Libro Tecnologías Ecológicas Sostenibles

CAPITULO 1.2 1.2.

1.2.4.1. 1.2.4.2. 1.2.4.3. 1.2.4.4.

Energías Renovables - 5 págs.

1.2.1. El hombre y la Energía 1.2.2. Consumo de Energía 1.2.3. Fuentes de Energía 1.2.4. Energías Renovables El Sol El Viento El agua La biomasa

Las necesidades de bombeo de agua, producción de electricidad, generación de calor y otros temas serán cubiertos en este libro con tecnologías apropiadas que sólo sacarán la energía de la naturaleza, en relación directa al clima y a las características geográficas, éstas son las llamadas energías renovables. No incluiremos las energías contaminantes ni fósiles. Estas energías son amigables con el medio ambiente, siendo además las únicas en las que podemos confiar en los próximos años cuando alternativas como el petróleo, gas, carbón, madera y otros tipos de energías fósiles se vayan acabando. Las energías renovables usan la energía del sol, el viento, el agua y la biomasa y, en casos muy particulares, la energía de la geotermia y la energía del mar si tenemos buenas condiciones geomorfológicas. 1.2.1.- El hombre y la Energía El hombre empieza su vida en la Tierra dominando el fuego, quemando árboles para hacer leña, cocinar y luego para la minería. Posteriormente sigue usando el fuego para el funcionamiento de sus nuevas máquinas como motores, calderas, etc., con la ayuda de la ciencia de la Termodinámica que usa el poder crear movimiento a partir del calor y luego se dedica a construir máquinas que hagan el trabajo por él. Actualmente seguimos construyendo más y más máquinas y quemando más y más combustible, se acaba la leña, luego el carbón, el petróleo, etc, y todo lo que estamos quemando hoy contaminando cada día más nuestro planeta.

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Esta historia de la energía y sus problemas podemos leerla directamente en el cuento ecológico La Isla de Cristal www.miguelhadzich.com/ La contaminación por el uso indiscriminado de energía fósil sigue creciendo día a día porque directamente consumimos hoy mucho más que los primeros hombres y cada máquina o artefacto que usamos está contaminando más nuestro planeta. 1.2.2.- Consumo de Energía

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1.2.3.- Fuentes de Energía

www.pv-leads.de gehrlicher.com handelsblatt.com Quelle: PV-Leads.de, Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung 2008

http://www.hubersolar.com/v2 /photovoltaik/klimawandel.ht ml

1.2.4.- Energías Renovables Energías renovables Las energías renovables, vinculadas directamente con la energía recibida del Sol, fueron las utilizadas primeramente por el hombre, sobre todo la asociada con la biomasa (madera), y la hidráulica y la eólica para mover artificios mecánicos (molinos, norias, etc.). Son muchas las formas en que la energía radiante que recibimos del Sol puede aprovecharse de forma directa o indirecta: solar (térmica y fotovoltaica), hidráulica, eólica, geotérmica, mareas, olas, diferencias de temperatura en el océano o biomasa. Las energías renovables no consumen recursos naturales de forma neta, y, salvo en la fase de construcción y montaje de los equipos necesarios, son prácticamente inocuas en cuanto a las emisiones de dióxido de carbono, aunque no están exentas de otros efectos negativos sobre el medio ambiente (impacto visual, alteración del hábitat de otras especies, etc.). El potencial energético asociado con las fuentes renovables es enorme; en la Tabla 3 se indican las cantidades totales estimadas para cada una de las formas http://www.rac.es/ficheros/doc/00431.pdf Cap 1.2.- Energías Renovables 25 setiembre 2013 Hadzich

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El futuro de las Energías Renovables En el año 2050, la producción mundial de petróleo podría estar por debajo de los 5 mil millones de barriles por año, cerca de una quinta parte de los actuales niveles de producción. A mediados del presente siglo, el suministro de energía primaria mediante energías renovables podría ser el 50% del total. La mayor parte de la cual será producida como electricidad. Muchas de las fuentes de energía no fósil tendrán que venir de nuevas tecnologías tales como: • Generadores eólicos (costa / interior). • Paneles fotovoltaicos. • Biocombustibles – sólidos / líquidos / gaseosos (cultivos energéticos, etc...) • Incineradores de residuos, recuperación de metano. • Unidades mini-hidráulicas. • Generadores de energía que aprovechen olas y mareas Las fuentes de energía renovable están ampliamente extendidas y esto tenderá a descentralizar la fabricación y también a reducir los costes de transporte. La energía de alto coste maximizará la eficiencia de uso. El consumo de energía en los países industrializados podría ser reducido 4 veces, de acuerdo con el especialista en energía Amory Lovins. Estudios daneses indican que el consumo de electricidad podría disminuirse a la mitad usando electrodomésticos más eficientes, y la eficiencia de las centrales eléctricas podría doblarse usando sistemas combinados de calor y electricidad. El consumo de energía para la industria podría ser reducido 4 veces sustituyendo la manufactura por el trabajo y la reparación técnica intensiva, la reutilización y el reciclado. Esto también reduciría los costes de transporte. El fracaso en la reducción al máximo del consumo de energía en los países industrializados, antes de que el precio de los combustibles fósiles se incremente como consecuencia de que la producción mundial de petróleo supere el pico final y la escasez irreversible comience, crearía una crisis económica de grandes dimensiones. Los países en desarrollo carentes de una política energética al tanto de la inevitable, y de rápida aproximación, carestía petrolífera, deberían examinar sus políticas sobre la producción y el consumo de energía, y en particular las implicaciones para el transporte, la industria, la agricultura y la vivienda. LA ENERGIA Y EL DESARROLLO SOSTENIBLE En un libro publicado en 1991 (7), el asesor industrial y en energía John Davies, hacía una lista de recomendaciones para un desarrollo sostenible, dirigida a los gestores de las empresas industriales y de negocios. Hacer más con menos a través de: • Maximizar mantenimiento, reparación y reacondicionamiento; • Reutilizar los objetos y reciclar materiales; • Diseñar los artículos para que tengan una larga duración y una fácil reparación, actualizándolos y reciclándolos; • Usar procesos que minimicen la contaminación y la cantidad de desperdicio de materiales no renovables; • Usar la energía en formas que minimicen los residuos; • Maximizar el uso sostenible de energías y materiales renovables; • Diseñar y utilizar unidades de fabricación de pequeña escala; • Usar tecnologías que potencien las destrezas y habilidades humanas, que sean “amables” con el usuario o consumidor y que encajen con las capacidades de las poblaciones locales. Una sociedad globalmente sostenible, en la que podamos tener una calidad de vida satisfactoria sin dañar irreversiblemente el medio ambiente, requerirá modos radicalmente diferentes de Cap 1.2.- Energías Renovables 25 setiembre 2013 Hadzich

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producción y consumo. Las necesidades humanas y medioambientales serán alcanzadas a través de lo renovable producido sosteniblemente – la agricultura y la silvicultura son dos ejemplos obvios- y el uso mínimo de lo no renovable. Será una sociedad basada en el mínimo desperdicio que confiera un alto valor a la durabilidad de los artículos y maximice las medidas de “extensión de la vida” tales como reparación, reutilización, renovación y reciclado. Sería una inversión del enfoque actual que maximiza la basura y la contaminación, y que arrincona los productos reparables. Cambios de valores, puntos de vista y comportamientos serán tan necesarios como cambios en la tecnología. (Esta debe de ser la razón por la que los gobiernos se niegan a aceptar que el fin de la era del petróleo barato está a la vuelta de la esquina). http://www.uclm.es/profesorado/igarrido/tecnocooperacion/McRobie.pdf Ref.- Extractos de 9I CONFERENCIA TECNOLOGÍA PARA EL DESARROLLO HUMANO En un reciente estudio de la Agencia Internacional de la Energía se predice la evolución del consumo de energía hasta el año 2020. El crecimiento de la población, que se estima pasará de los 6000 millones actuales a 7400 (28 % de aumento), unido al de la economía, que se refleja en los datos estimados para el PIB por habitante en diferentes regiones del mundo permiten evaluar el consumo de energía primaria en 2020 en 13500 Mtep (millones de toneladas equivalentes de petróleo), un 57 % superior al correspondiente a 1997. El crecimiento más acusado tendrá lugar en China y en los países menos desarrollados, especialmente Latinoamérica, que pasarán de consumir 34 % del total en 1997 a45 % en 2020. Por su parte, los países de la OCDE reducirán su participación del 54 al 44 %. Energías renovables Las energías renovables son aquellas que se producen de forma continua y son inagotables. Estas fuentes están todos los días de nuestra vida dándonos su energía de forma gratuita y permanente. Todas estas energías dependen del Sol, el cual hace que se origine el Viento cambiando su velocidad y dirección durante el día y la noche. El sol y el viento hacen que se evapore el agua del mar y de los ríos y que sean trasladados a las alturas formando las nubes, las cuales después se transformarán en lluvia que cae en las zonas altas produciéndose la energía hidráulica a través de la fuerza del agua que baja de las montañas al mar. Este es el ciclo del agua. Poner fig El sol, el viento y el agua ayudan a producir la biomasa, es decir ayudan a crecer a los árboles y plantas, los cuales son el alimento de los animales. Al final de esta cadena se encuentra el hombre que usa las plantas y animales para su alimentación, así como el agua, el sol y el viento que lo convertimos, mediante la tecnología adecuada, en electricidad, calor y otros usos para nuestro beneficio. Este es el ciclo del N2. Poner fig cuento El Sol Cap 1.2.- Energías Renovables 25 setiembre 2013 Hadzich

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Para conocer un poco más sobre las Energías Renovables empezaremos conociendo el Sol. La energía proveniente del Sol se encuentra en todo lugar; luego viene la energía eólica o energía del viento que se encuentra en todos lados y que podemos usar su fuerza según su velocidad. Después continuamos con el agua que produce la energía hidráulica con su caudal y sus caídas y, finalmente, terminaremos con la biomasa, es decir la madera, el biogas y la basura a los que también podemos sacarle algún provecho. Fuente de energía es todo aquello que puede suministrar energía. Las cantidades disponibles en el planeta de estas fuentes de energía se conocen como Recurso Energético. Cualquier sustancia material es una fuente potencial de energía. Sin embargo las fuentes más empleadas son aquellas que disponen de una alta concentración de energía y se pueden obtener y transformar de manera eficaz.

El viento es causado

Calor y Luz

por el sol

Las plantas crecen

con la luz del sol (energía química-

Los animales comen

plantas

La evaporación y la convección eleva la energía potencial del agua para las centrales

Las plantas se convierten en carbón y petróleo

¿CÓMO SABER SI TENEMOS ENERGIA SUFICIENTE DE LA NATURALEZA? Este es uno de los principales problemas que tenemos que resolver inicialmente, necesitamos conocer los datos según las características climatológicas que tengan el sol, el viento, el agua y la biomasa en cada lugar donde esté situado nuestro proyecto, entonces recién podemos decir cuál de las fuentes de energía nos sirve o no. Pero no solamente es cuestión de elegir cuál de las energías usaremos, sino que también tenemos que saber cuánto nos costará y según ello decidir si vale la pena o no invertir en estas tecnologías. Para tomar una buena decisión es necesario que conozcamos el orden por economía de estas energías, esta es AGUA-VIENTO-SOL para que los proyectos nos salgan más baratos. Primero tenemos al Agua, pero a veces es difícil que encontremos una corriente o caída de agua justo cerca de nuestra casa o establecimiento de hospedaje; luego viene el Viento, que sí lo tenemos en cualquier lugar, pero que debemos tenerla en cantidades tales que sea capaz de mover los artefactos que necesitamos y, finalmente tenemos al Sol, cuya tecnología es más cara, pero que se encuentra en todo lugar. El orden por disponibilidad de energía sería SOL-VIENTO-AGUA pero es exactamente lo contrario al orden por economía, el sol está en todos lados pero su tecnología es más cara, la sigue el viento y el agua. Es necesario pues conocer bien las características del sol, el viento y el agua para poder tomar una buena decisión. El objetivo de este Capítulo es conocer estas ventajas climáticas de cada una de las fuentes de energías renovables. Haremos el estudio por orden de disponibilidad de energía empezando con la energía solar.

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1.1 ENERGIA SOLAR Gracias al Sol obtenemos tenemos la mayoría de las fuentes de energía (petróleo, gas, carbón, solar, viento, hidráulica, etc.), excepto la geotermia y la energía nuclear que nos proporciona la propia Tierra. La energía que se produce dentro del Sol, se produce gracias a una reacción atómica llamada fusión nuclear. En una fusión nuclear, dos átomos de hidrógeno se juntan y forman un átomo de helio, ¡liberando ENERGIA! La energía que procede del Sol es fuente directa o indirecta de toda la energía que usamos. La estrella de nuestro sistema solar desde su origen viene proporcionando a nuestro planeta de energía. Los combustibles fósiles existen gracias a la fotosíntesis que convirtió la energía solar en las plantas y animales de las que, después de millones de años, se convirtieron en el carbón, gas y petróleo que usamos en nuestros días. Cómo se mide radiación solar? La radiación solar se mide con unos instrumentos llamados solarímetros que nos dan la irradiación solar en kWh/m2 día, con estos valores se confeccionan los mapas solares de cada zona. Mapa Solar del Mundo http://solarcooking.wikia.com/wiki/Where_is_solar_cooking_possible%3F

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http://en.openei.org/wiki/File:NREL-sam-glo.pdf

LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL PERÚ El Perú no está ajeno al impulso que ha tenido el uso de las energías renovables y en particular el uso de los sistemas fotovoltaicos; como ejemplo de esto tenemos los siguientes trabajos: -Se viene realizando la sistematización de toda la información de radiación solar global y horas de sol, los cuales serán la base para la elaboración de los Mapas Climáticos de radiación solar a nivel nacional, con la determinación de zonas potenciales para el aprovechamiento energético. Con estos fines el SENAMHI y el Ministerio de Energía y Minas han sacado el Atlas Solar del Perú. Más detalles técnicos y cálculos se verán en el Cap.6

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Mapa Solar del Perú

ENERGIA EOLICA – VIENTO Qué es el viento? Cómo se produce? La energía eólica (nombre que proviene del dios griego Eolo) es una manifestación indirecta de la energía solar, es la energía que tienen las masas de aire en movimiento es decir del viento. La Tierra recibe del Sol una potencia de aproximadamente 1.8 x 1017 Watts y de toda esta potencia que llega del Sol un pequeño porcentaje (alrededor del 1.8%) se llega a convertir en energía eólica. Este proceso de transformación de energía comienza por el calentamiento desigual de distintas masas de aire dado que el sol calienta en distintos grados la superficie de la Tierra, produciendo diferencias de presión en el aire y provocando movimientos de éste. Este fenómeno se presenta en todas las zonas de la Cap 1.2.- Energías Renovables 25 setiembre 2013 Hadzich

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Tierra, pero su intensidad y regularidad es diversa. La energía eólica es ya una de las más competitivas formas de energía renovable. Cómo se mide el viento? Tabla de Beaufort

1.2

Mapa eólico del Perú

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1.3 EL AGUA Se denomina así a la energía que obtenemos al aprovechar la energía cinética del agua, esta energía es la fuente de energía renovable más usada en el mundo. El agua, como se sabe, no se puede crear ni destruir, pero ésta se encuentra en continuo movimiento alrededor de la Tierra, así tenemos que el agua se evapora de los océanos formando nubes, estas nubes se desplazan por acción de los vientos, llegando hasta sitos donde las condiciones existentes hacen que el agua se condense y que se precipite hasta el suelo en forma de lluvia o nieve, juntándose en arroyos y ríos , para finalmente regresar al mar, cerrando el ciclo. Todo este movimiento genera una enorme oportunidad de obtener energía útil. El principal uso que se le da a la energía hidráulica se produce en las hidroeléctricas, es decir la energía mecánica que se obtiene de las caídas de agua se transforma a energía eléctrica. Casi el 20% de la energía eléctrica que se emplea en el mundo en la actualidad es obtenida mediante la transformación de la energía hidráulica. La ENERGÍA HIDRÁULICA es abundante, en casi todos los países del mundo se cuenta con suficientes caídas de agua para cubrir gran parte de la demanda energética de la humanidad. La Organización de las Naciones Unidas estima que el total «técnicamente explotable» de potencial para la energía hidráulica es 15090 terawatts - hora, y hasta ahora sólo un 13% ha sido desarrollado. Mucho del potencial para nuevos desarrollos se encuentran en la Unión Soviética, el sur de Asia y Sudamérica. Es limpia, puede ser considerado como de contaminación nula, ya que sólo se trata de aprovechar el ciclo del agua, sin emplear ningún tipo de combustible contaminante, además no genera emisiones de ningún tipo. Es segura, los ríos han estado presentes hace millones de años y lo estarán por todo el tiempo que la Tierra esté presente, así que este recurso estará siempre presente para ser utilizado por el hombre.

1.3.1

Centrales Hidroeléctricas

Actualmente en el mundo hay una gran tendencia a la creación de pequeñas centrales hidroeléctricas, en más de 100 países se están desarrollando pequeñas plantas sumándose a la capacidad actual de 23 000 megawatts de las pequeñas centrales. Hoy en día se pueden construir centrales hidroeléctricas que permiten alcanzar una energía útil cercana o superior al 90% de la energía primaria. Una de las limitaciones de las centrales hidroeléctricas es su elevado costo de inversión y su fuerte dependencia de las condiciones climáticas. En épocas de sequía al disminuir el flujo de agua, se puede afectar sensiblemente la generación de energía eléctrica. Hoy en día, este tipo de fuente de energía representa el 6% de la producción energética mundial. Sin embargo, en el Perú, por contar con una geografía apropiada para aprovechar las grandes caídas de agua, su empleo alcanza el 74% de la producción de la energía eléctrica.

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1.4 LA BIOMASA Biomasa se puede definir como toda materia orgánica de origen vegetal o animal, también se podría decir que la biomasa es la energía disponible como resultado de la energía solar almacenada en un sistema orgánico y que después puede ser convertida en electricidad o combustible; existen varios tipos de biomasa, en este capítulo sólo veremos las principales y las más usadas. Es importante el conocimiento del uso de la biomasa ya que el incremento en el uso de este tipo de energía nos permitirá reducir las emisiones generadas por algunas de las fuentes de energía que provocan el fenómeno de calentamiento de la Tierra conocido como efecto invernadero y que tendría consecuencias catastróficas para la vida sobre la Tierra; además, se podrá reducir la dependencia de combustibles como el petróleo y el gas. Otras ventajas del uso de la biomasa incluyen la mejora de las economías de sectores rurales, los beneficios ambientales y los beneficios económicos. 1.4.1 Potencial de la Biomasa en el Perú En el Perú las aplicaciones que se le podría dar a la biomasa son variadas, pero la que en estos últimos años ha concentrado la atención es el de los biocombustibles. No es novedad mencionar las privilegiadas condiciones con las que cuenta el Perú para la producción de la caña de azúcar, por lo cual la producción de etanol no tendría inconvenientes económicos, es decir el precio del etanol producido en el Perú sería altamente competitivo en el mercado. Los productores de caña de azúcar tendrían 2 derivados de su producto: El azúcar y el etanol, ambos con gran demanda; esto impulsaría la actividad agrícola en muchas zonas de nuestro país y el desarrollo de este sector productivo. La producción nacional anual de azúcar bordea las 900 mil toneladas, sin embargo la demanda por este producto todavía es mayor. Gracias a la producción e industrialización de la caña de azúcar se crearían aproximadamente30 mil empleos directos e indirectos en costa y selva. Usos de la madera El hombre ha usado por cientos de años la energía de la biomasa desde que los hombres comenzaron a quemar madera para cocinar y mantenerse calientes. En estos tiempos la madera sigue siendo nuestro mayor recurso de energía biomásica. Pero existen otros recursos de biomasa que pueden ser usados hoy en día, tales como plantas, semillas, residuos de agricultura, residuos de animales , basura y residuos industriales, mala hierbas, algas marinas, residuos forestales, etc. Por la importancia que tendrá el desarrollo del empleo de la energía biomásica en el futuro muchos países, así como muchas instituciones y organizaciones, han invertido millones de dólares en desarrollar nueva tecnología para lograr convertir a la energía de biomasa en una fuente económicamente competitiva con las fuentes de energía convencionales. Los próximos pasos a dar para popularizar este tipo de fuente sería el instalar construcciones demostrativas en distintos lugares para que así las personas se familiaricen con su uso. Cap 1.2.- Energías Renovables 25 setiembre 2013 Hadzich

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1.4.2

Usos del Biogas

La descomposición de la biomasa produce metano que puede ser usado como un recurso energético. Los rellenos sanitarios pueden ser perforados para liberar el metano producto de la descomposición de materia orgánica, luego mediante tuberías se puede llevar el gas que emerge de todos los agujeros a un punto central en donde es filtrado y limpiado para quemarlo. El metano puede ser producido mediante la descomposición anaeróbica. Este proceso consiste en descomponer material orgánico mediante el uso de bacterias sin presencia de oxígeno. Existe un proceso mediante el cual biomasa es calentada en ausencia de oxígeno. Al elevar su temperatura gran parte de esta biomasa se transforma en un líquido aceitoso que puede ser quemado como el petróleo para generar electricidad. En algunas granjas de países desarrollados utilizan los desechos del ganado para que mediante el uso de sistemas modulares generar suficiente energía para proporcionar la energía eléctrica necesaria a sus casas y granjas. En el Perú tenemos ejemplos en granjas de pollos y chanchos en el sur de Lima. Usos de la basura El uso de biomasa nos libera de algunos problemas como en los siguientes casos: - Si en los rellenos sanitarios el gas (producto de la descomposición de los desechos) no es colectado éste puede escapar a la atmósfera como metano y contribuir al efecto invernadero, por eso es necesario aprovechar el gas generado; claro que éste gas es limpiado previamente debido a que existe la posibilidad de existencia de elementos tóxicos. - Los residuos forestales al no ser colectados pueden provocar grandes incendios y en el caso de que se quemen al aire libre generan mucha más polución que la combustión en una controlada planta generadora de las que emplean estos residuos forestales como biomasa. - Si en las granjas o en los distintos lugares en donde se practique la ganadería si el residuo de los animales no es recolectado y concentrado en un digestor entonces éste puede acumularse generando focos infecciosos y liberando olores desagradables.

Entre las desventajas que presenta el uso de la biomasa tenemos: -Algunos tipos de biomasa al combustionar desprenden gases tóxicos o altamente contaminantes. - El costo de generar energía por biomasa todavía no es competitivo con las otras fuentes de energía actualmente empleadas.

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