000 y su contribución al incremento del calentamiento globlal es en torno al 10%. Los CLOROFLUOROCARBONOES (CFCs), usados en refrigerantes, propelentes y disolventes también contribuyen en otro 10%. Su calor efectivo comparado con el CO2 es de más de 10 000. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 28

29. ¿Por qué son gases invernadero? En los átomos, la energía de los electrones está cuantizada. Existen niveles de energía permitidos. Las moléculas también tienen niveles de energía cuantizados asociados a sus movimientos rotacionales o vibracionales. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 29

30. Modos vibracionales y rotacionales del CO2 03/03/2011 PhysicsCourseCompanion. IB Diploma. Oxford ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 30

31. A.1 DETERMINACIÓN DE ESTRUCTURAS Técnicas espectroscópicas ESPECTROS DE ABSORCIÓN Cuando un compuesto orgánico se expone a radiación em, absorbe energía de ciertas longitudes de onda. El que la energía de la luz sea absorbida o no depende tanto de la estructura del compuesto como de la longitud de onda de la radiación. La molécula gana energía cuando absorbe radiación. Esto puede incrementar los movimientos moleculares: los enlaces pueden alargarse, flexionarse o girar. Alternativamente, pueden excitarse electrones pasando a orbitales de mayor energía La cantidad de energía que una molécula contiene no varía de manera continua sino que está CUANTIZADA.

32. A.1 DETERMINACIÓN DE ESTRUCTURAS Técnicas espectroscópicas ESPECTROS DE ABSORCIÓN Las longitudes de enlace son en realidad promedios. Los enlaces continuamente se estiran y flexionan, se alargan y se contraen. (Resorte). Cuando la molécula se irradia con radiación em, el enlace de vibración absorbe energía radiante si las frecuencias de la radiación y de la vibración son iguales. CADA FRECUENCIA DE LUZ ABSORBIDA CORRESPONDE A LA VIBRACIÓN DE UN ENLACE ESPECÍFICO. Cuando una molécula absorbe radiación infrarroja, la vibración molecular con frecuencia igual a la de la luz aumenta en intensidad (fenómeno de resonancia en m.a.s). Si el material se irradia con energía de muchas longitudes de onda y se determina qué longitudes de onda absorbe y cuáles pasan a través, es posible determinar el ESPECTRO DE ABSORCIÓN del compuesto.

35. Transmitancia IR gases invernadero 03/03/2011 Physicsforthe IB Diploma. Cambridge ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 35

36. Transmitancia IR gases invernadero 03/03/2011 Physicsforthe IB Diploma. Cambridge ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 36

37. 03/03/2011 Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford. ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 37

38. Frecuencias de resonancia El mecanismo preciso para explicar las frecuencias de absorción es complejo y requiere el uso de la mecánica cuántica. Intentaremos comprender la absorción con un modelo sencillo que supone que la molécula (diatómica) se comporta como un oscilador armónico de frecuencia natural ω = (k/m)1/2siendo k la constante del oscilador y m su masa. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 38

39. Frecuencias de resonancia 03/03/2011 Physicsforthe IB Diploma. Cambridge ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 39

40. Modelos simulados Simular con Excel un modelo climático sencillo. Hoja Oxford Simulaciones informáticas para modelos más complejos. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 40

41. 6. Calentamiento global 03/03/2011 Loshinojos.wordpress.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 41

42. 6. Calentamiento global 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 42 Glaciar Norte de Monte Perdido. Huesca 1910 (LucienBriet) 1970 lacrabadelmonte.blogspot.com Actualidad. Simonelías.desnivel.com

43. 6. Calentamiento global 03/03/2011 Bismark77.oblog.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 43

44. 6. Calentamiento global 03/03/2011 trinityatierra.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 44

45. 6. Calentamiento global 03/03/2011 abadiadigital.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 45

46. Posibles causas: 03/03/2011 Variaciones en la composición de gases invernadero en la atmósfera Concentrado.blogspot.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 46

47. Posibles causas: 03/03/2011 Variaciones en la composición de gases invernadero en la atmósfera atinachile.cl ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 47

48. Posibles causas: 03/03/2011 Variaciones en la composición de gases invernadero en la atmósfera Temas Investigación y Ciencia. 45. Cambio climático ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 48

49. 03/03/2011 Temas Investigación y Ciencia. 45. Cambio climático ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 49

50. Posibles causas: 03/03/2011 Variaciones en la actividad solar Manchas solares. foro.meteored.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 50

51. 03/03/2011 Clubdeastronomia.wordpress.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 51

52. 03/03/2011 Temas Investigación y Ciencia. 45. Cambio climático ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 52

53. Posibles causas: 03/03/2011 Cambios cíclicos en la órbita de la Tierra Skepticalscience.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 53

54. 03/03/2011 Web.me.com ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 54

55. Posibles causas: 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 55 Variaciones en la actividad volcánica Foro.meteored.com atinachile.cl

56. ¿Qué puede aumentar el ritmo del calentamiento global ? El calentamiento global reduce las capas de hielo/nieve, lo cual a su vez modifica el albedo, aumentando el ritmo de absorción de calor. El aumento de la temperatura reduce la solubilidad del CO2 en el mar y aumenta las concentraciones atmosféricas. Aumenta la evaporación del agua. La deforestación reduce la fijación de carbono. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 56

57. Posibles consecuencias: aumento del nivel del mar El coeficiente de expansión de volumen es la variación fraccional en volumen por grado de variación en la temperatura. γ = ∆ V/(Vo ∆T) Unidades de γ = K-1 o ºC-1 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 57

58. Posibles consecuencias: aumento del nivel del mar Entre 0ºC y 4ºC γ es negativo para el agua. Si la temperatura del agua aumenta dentro de ese rango, su volumen disminuye. Así, cuando el hielo que flota sobre el mar funde, el nivel del agua inicialmente decrece. El hielo ártico flota sobre el mar. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 58

59. Posibles consecuencias: aumento del nivel del mar El hielo continental (Antártida y glaciares), no desplaza agua cuando funde y sí que aumenta el nivel del mar. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 59 Btm.blogia.com

60. 03/03/2011 Realinstitutoelcano.org ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 60

61. 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 61

62. Posibles soluciones Reducción del consumo energético. Eficiencia energética de edificios. Mayor rendimiento en la producción de energía. ¿Captura dióxido de carbono? Reemplazar el uso de carbón y petroleo Reforestación 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 62

63. El problema es global, el esfuerzo debe ser mundial Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC). Protocolo de Kyoto. Sociedad de Asia y el Pacífico para el Desarrollo Limpio y el Clima (APPCDC). 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 63

64. La solución está en manos de todos 03/03/2011 ENERGÍA, POTENCIA Y CAMBIO CLIMÁTICO 64