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Educación Tecnológica, Sociedad y tecnología

6° Básico

Energías renovables

En la naturaleza existen fuentes energéticas que son más abundantes y menos dañinas para el medioambiente y a ellas se las conoce como energías renovables.

El desarrollo industrial y los altos niveles de calidad de vida alcanzados por algunas de las actuales sociedades, así como el crecimiento de la población mundial, han hecho necesario asegurar el suministro de energías que se produzcan de manera continua y que sean inagotables, es decir, hacer uso de las energías renovables.

La ventaja de este tipo de energías es que conllevan un menor impacto ambiental, porque no producen contaminantes ambientales o bien lo hacen en forma reducida.

Energía hídrica

El agua es el elemento más abundante del planeta y por su potencial energético (su movimiento se puede transformar en electricidad) es una de las más importantes fuentes de energía.

Sin embargo, antes de la obtención de electricidad, el hombre se había valido de ella para las tareas de molienda de grano. Esto se basa en el mismo principio: la caída de agua desde cierta altura hasta un nivel inferior se convertía en energía cinética (energía que un objeto posee debido a su movimiento).

Ahora la energía del agua se aprovecha, principalmente, para generar electricidad y de hecho fue una de las primeras formas que se usaron para producirla.

Para obtener la electricidad a partir del agua, debe transformarse primero su energía cinética en energía mecánica y esta, luego, en electricidad.

Este proceso, generalmente, se realiza en una instalación llamada central hidroeléctrica, la cual debe contar con una zona donde el caudal de agua sea suficientemente elevado y regular. El agua que llega de los ríos afluentes es almacenada en los embalses. Luego es transportada hacia las turbinas que convierten la energía cinética del agua en mecánica (es la suma de la energía cinética y potencial).

Posteriormente, el eje de la turbina transmite la energía mecánica al alternador. Este último genera una corriente de alta intensidad y baja tensión. Esa corriente pasa a un transformador que la convierte en alta tensión y baja corriente. La electricidad generada se transporta desde la misma central a través de postes eléctricos hasta los centros de consumo. Luego, un nuevo transformador la convierte en corriente de baja tensión para su aplicación directa a los receptores domésticos e industriales.

En base a su tamaño y a su capacidad de producción de energía, las centrales se dividen en tres tipos:

– Microhidráulica: son centrales eléctricas muy pequeñas que producen menos de 1 megavatio (MW).

– Minihidráulica: son las centrales que generan de 1 a 10 MW.

– Gran hidráulica: centrales que siempre tienen una gran cantidad de agua. Producen mas de 10 MW.

Energía eólica

Es la basada en el movimiento del viento, pero se la considera una forma indirecta de la energía del Sol, ya que este es responsable de la producción del viento. Esto porque el calentamiento desigual de la superficie de la Tierra produce zonas de altas y bajas presiones las que provocan el desplazamiento del aire, que es lo que se conoce como viento.

Los primeros usos del viento fueron impulsar barcos y molinos. Sin embargo, ahora existe otro uso: producción de energía eléctrica.

Este proceso se realiza a través de generadores eólicos o aerogeneradores. Estos son unos aparatos que transforman la fuerza cinética del viento en energía eléctrica de la siguiente manera: el viento mueve las aspas, que, a su vez, transmiten su potencia hacia las turbinas (en ellas, se multiplica unas 60 veces la velocidad) haciendo mover los generadores que producen energía eléctrica. Esta baja por unos cables que están en la torre hasta un convertidor situado cerca del aerogenerador. El convertidor transforma la energía y la envía a la red eléctrica.

Las torres donde se encuentran los aerogeneradores se suelen ubicar en lugares sin obstáculos, es decir, lejos de árboles o edificios para no crear turbulencias en el aire. En la actualidad se están instalando frente a las costas, porque la fuerza del viento es mayor.

Cabe destacar que hasta ahora sólo se ocupan los vientos horizontales y siempre que estos tengan una velocidad moderada, es decir, ni muy fuerte ni muy despacio.

Energía solar

El Sol proporciona la energía vital para el mantenimiento del planeta y lo hace a través de calor y luz. Dicha energía nos llega directamente (como radiación electromagnética), sin costo, de forma continua y sin contaminación alguna.

El hombre ha encontrado la manera de aprovechar sus fotones (son partículas que componen todas las manifestaciones de radiación electromagnética) y de transformarlos en calor (energía solar térmica) y en electricidad (energía solar fotovoltaica).

La energía solar térmica se obtiene al calentar un líquido llamado caloportador (casi siempre es agua con anticongelante) y luego transmitir ese calor a una fuente de agua, que se usará como agua de consumo, para baño o dotar de calefacción a las habitaciones. Esto se hace a través de los colectores

de luz que se instalan en el techo de una casa o edificio.
La energía solar fotovoltaica se obtiene a través de células fotovoltaicas que están dispuestas en unos paneles solares (o fotovoltaicos) que se instalan también en los techos de una casa o edificio, pues deben orientarse hacia el sol de mediodía, evitando las zonas con sombras.

Energía geotérmica

Las rocas que se encuentran en las profundidades del planeta están a temperaturas muy elevadas. La energía calórica almacenada en esas rocas se conoce como energía geotérmica. Se puede encontrar en forma de vapor (géiser), en forma de gases de alta temperatura (fumarolas) y en forma de agua caliente (fuentes termales).

Esta energía puede ser de tres tipos: baja, media y alta temperatura. La primera es de uso más doméstico, la energía que se recoge se emplea en calefacción y en producción de agua caliente. Los fluidos geotermales se calientan a temperaturas comprendidas entre los 20 y 60ºC.

En la segunda, los líquidos están a una temperatura entre los 60 y 150ºC. Y la tercera se localiza en zonas activas de la corteza terrestre y su temperatura va entre 150 y 350ºC. Estos dos tipos de temperaturas se usan para producir electricidad.

El proceso de transformar la energía geotérmica en energía eléctrica se realiza de la siguiente manera:

– El fluido geotérmico es transportado a la superficie mediante tuberías y su vapor (que viene con alta presión) acciona las turbinas.

– Estas giran a gran velocidad haciendo mover los generadores que producen electricidad.
– Luego, el vapor es enviado a un condensador, donde vuelve al estado líquido.

– Esta agua pasa a una torre de enfriamiento donde se baja su temperatura. Luego de ello se la devuelve al subsuelo y así se completa el ciclo renovable de la energía.

También la geotermia puede ocuparse en calefacción, en procesos de secado industrial, entre otros.

Biomasa

La biomasa es la cantidad de materia viva producida en un área determinada de la superficie terrestre y la energía de biomasa es el combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de estos recursos biológicos. Dicho material puede ser posteriormente transformado en energía eléctrica, térmica y biocarburantes (etanol, diesel y gas). Las principales fuentes de obtención de biomasa son:

– Residuos forestales: tienen que ver con las podas (ramas, troncos, etc.).

– Residuos agrícolas: se utilizan los excedentes de paja de cereales, forrajes, residuos de podas de viñedos, etc.

– Residuos ganaderos: se usan principalmente los excrementos de animales de granja.

– Residuos industriales: son los residuos orgánicos de procesos industriales, como restos de madera.

– Cultivos energéticos: son plantas cultivadas solo para ser aprovechadas como biomasa transformable en biocombustible.

Las más utilizadas son la cana de azúcar, algunos cereales (avena, trigo, cebada y maíz), remolacha, girasol, entre otros.

Energía mareomotriz

El mar es sin duda una de las fuentes potenciales de energía más grandes que existen por su extensión y porque se pueden aprovechar las mareas y las olas. Sin embargo, todavía no se ha logrado desarrollar una tecnología adecuada y de bajo costo que permita su mejor uso energético.

Energía de las mareas: esta es la fuerza del agua que fluye entre los desniveles causados por las diferencias entre la marea alta y la baja. Como se sabe, el ascenso y el descenso de las mareas es producto de las acciones gravitatorias del Sol y la Luna. La variación de la marea alta y la baja se da en un periodo aproximado de 12 horas y puede cambiar el nivel del mar entre 2 y 15 metros o más.

Así, el lugar ideal para emplazar una central mareomotriz es un estuario o una bahía, donde el agua del mar penetre a la costa. De ahí se debe construir un dique (muro artificial) para dejar pasar el agua. Cuando la marea sube, las compuertas del dique se abren y el agua entra en el embalse. Después de que se llena por completo se cierran las compuertas. Luego se deja salir el agua la que cae con fuerza por la diferencia de altura entre la marea y el embalse, moviendo las turbinas conectadas a generadores de electricidad.

Energía de las olas: es la fuerza que se produce por el constante vaivén de las olas (generado por el viento y, como vimos, este, a su vez, por la acción del Sol). A esta energía se le conoce como energía undimotriz y se dice que es la energía renovable más prometedora, puesto que el ir y venir de las olas no para nunca. Además, las olas tienen la capacidad de desplazarse a grandes distancias y, por ello, la energía generada en cualquier parte del océano acaba en el borde continental.

Para aprovechar la energía de las olas y convertirla en electricidad, se emplazan unas construcciones de cemento, que aprovechan la fuerza y el movimiento de las olas. Dentro de estos muros existen unas turbinas que cuando las olas ingresan a las cámaras, se llenan de aire. El agua empuja el aire que esta dentro de la cámara. Este aire pasa a través de las turbinas impulsando la hélice y esta, a su vez, acciona un generador de electricidad.

Tipos de centrales hidroeléctricas

Las centrales hidroeléctricos se pueden clasificar también dependiendo de su lugar de construcción y el modo de captación de agua. Así, existen tres tipos:

– Central de pasada: no tiene casi reserva de agua, el caudal oscila según las estaciones del año. Así, en invierno desarrollan su máxima potencia.

– Central de reserva: se alimenta del agua de grandes lagos o embalses artificiales, conseguidos mediante la construcción de presas. El agua que se junta en el embalse se utiliza según la demanda.

– Central de bombeo: disponen de dos embalses situados a diferentes alturas. En las horas del día que se registra una mayor demanda de energía eléctrica, la central opera con el embalse superior que posee mayor capacidad. Durante las horas del día en las que la demanda es más baja el agua almacenada en el embalse inferior es bombeada al embalse superior para volver a realizar el ciclo productivo.

Primeros usos eléctricos del viento

A finales del siglo XIX, Charles F. Brush construyó en Estados Unidos una turbina eólica de 12 KW para producir electricidad en corriente continua. A principios del siglo XX, en Europa se desarrollaron algunos adelantos relacionados con las turbinas y los generadores eléctricos. Sin embargo, el uso más generalizado de este tipo de energía fue entre los años 1973 y 1979, cuando se produjo la crisis del petróleo. En países desarrollados se implantaron políticas energéticas, que ayudaron a disminuir el consumo de petróleo y potenciaron las nuevas fuentes energéticas, como el viento.

Auto solar

Es un automóvil impulsado únicamente por celdas fotovoltaicas. No es un auto de reemplazo de los convencionales, ya que es excesivamente caro, frágil y la energía que podría captar un vehículo de tamaño regular sería muy poca para cubrir las necesidades del transporte actual. Además, la luz solar no siempre está presente.

El objetivo de este modelo solar es demostrar dos cosas: que la energía solar es una fuente suficientemente desarrollada para sustituir a los combustibles fósiles y que el transporte terrestre tiene alternativas no contaminantes.

El potencial del hidrógeno

El hidrógeno es un elemento químico que en un futuro próximo se usará como recurso energético. Esto a pesar de que el hidrógeno, por sí mismo, no es una fuente de energía, sino un vector energético (no se puede aprovechar directamente y se debe transformar), que tiene un potencial energético que se basa en su reacción electroquímica con el oxígeno, dando como producto electricidad.

Datos Icarito

¿Cuál es una de las desventajas de usar la energía mareomotriz? El alto costo de las instalaciones.

¿Quién fue el precursor de la energía eólica? Fue el danés Poul la Cour (1846-1908).

¿Cuántos metros tienen las torres de los aerogeneradores? Miden entre 40 y 60 metros, lo que equivale a un edificio de 15 pisos.

¿Cuántos voltios produce una célula fotovoltaica? Genera, aproximadamente, entre 0,4 y 0,5 voltio (V).

¿Qué ventajas poseen las centrales geotérmicas? No producen combustión.

¿Cuáles son los beneficios de usar biomasa como energía? Permite eliminar residuos orgánicos e inorgánicos.

¿Dónde está la planta más grande del mundo que utiliza la energía de las olas? Se encuentra en Wizhinja (India).

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