La Energía y sus transformaciones.

Enrique Herrera Raquejo.Departamento de Tecnología.

¿Qué es la Energía?

• Para un sistema aislado, podemos construir una función E=fai (t) tal que E= constante a lo largo del tiempo. E representa una magnitud característica del sistema considerado, independiente del tiempo: Es la Energía del sistema. (Enciclopedia de las Ciencias y Técnicas)

• En todas las transformaciones que se estudian en Física, el concepto de Energía juega un papel fundamental. Aparece al principio en mecánica donde significa capacidad de trabajo….(Enciclopedia Universalis)

• Capacidad de producir una acción.(Diccionario de la Ciencia)

• Causa capaz de transformarse en trabajo mecánico.(Diccionario de la Lengua española)

• Todo lo que es trabajo, proviene del trabajo o produce trabajo. (Robert)

La palabra energía es un concepto abstracto y difícil de comprender. Por motivos de conveniencia podemos adoptar las definiciones siguientes:

• La energía es la capacidad que tiene un cuerpo de producir trabajo.

• La energía es lo que se debe suministrar o quitar a un sistema material para transformarlo.

Fuentes de Energía

No Renovable.Convencionales.Contaminates.

Renovables.Alternativas.

Limpias.

Renovables.Alternativas.

Limpias.

SOLAR EÓLICA MAREOMOTRIZ GEOTÉRMICA BIOMASANUCLEAR DE

FUSIÓN

CLIMATIZACIÓNSOLAR

HELIOTÉRMICA FOTOVOLTAICA

OTRAS FUENTES.

OLAMOTRIZ HIDROTÉRMICA

Energía Solar.

• Energía radiante procedente del sol.

• La radiación solar incide sobre la atmósfera en forma de ondas electromagnéticas.(Rayos gamma, UV, visible e infrarrojos)

• El tiempo que tarda en llegar a la Tierra es de 8 minutos.

• Su potencia luminosa es de 3,6 1026 w.

Algunos datos sobre el Sol.

• Distancia a la Tierra: 150 millones de km.(au)

• Diámetro: 1.400.000 km. (110 veces el de la Tierra)

• Composición: Hidrógeno y Helio.• Temperatura en la superficie gaseosa (fotosfera): 6.000

ºC.• Temperatura en el núcleo: 15 millones ºC.• La densidad en el centro del Sol es 22 veces mayor que la

del hierro.• Cantidad de energía generada por segundo: 3,6 1026 J.• La vida del Sol se estima en diez mil millones de años.

Ventajas de la energía solar.

• Elevada calidad energética.

• Pequeño o nulo impacto ecológico.

• Inagotable a escala humana.

Problemas de la energía solar.

• Se produce de forma semialeatoria estando sometida a ciclos día-noche y estacionales, invierno-verano.

• Llega a la Tierra de forma dispersa.

• No se puede almacenar de forma directa, siendo necesario realizar una transformación energética.

Transformaciones energéticas.

ENERGÍA SOLARPASIVA.

ENERGÍA SOLAR ACTIVADE BAJA, MEDIA Y ALTATEMPERATURA.

Energía solar pasiva.

• Es una forma de aprovechamiento que capta la energía solar, la almacena y distribuye de forma natural, sin mediación de elementos mecánicos.

• Se consigue mediante la óptima disposición de una serie de elementos arquitectónicos, aprovechando al máximo la energía solar recibida y las posibilidades de ventilación natural.

Elementos básicos utilizados en la arquitectura solar pasiva.

• Acristalamiento. Captan la energía solar reteniendo el calor por efecto invernadero.

• Masa térmica. Cuya finalidad es almacenar energía y suele estar constituida por elementos estructurales o volúmenes destinados para este fín.

• Elementos de protección. Tales como aislantes, aleros, persianas, etc.

• Reflectores. Producen incremento de radiación en invierno y pueden actuar como elementos de protección en verano.

Energía solar activa de baja temperatura.

• Estos sistemas se caracterizan por emplear, como elemento receptor de energía, el colector o panel solar plano, y son utilizados principalmente como calentadores de agua para uso sanitario.

• Un colector es un dispositivo capaz de absorber la radiación solar y transmitirla a un fluido de modo que este aumente sensiblemente su temperatura.

Los colectores solares se utilizan cada vez mas para la producción de agua caliente de uso doméstico y para la calefacción de las viviendas.

Funcionamiento de una instalación de baja temperatura.

COLECTORES PLANOS.

•Cubierta transparente.

•Superficie captadora y conductos de circulación del fluido caloportador.

•Aislante térmico.

•Carcasa.

•Juntas y selladores.

Dos tipos de colectores de agua por termosifón.

Se basa en el aprovechamiento de las corrientes de convección.El agua caliente tiene una densidad menor, por lo que se produceuna estratificación según niveles de temperatura.

Circulación forzada.

Aplicaciones.

• Producción de agua caliente sanitaria.

• Calentamiento de piscinas.

• Calefacción en sector doméstico o servicios.

• En agricultura: Invernaderos y secaderos.

• En la industria: Precalentamiento de fluidos y acondicionamiento de naves.

Energía solar de media temperatura.

• Va destinada a aquellas aplicaciones que requieren temperaturas muy elevadas.

• A partir de 80ºC los colectores planos convencionales presentan un rendimiento prácticamente nulo.

• Cuando se pretende generar vapor entre 100ºC y 250ºC debe acudirse a otro tipo de elementos de captación.

Colectores cilíndricosparabólicos.

Aplicaciones:

• Producción de vapor para procesos industriales.• Desalinización.• Refrigeración mediante energía solar.• Generación de energía eléctrica.

Energía solar de alta temperatura.

Para aplicaciones que requieren temperaturas superiores a 250 ºC,fundamentalmente producción de energía eléctrica.

Permite conseguir temperaturas muy elevadas que pueden ser incluso superiores a 2.000 ºC.

Sistemas de concentración empleados.

• Paraboloides.• Colectores cilíndricos

parabólicos.• Centrales de torre.

CENTRALES SOLARES.

Centrales heliotérmicas.Convierten la energía solar en energía térmica

y ésta a su vez, en energía eléctrica.Las transformaciones energéticas que se producen en ellas siguen el siguiente proceso:

• La radiación solar calienta el fluido portador hasta que este alcanza la temperatura deseada.

• El fluido pasa por un generador de vapor donde intercambia el calor acumulado y produce vapor a alta presión.

• El vapor acciona un grupo turbina alternador y produce electricidad que puede distribuirse a través de la red convencional.

• El fluido una vez enfriado, retorna a los colectores para repetir el proceso.

Centrales solares de Tabernas (Almería)

Central de colectores de concentración.

Colectores de concentración.

Central de torre.

Helióstatos.

Células fotovoltaicas.

Condiciones de funcionamiento:

• Densidad de radiación: 1000 w/m2.

• Temperatura 25ºC. (Al aumentar la temperatura, diminuye su rendimiento).

• Rendimiento: 15%-25% (Es proporcional a la intensidad de radiación)

Silicio monocristalino,policristalino o amorfo.(Impurezas < 0,2 ppm)

Tipos de silicio.