Aspectos Basicos Generales Sobre Los Recursos Energeticos

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ASPECTOS BASICOS GENERALES SOBRE LOS RECURSOS ENERGETICOS 1.- LOS RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA TIERRA 1.1. INTRODUCCIÓN La energía de la Tierra es un concepto relativo, puesto que ésta fluye continuamente hacia dentro y hacia fuera del planeta. En la Tierra, la principal fuente de energía es la nuclear (la contenida en los núcleos de la materia que la conforma, seguida de la electromagnética (la que llega desde el Sol) y finalmente la gravitacional gravitacional (debida a la interacción Tierra-luna-Sol).

Figura 1 : intercambios intercambios de la la tierra Como consecuencia del movimiento de la Tierra alrededor del Sol, del Sistema Solar alrededor del centro de la galaxia y de ésta por el firmamento, también posee la Tierra una enorme energía cinética, ya que se desplaza por el espacio a una velocidad superior a los 100km/s.

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Figura 2 : esquema de movimientos en el sistema solar De todas estas capacidades energéticas de la Tierra, solo unas pocas están disponibles con los conocimientos tecnológicos actuales para sus habitantes y en este sentido las más importantes son la energía electromagnética procedente del Sol (energía solar), la energía nuclear de algunos (pocos) elementos radioactivos (uranio) presentes en la Tierra y a la energía gravitatoria de la interacción Tierra-Sol-Luna (aprovechada indirectamente a partir del movimiento que produce sobre las masas del agua-mareas). También se dispone de otra fuente de energía, que es el magna caliente del interior de la Tierra.

Figura 3: fuentes energéticas de la tierra


3 Aparte de todas estas energías, la Tierra presenta una peculiaridad, y es que una relativamente pequeña parte de su superficie está recubierta de vida, en forma de vegetales de muy diverso tipo, y ocurre que las hojas verdes captan una pequeña cantidad de radiación solar y la almacenan químicamente por el mecanismo de fotosíntesis.

Figura 4 : almacenamiento de energía solar mediante el proceso de f otosíntesis Esta energía almacenada puede liberarse por oxidación (combustión) a un ritmo aproximadamente igual al de su almacenamiento. Sin embargo, una fracción diminuta ha sido almacenada a lo largo de millones de años, al quedar enterrada en condiciones de oxidación y desintegración incompletas, formando los combustibles fósiles: carbón, petróleo, gas, pizarras bituminosas, arenas asfálticas. La disponibilidad de los recursos energéticos es uno de los factores más importantes en el desarrollo tecnológicos de las naciones. A su vez, el desarrollo tecnológico determina la utilización de ciertos tipos de energía y, por lo tanto, la disponibilidad de ese recurso. Los recursos energéticos son usados por el hombre para satisfacer algunas de sus necesidades básicas en forma de calor y trabajo. Todas estas formas de energía han sido producidas por el hombre, sin embargo, existe una fuente de energía inagotable que no ha sido aprovechada al máximo; la energía solar. Esta y otros tipos de energía serán estudiados a través de todo el desarrollo del trabajo ENERGIAS NO CONVENCIONALES

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ENERGÍA LUMINOSA

La principal fuente de energía para los seres vivos del planeta es la luz solar, es decir, el conjunto de radiaciones que nos llegan del Sol y que atraviesa el espacio, primero, y después la atmósfera. No todas las radiaciones alcanzan la superficie de la tierra y menos el fondo de los océanos, ni tampoco la energía que transporta. Más o menos la mitad del total de esas radiaciones se agrupa bajo lo que llamamos luz visible. Además, nos llegan también rayos gamma, luz ultravioleta y luz infrarroja, entre otras.

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ENERGÍA ELÉCTRICA

Toda esa energía se aprovecha de diversas maneras, pero son las plantas autótrofos los principales organismos que la utilizan para sintetizar, con su ayuda y a partir de elementos o compuestos inorgánicos, materia orgánica. Los animales y los restantes organismos heterótrofos se alimentan después a partir de esa materia orgánica ya elaborada, incorporando así su cuerpo la energía solar fijada a través de los autótrofos. De todas las formas de energía conocidas en la actualidad, la que más se emplea para la economía de cualquier nación, es la energía eléctrica. La posibilidad de explotar distintos tipos de fuentes de energía como corrientes de ríos, combustibles, gas, Uranio, carbón, la fuerza de los mares y vientos, géiser, etc. de sitios alejados de los centros de consumo, hace posible que la energía eléctrica se transmita a grandes distancias, lo que resulta relativamente económico, ya que es necesaria en la gran mayoría de procesos de producción de la sociedad actual.

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ENERGÍA ALTERNATIVA

Las sociedades modernas precisan de un elevado consumo de energía que en los países desarrollados procede fundamentalmente del petróleo y las centrales nucleares. El inconveniente de los combustibles fósiles es que se agotan y que el consumo crea graves problemas ecológicos y medioambientales. Las centrales nucleares, que prometían ser una alternativa, han resultado ser antieconómicas, en


5 gran parte debido a la exigencia de complejos sistemas de seguridad para evitar catástrofes y al difícil problema de la eliminación de los residuos contaminantes. En la actualidad, el desafío consiste fundamentalmente en encontrar energías alternativas no contaminantes, que sean eficaces y que favorezcan el ahorro energético.

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ENERGÍA SOLAR

El aprovechamiento de la energía solar parece ser la alternativa más prometedora, pues permite diversas formas de captación y transformación. Así, las células fotovoltaicas convierten la luz solar en energía eléctrica; los colectores absorben calor directamente y lo transfiere a otro medio como el agua; las centrales heliotérmicas utilizan baterías de espejo para concentrar los rayos, solares sobre un colector central, donde se forma el vapor que acciona la turbina generándose electricidad. Ahora bien, la capacidad de los rayos solares se encuentra muy disminuida en la superficie terrestre, por lo que se están realizando investigaciones sobre la posibilidad de sintetizar inmensos paneles que, situados en órbita geoestacionaria, radiarían la energía captada a la tierra.

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LA ENERGÍA EÓLICA

El perfeccionamiento del tradicional molino de viento ha dado lugar a modernos aeromotores que aprovechan la energía eólica para generar electricidad. Estos aeromotores pueden instalarse aislados o bien en agrupaciones que aportan energía a las redes de distribución. Sin embargo, el viento tiene dos características que lo diferencia de otras fuentes energéticas: su imprevisible variabilidad y su dispersión. Ello obliga a sutiles perfeccionamientos en el diseño de las palas y el sistema de control que regula las revoluciones por minuto, para evitar velocidades, excesivas durante los vendavales y orientar el rotor hacia la posición más favorable.

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LA ENERGÍA HIDRÁULICA

En las centrales hidroeléctricas se aprovecha la energía cinética del agua procedente de los ríos y en los países montañosos con muchos ríos constituye una importante ENERGIAS NO CONVENCIONALES

6 fuente de suministro energético. Una alternativa interesante son las centrales mareomotrices. En ellas se utiliza la energía desarrollada por las mareas, es decir, se aprovecha la diferencia de nivel entre pleamar y bajamar. En consecuencias, se precisan lugares donde estas diferencias sean considerablemente.

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ENERGÍA QUÍMICA Y NUCLEAR

También podemos considerar la energía transmitida por los fenómenos químicos (la energía química): El proceso de combustión de los derivados del petróleo es una reacción química. Los procesos químicos que se producen en el interior de una pila eléctrica son los causantes de que se genere electricidad. Finalmente un último tipo de energía cuya naturaleza no se conoce exactamente es la energía nuclear o atómica debida a la inestabilidad de núcleos atómicos de ciertos elementos que denominamos radiactivos. energía liberada durante la fisión o fusión de núcleos atómicos. Las cantidades de energía que pueden obtenerse mediante procesos nucleares superan con mucho a las que pueden lograrse mediante procesos químicos, que sólo implican las regiones externas del átomo.

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ENERGÍA MECÁNICA Y TÉRMICA

La energía se transmite de las fuentes de energía a los receptores de energía según sea la forma de transmisión el tipo de energía producido por el trabajo será distinto. Cuando la energía se transmite gracias a la fuente energética está en movimiento o tiene la posibilidad de moverse a esto lo llamamos energía mecánica. El calor que produce la madera al arder o la combustión del carbón o de la gasolina permiten aprovechar la energía térmica contenida en ellos para evaporar el agua obtener electricidad o mover coches.

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ENERGÍA POTENCIAL

Energía potencial, energía almacenada que posee un sistema como resultado de las posiciones relativas de sus componentes. Para proporcionar energía potencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo para levantar una pelota del suelo, estirar una cinta elástica o juntar dos imanes por sus polos iguales. De hecho, la cantidad de energía potencial que posee un sistema es igual al trabajo ENERGIAS NO CONVENCIONALES

7 realizado sobre el sistema para situarlo en cierta configuración. La energía potencial también puede transformarse en otras formas de energía. Por ejemplo, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la energía potencial se transforma en energía cinética.

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ENERGÍA FÓSIL

Se llama energía fósil la que se obtiene de la combustión (oxidación) de ciertas substancias que, según la geología, se produjeron en el subsuelo a partir de la acumulación de grandes cantidades de residuos de seres vivos, hace millones de años. El petróleo es una mezcla de una gran variedad de hidrocarburos (compuestos de carbono e hidrógeno) en fase líquida, mezclados con una variedad de impurezas. Por destilación y otros procesos, se obtienen las diversas gasolinas, el diesel, la turbosina, la tractolina, el chapopote, etc. En el ámbito mundial ya no es un recurso abundante. El gas natural está compuesto principalmente por metano y corresponde a la fracción más ligera de los hidrocarburos, por lo que se encuentra en los yacimientos en forma gaseosa. El carbón mineral es principalmente carbono, también de origen fósil, que se encuentra en grandes yacimientos en el subsuelo. A nivel mundial, el carbón mineral es abundante. Los problemas ecológicos que causa son aún mayores que los inherentes al petróleo y sus derivados.

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ENERGÍA BIOMASA

La forma más antigua de aprovechamiento de la energía solar, inventada por la Naturaleza misma, es la fotosíntesis. Mediante este mecanismo las plantas elaboran su propio alimento (su fuente de energía) y el de otros seres vivientes en las cadenas alimenticias. Pero también mediante fotosíntesis se obtienen otros productos, como la madera, que tienen muchas aplicaciones, además de su valor energético. A partir de la fotosíntesis puede utilizarse la energía solar para producir sustancias con alto contenido energético (liberable mediante una combustión) como el alcohol y el metano. ENERGIAS NO CONVENCIONALES

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ENERGÍA MUSCULAR

Es uno de los conceptos más empleados de la capacidad de trabajo físico; depende sobre todo de la masa muscular y varía, como esta, en función de la edad, el sexo, la preparación física y la alimentación, a la vez que presenta un componente genético en su variación entre individuos.

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LA ENERGÍA GEOTÉRMICA

Se define como aquella que se obtenga del calor natural de la Tierra, que puede ser extraída del vapor, agua, gases, excluidos los hidrocarburos, o a través de fluidos inyectados artificialmente para este fin.

2.- LA ENERGIA EN EL UNIVERSO El cosmos contiene energía bajo diversas formas: gravitacional (o de atracción entre todas las masas –astros- que lo componen), cinética (la asociada al movimiento de todos los astros, y del conjunto de estos, como es el caso delos sistemas solares y las galaxias), eléctrica (energía química inherente a las sustancias combustibles, importantes en la tierra, pero de poca entidad en el conjunto total), energía electromagnética (irradiada por las estrellas, en todas sus formas) y energía nuclear (la más importante, asociada a la formación de la propia materia)

Figura 5. Cosmos


9 Estas formas de energía pueden clasificarse según “órdenes de mérito”, siendo la

energía superior la de menor entropía (menor desorden). De acuerdo con esto, la clasificación queda por este orden: energía gravitacional, energía de movimiento, energía nuclear, energía electromagnética y energía eléctrica (Q uímica). La energía de una forma superior puede degradarse a otra inferior, pero no al revés.(Sólo la vida puede hacer el efecto contrario, a nivel local, siempre a expensas de un aumento global de la entropía) En el Universo, el flujo de energía se establece a partir de las reacciones termonucleares en las estrellas y de la contracción de las masas, convirtiéndose la energía gravitatoria en energía cinética de partículas y energía electromagnética (incluyendo luz visible, rayos cósmicos, etc.) La gravitación no lleva consigo entropía: y esta es la razón por la que una central hidroeléctrica pueda tener rendimientos próximos al 100%, superior al de cualquier otra central, al haber una mínima transformación a energía Calorífica. El flujo de agua desde una presa hasta el centro de la Tierra es una “contracción gravitacional controlada”, a una escala muy moderada en comparación con lo que ocurre en el Universo) ¿Cómo es posible que la energía gravitatoria del Universo sea aún predominante tras 10.000 millones de años de evolución cósmica?, ¿Por qué no se ha producido un “colapso gravitacional”?

Ello ocurre por la existencia de una seri a de “retardos” en este proceso natural. • El primero, el enorme tamaño del Universo, su baja densidad. Si “t” es el tiempo en que dos masas ta rdan en juntarse (y desaparecer la energía

gravitacional mutua), el tiempo T para el colapso final puede ser muy grande. En efecto, si la densidad fuera 1 átomo por m 3, el tiempo de “caída libre” t c sería de 100 millones de años para nuestra galaxia, que tiene una densidad un millón de veces superior a la del Universo “localmente visible” con los más potentes instrumentos.


10 Un choque entre astros de una galaxia originaría un colapso gravitacional “local”. Sin embargo, la distancia entre los astros de una galaxia es tan grande que un colapso de este tipo es poco probable. • El segundo retardo es el debido al giro d e los astros y de las galaxias, a su gran

energía cinética. Este giro preserva a las estrellas de “caer” hacia el centro de su galaxia, y a la Tierra de “caer” hacia el Sol. Sin el giro no se hubiesen podido formar los sistemas planetarios,

cuando el Sol se condensa a partir del gas interestelar. En todo caso, encuentros ocasionales, y la lenta pérdida de energía Cinética de todos los sistemas solares hac en inevitable la “caída” de los planetas hacia el Sol y de las estrellas hacia el centro de la galaxia • El tercer retardo es el termonuclear, consecuencia de la “combustión” del H2 para

formar Helio (al calentarlo y comprimirlo el H 2 forma Helio y libera gran cantidad de energía que impide la compresión del Sol, el colapso sobre sí mismo. Por consiguiente, ninguna estrella que contenga hidrógeno puede llegar a su colapso hasta que no se haya quemado una cierta cantidad de H 2). • El cuarto retardo lo constituye el hecho de que el Sol sólo contiene H 2 ordinario, con

sólo rastros de Deuterio y Tritio, (al contrario que en una bomba termonuclear). La reacción H2 - H2 es 1018 veces más lenta que la del Deuterio y Tritio). • Otro retardo lo constituye el lento transporte de energía (por conducción) desde el

interior caliente de la Tierra o el Sol, hasta su superficie (de manera que los núcleos calientes tardan muchos más años en enfriarse). El núcleo caliente se deriva de la condensación gravitatoria original, determinada por la incomprensibilidad mecánica del material de los planetas, que por su tamaño no alcanzan la fase de desencadenamiento de reacciones termonucleares que formarían una estrella. Como no hay retardo que dure eternamente, en el Universo se suceden continuas transformaciones, rápidas y violentas, cuya naturaleza aún se ignora. ENERGIAS NO CONVENCIONALES

11 Los rayos cósmicos son unas partículas extraordinariamente energéticas, cuya procedencia no se ha explicado totalmente, pero que sí conforman un canal importante de transferencia de energía en el interior del Universo (portan tanta energía como la luz de las estrellas). Se supone que su origen está asociado a la aparición de “supernovas” (estrellas en explosión que quemaron todo su hidrógeno y entraron en la fase de colapso gravitatorio). Puede ocurrir una auténtica detonación termonuclear, en la que el núcleo de la estrella estalle instantáneamente. Otra posibilidad es que se incremente la velocidad de giro a medida que la estrella colapse y la inestabilidad Hidrodinámica la haga saltar en pedazos. Las radiogalaxias (nubes de electrones enormemente energéticos que emergen de las galaxias), las fuentes de Rayos X, los “ quásares” y “pulsares”, etc., son otras

manifestaciones energéticas del Universo.

Figura 6. La Vía Láctea

3.- LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR SOBRE LA TIERRA La energía que llega del Sol a la Tierra (una ínfima parte de la que este irradia al espacio) da lugar a una serie de fenómenos sobre la atmósfera, el agua y la propia tierra, que finalmente conforman los diversos tipos de energías que los humanos podemos usar.


12 Sobre la Tierra incide una energía solar de 1.559.280TWh en un año, lo cual es aproximadamente 15.000 veces más que la consumida (en la actualidad) en todo el planeta en ese mismo periodo de tiempo. De ella, el 30% se refleja al espacio, y no llega a la superficie terrestre (467.784 TWh), el 50% se absorbe, calentando la superficie terrestre, siendo irradiada de nuevo al espacio (799.640 TWh). El 20% restante(311.856 TWh) alimenta el ciclo del hidrogeno evaporando el agua, el 19,76%, equivalente a 296.263 TWh origina los vientos (0,15%, equivalente a 2.800 TWh) (una parte de este viento se transfiere a la superficie de las aguas formando las olas) y el resto, (0,06% equivalente a 935,5 TWh) alimenta los mecanismos de la fotosíntesis del que en último extremo dependen todos los combustibles fósiles, (los cuales constituyen una pequeñísima parte de ese 0,06% y es la única energía solar incidente que queda retenida en la Tierra, temporalmente.

Figura 7 : distribución de la energía solar incidente en la tierra


13 4.- CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES ENERGÉTICAS De acuerdo con todo lo expuesto hasta aquí, las fuentes de energías disponibles en la Tierra, clasificadas por tipos, son las siguientes: ● Energía nuclear o

Fisión

o

Fusión

● Energía Solar: o

Directa Radiación solar

 o

Indirecta 

Eólica



Hidráulica



Oleaje

● Energía solar acumulada (fósil): o

Carbón

o

Petróleo

o

Gas natural

o

Pizarras bituminosas

o

Arenas asfálticas

● Energía gravitatoria: o

Mareomotriz

● Energía del magma: o

Geotérmica

Si la clasificación se hace atendiendo a la duración de la fuente, se tiene: ● Energías no renovables: o

Nuclear

o

Fósiles 

Carbón


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Petróleo



Gas



Pizarras bituminosas



Arenas asfálticas

● Energías renovables: o

Solar

o

Eólica

o

Oleaje

o

Hidráulica

o

Biomasa

o

Geotérmica

o

Marea

Figura 8 : clasificación de la fuentes energéticas ENERGIAS NO CONVENCIONALES

15 5.- EL CONSUMO DE LA ENERGÍA EN LA TIERRA 5.1 INTRODUCCIÓN Antes de comenzar a analizar la situación energética actual en el mundo, es conveniente aclarar algunos términos y conceptos. En primer lugar, lo que se entiende por reservas y recursos de un combustible fósil (petróleo, gas, carbón, uranio)

Recursos son todas las cantidades conocidas de una fuente energética (o incluso “supuesta” con un elevado nivel de certidumbre .

Reservas son las cantidades conocidas que pueden ser técnica y económicamente rentables en cada instante (en la actualidad o en plazo temporal dado) El paso de un recurso a reserva tiene sus límites, no sólo en términos económicos (la extracción de la última gota de petróleo de un pozo nunca puede ser rentable), sino mucho más en térmicos técnicos (cuando la energía que haya que invertirse para la obtención y explotación del recurso sea superior a la energía almacenada en el propio recurso) En segundo lugar, es interesante analizar el “ciclo de vida” de un recurso no

renovable, en el cual su propia explotación conduce a su desaparición. En general, el ciclo completo de explotación de este tipo de energía responde a una gráfica como la de la figura 10.1.


16 Partiendo del año de explotación 0, el índice de producción tiende a crecer exponencialmente. Después, a medida que aumenta la dificultad para su localización y extracción el índice de producción reduce su velocidad de crecimiento, pasa por uno o varios máximos y luego declina progresivamente hasta cero. Si los índices de producción (pasados y futuros) son conocidos, así como una razonable estimación de las reservas, puede estimarse de la vida esperada de una energía fósil.

6.-CONSUMO ACTUAL DE ENERGÍA PRIMARIA En el año 2.002, el consumo total de energía primaria en el mundo ascendió a 9.405,0 millones de Tep, de las cuales 3.522,5 (38.5%) corresponden a petróleo, 2.282,0 (23.7%) a gas, 2.397,9 (24,7%) a carbón, 610,6 (6.5%) a nuclear y 592,1 (6.5%) a hidráulica y otras renovables. Destacan, como es obvio, las tres grandes áreas de América del Norte (2.715,4·106Tep con el 29% del total), Europa y Eurasia (2.829,5 con el 20,71% del total) y Asia y Pacífico (2.717,8, con el 27,5% del total), así como el bajísimo nivel de consumo de todo un continente, como África (291,0·106 Tep). A nivel de países, destaca Estados Unidos de América, con 2.293,0·106 Tep, (24,5% del total) seguida de China, con 997,8·106 Tep (9,2% del total), Rusia, con 640,2·106 Tep (7% del total), Japón, con 509,4·106 Tep (5,6% del total), seguidas de Alemania e India.

En la tabla 10.1 se presentan estos valores para los principales países del mundo.


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7.- REFERENCIAS 

Enciclopedia juvenil océano Tomo: 4

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Enciclopedia interactiva estudiantil siglo XXI océano



Diccionario pequeño laurosse

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JOSÉ ANTONIO CARTA GONZALES, ROQUE CALERO, ANTONIO COLMENAR , MANUEL CASTRO GIL : “ CENTRALES DE ENERGÍA RENOVABLES “,PEARSON EDUCACIÓN 2009



http://comunidad.eduambiental.org


Aspectos Basicos Generales Sobre Los Recursos Energeticos

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