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Tema sobre producción de energía eléctrica incluido en el temario del Programa del Diploma del Bachillerato Internacional.
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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.
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Molino de Lecina. (Huesca)Foto: Enrique Salamero
Central térmica de Andorra (Teruel)Foto: gozazaragoza.com
Central nuclear de Ascó (Tarragona)Foto: Photochex. El mundo.es
Parque eólico de Tardienta. (Huesca) Foto: urbaniti.es
La producción de potencia eléctrica comienza a menudo con la cesión de energía térmica por un combustible.
La continua conversión de energía térmica en trabajo, implica el uso de procesos cíclicos que implican la transferencia de algo de energía desde el sistema al entorno. Esta energía transferida no está disponible para realizar trabajo y se denomina ENERGÍA DEGRADADA. (2º ley de la Termodinámica)
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Representaciones gráficas de caudales (cantidad/tiempo) de energía, materia, dinero…que se mueven en un sistema. Permiten conocer las cantidades de energía que ingresan al sistema, cómo se distribuyen en él, qué cantidad real de las mencionadas se utilizó, etc.
Una flecha dibujada de izquierda a derecha representa los cambios de energía que tienen lugar.
La anchura de la flecha representa la potencia o energía involucrada en cada etapa.
La energía degradada se muestra con una flecha hacia arriba o hacia abajo.
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Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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Eficiencia: 40 %IB Physics Course Companion. Oxford
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8% eficiencia. 92% pérdidas, distribuidas en 30% pérdidas por fricción, 30% calentamiento resistencias y 30% transferencia de energía térmica.IB Physics Course Companion. Oxford
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La energía eléctrica puede producirse: a) haciendo girar bobinas en campos magnéticos. b) directamente con células fotovoltaicas.
Para hacer girar a las bobinas se emplea generalmente: a) vapor de agua b) agua c) viento
Para convertir agua líquida en vapor de agua se utiliza la energía térmica producida normalmente: a) por combustión b) por fisión c) por exposición al sol
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IB Physics Course Companion. Oxford
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IB Physics Course Companion. Oxford
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El sol es la fuente de energía fundamental para la energía mundial (fotosíntesis).
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FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES(se producen de forma continua y son
inagotables a escala humana)
Hidroeléctrica
Solar fotovoltaica
Solar térmica
Eólica
Energía de las olas y mareas
Geotérmica
Biocombustibles (algunos). Producen emisiones de CO2
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FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES(se encuentran en la naturaleza en una
cantidad limitada y una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse)
Carbón
Petróleo
Gas natural
Residuos, biocombustibles (algunos)
Nuclear (fisión)
Salvo la nuclear, todas producen emisiones de CO2
Proporciona una comparativa útil entre diferentes combustibles.
Se define como la energía liberada por unidad de masa de combustible consumido.
Se mide en J kg-1. En la elección de un combustible también influyen otros
factores como el coste del transporte. http://physics.info/energy-chemical/
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DENSIDADES DE ENERGÍA (MJ kg-1)
Carbón (22-33)
Petróleo (42)
Gas natural (54)
Nuclear (90 000 000)
Residuos (10)
Biocombustibles (ej. Etanol, 30)
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habitat.aq.upm.es
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Burbuja. Foro de Economía
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Gerenciayenergia.blogspot.com
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espageografiahumana.blogspot.com
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Haciaelcolapso.blogspot.com
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html.rincondelvago.com
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Ni gas ni petróleo, España tiene que importarlos en su totalidad para garantizar su consumo energético. Ambos hidrocarburos constituyen dos tercios de las energías primarias que consumimos. Y su demanda no para de crecer. En el último año, un 16,1 por ciento el primero y un 2,5 el segundo. Pero a diferencia de otros países europeos, como Alemania, cuyos suministros dependen casi en exclusiva de los oleoductos y gaseoductos que los conectan con los productores, España tiene muy diversificado su suministro.
El crudo arriba en petroleros a las refinerías de la costa, desde donde se distribuye a todo el país mediante oleoductos internos. El carbón siderúrgico y el de consumo se descargan en su totalidad en Gijón. El uranio, ya procesado, se traslada en barco o por carretera a las siete centrales nucleares hispanas. Y tres cuartas partes del gas que importamos llegan en barcos metaneros y el 25 por ciento restante, a través del gaseoducto Magreb-Europa, que entra por Gibraltar.
España, por ley, debe mantener reservas energéticas para 40 días. Pero averías como la ocurrida a principios de 2005 en el gaseoducto han revelado que nuestro sistema también es frágil, aunque no tanto como el de otros países, donde un accidente o un corte en el suministro supondría el colapso total.
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¿Cuánto importamos?
-PETRÓLEO 59.219.000 Tm 99,6 %Origen: Rusia (13,9%), México (12,2), Libia (11,9), Nigeria (11,4), Arabia Saudí (11,2), Irak (9,5), Irán (5,5) y otros (24,4).
-GAS 280.000 GWh 98,84 %Origen: Rusia (13,9%), México (12,2), Libia (11,9), Nigeria (11,4), Arabia Saudí (11,2), Irak (9,5), Irán (5,5) y otros (24,4).
-CARBÓN 33.148.000 Tm 64,8 %Origen: En 2004, España importó 18,15 millones de Tm de hulla energética y 3,3 de hulla siderúrgica, sobre todo de Rusia y EE.UU.
-URANIO 330 Tm aprox. 100 %Origen: Francia, Reino Unido y EE.UU., los países que procesan el mineral de Rusia, Australia, Canadá, Níger o Suráfrica
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Geoghistoria.blogspot.com
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oviedocorreo.es
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Mina de lignito a cielo abierto. Ariño (Teruel).Agrega.catedu.es
Museo minero. Escucha (Teruel).
Carbonera para la obtención de carbón vegetal. Carboneranavarra-viloria.vallelana.blogspot.com
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El petróleo se forma a partir de restos de organismos, principalmente plancton sedimentado de grandes cuencas marina.
quiorg.blogspot.com
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Refinerías en España. Mma.es
Lacomarcadepuertollano.com
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Plataforma petrolífera.Kalipedia.com
Moveyourmind.es
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Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
DENSIDADES DE ENERGÍA (MJ kg-1)
Carbón (22-33)
Petróleo (42)
Gas natural (54)
Nuclear (90 000 000)
Residuos (10)
Biocombustibles (ej. Etanol, 30)
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IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Alta densidad de energía Los productos de la combustión producen contaminación, lluvia
ácida…
Fácil transporte Emiten gases invernadero
Precio No renovable
Construcción de centrales en puntos con buenas comunicaciones
y agua disponible
La extracción y transporte producen
daños medioambientales
Uso doméstico directo Es necesario gran cantidad de combustible
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1.Energía nuclear. 2. Energía solar. 3.Energía hidráulica. 4.Energía eólica. 5. Energía de las olas.
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La masa real del núcleo es inferior a la suma de las masas de su protones y neutrones. Esta diferencia se denomina defecto de masa:
∆ m = Z mp + (A-Z) mn – M
La energía equivalente a este defecto de masa es:E = ∆ m c2
Imagen: taringa.net
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Esacademic.com
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Física 2º Bto. McGraw-Hill
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Física 2º Bto. McGraw-Hill
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Física 2º Bto. McGraw-Hill
http://iesdmjac.educa.aragon.es/PortalFQ/anima/ChainReaction.exeSi un neutrón de cada fisión produce otra fisión, la reacción se mantiene y se libera energía de manera continua: REACTOR NUCLEAR. La reacción en cadena se regula mediante barras de control que absorben neutrones (B, Cd)Si se produce más de un neutrón capaz de producir muevas fisiones y no se elimina el exceso de neutrones con capacidad para producir fisión, reacción en cadena descontrolada a gran velocidad: BOMBA ATÓMICA.http://www.atomicarchive.com/
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Para que los neutrones no escapen y puedan ser atrapados por los núcleos de uranio-235, debe haber una cantidad suficiente de material fisionable. A esta cantidad mínima, necesaria para mantener la reacción en cadena, se la denomina MASA CRÍTICA.
El uranio natural contiene solamente un 0,7% de uranio-235, el resto es uranio-238. Los reactores suelen utilizar uranio enriquecido al 3,5% del 235. La fabricación de bombas atómicas exige concentrar el uranio 235 por encima del 85%. http://es.wikipedia.org/wiki/Enriquecimiento_de_uranio
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Sólo los neutrones de baja energía favorecen la fisión nuclear. En general los neutrones producidos por la fisión son más rápidos y hay que frenarlos para que puedan seguir produciendo fisiones. Para ello se utiliza el moderador (agua, agua pesada D2O, berilio y grafito)
IB Physics Course Companion. Oxford
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IB Physics Course Companion. Oxford
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Principales transformaciones de energía que tienen lugar en una central nuclear
Central nuclear de Ascó (Tarragona)Foto: Photochex. El mundo.es
Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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Physics for the IB Diploma. Cambridge
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Física 2º Bto. McGraw-Hill
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IB Physics Course Companion. Oxford
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Javierortiz.net
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Altísima densidad de energía
Problemas extracción y transporte de uranio
Reservas más duraderas que las de petróleo
Problemas con los residuos nucleares
No emiten gases invernadero
Posibilidad de utilización de un programa de
energía nuclear para la fabricación de armas de
destrucción masiva
http://es.wikipedia.org/wiki/Accidente_de_Chern%C3%B3bil
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es.wikipedia.org
Educarchile.cl
Eltelescopioderaukowordpress.com
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http://www.iter.org/http://es.wikipedia.org/wiki/ITER
Para lograr la fusión es necesario calentar este plasma a temperaturas del orden de 10 8 K y conseguir que alcance una densidad del orden de 10 20 partículas /m3. Hay que confinar el plasma en un recipiente sin paredes, pues ningún material soportaría esas temperaturas. Se investiga en dos alternativas: confinamiento magnético y confinamiento inercial.
El deuterio se obtendría del agua del mar y el tritio se obtiene al bombardear litio con neutrones. Los reactores de fusión presentarán menos problemas con los residuos radiactivos que los de fisión y serán más seguros.
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Hay dos formas de utilizar directamente la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra.
1) Efecto fotovoltaico: La energía solar se transforma directamente en energía eléctrica.
Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos, están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir la radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos.
2) Efecto calefactor: La energía solar se transforma en energía térmica.
Los captadores solares térmicos captan la radiación solar y la transmiten térmicamente a un fluido. Los hay de concentración (la energía solar se concentra en un punto, foco de un receptor parabólico o cilíndrico), y sin concentración, los más importantes los de placa plana.
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Report-fotografia.com
http://www.energiasolararagon.com/index2.html
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savenergia.cl
La cantidad máxima de energía disponible por segundo y metro cuadrado es igual a la constante solar menos las correcciones debidas a la absorción atmosférica, nubosidad, latitud y ángulo del panel con la radiación incidente.
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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.
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Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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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 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.
I = P/4 π r2 = 3,9 . 10 26 W/ 4 π (1,50 . 10 11 m)2 = 1380 W m-2, redondeada a 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).
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Pero además, a la superficie de la Tierra no llega la misma cantidad de energía que a la atmósfera. Influyen las condiciones atmosféricas, la latitud, el ángulo de incidencia de los rayos solares…
Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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ecofield.com.ar
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Central de Albengoa (Sevilla)
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erenovable.com
Mapa centrales fotovoltaicashttp://raquelabadtecno.blogspot.com
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Producción muy limpia Sólo utilizable de día
Renovable No siempre disponible (nuboso)
Fuente de energía “libre”
Baja densidad de energía. Se necesita una gran área para
conseguir una cantidad significante de energía
Altos costes iniciales para la instalación
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La fuente de la energía hidroeléctrica es la energía potencial gravitatoria de una masa de agua.
Al caer desde una cierta altura, se transforma en energía cinética que es capaz de mover las turbinas que generan la energía eléctrica.
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Observación: el rendimiento no suele ser del 100%
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Diferentes modelos hidroeléctricos se basan en:
1) Almacenamiento de agua en lagos y embalses.
2) Almacenamiento de agua de mareas.
3) Almacenamiento por bombeo.
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Renovables-energia.com
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Presa de El Grado. (Huesca) rondasomontano.com
Ibón de Marboré. Gps.huescalamagia.es
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Embalse de Mediano. (Huesca) thealps.wordpress.com ABC, 21 septiembre
1969.Del libro: Jánovas, víctimas de un pantano de papel. Marisancho Menjón. Pirineum editorial
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Juntadeandalucia.es
http://home.clara.net/darvill/altenerg/tidal.htm
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Repasa con esquemas. Física Bachillerato. Oxford educacion
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Producción muy limpia Sólo utilizable en determinadas áreas
Renovable Costes sociales
Fuente de energía “libre”
Costes medioambientales
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El origen de esta fuente de energía es el Sol.
Diferentes partes de la atmósfera son calentadas a distintas temperaturas.
Las diferencias de temperaturas causan diferencias de presión debido a que el aire caliente asciende y el aire frío desciende. Así se genera un flujo de aire, el viento.
Los generadores accionados por turbinas de viento (“molinos de viento”), se llaman aerogeneradores. Estos se agrupan en parques eólicos.
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Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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Repasa con esquemas. Física Bachillerato. Oxford educacion
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Physics for the IB Diploma. Cambridge
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Ingenieriaelectricaexplicada.blogspot.com
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Evolución mundial eólica. Eolica4-blogspot.com
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Evolución eólica en España. Portalenergía.es
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Producción muy limpia Sólo utilizable con viento
RenovableBaja densidad de energía, se necesita una gran área para conseguir una cantidad de
energía significativa
Fuente de energía “libre”
Las mejores ubicaciones suelen estar lejos de los centros de
población
Impactos medioambientales: ruidos, paisaje, problemas con
las aves,…
Existen diversas maneras de extraer energía de una ola, pero estudiaremos la basada en una columna de agua oscilante (OWC, oscillating water column)
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Ingenieriaelectricaexplicada.blogspot.com
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Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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Imagen: IB Study Guides. Physics. Tim Kirk. Oxford.
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Producción muy limpia Utilizable en zonas de grandes olas
RenovableIrregularidad de las olas hacen difícil una eficiencia razonable
Fuente de energía “libre”
Dificultades de acoplar la baja frecuencia de las olas a la alta
frecuencia de la turbina
Densidad de energía razonable
Costes de transporte y adversidades meteorológicas
(fuertes tormentas)
