La Energía Renovable en EEUU - Infografía

En la siguiente original infografía (en inglés) elabora por Live Science, se puede observar que el Consumo total de Energía Renovable, incluyendo la energía hidroeléctrica representa un porcentaje aún bajo (alrededor del 8 por ciento) del consumo total de energía en los Estados Unidos al año 2010.

En 10 años (desde el año 2000), el consumo de energía eólica se ha multiplicado por 16 veces y el consumos de biocombustibles se ha multiplicado por 8 veces.

En cuanto a los biocombustibles,  por lo general se mezclan con combustibles derivados del petróleo, como la gasolina y el diesel, pero también se pueden utilizar sólos.

Casi toda la gasolina vendida en los Estados Unidos contiene etanol.

Con respecto a la fuente Biomasa (los biocombustibles, madera y residuos orgánicos), se observa que es la mayor fuente de combustible renovable en los Estados Unidos. Sin embargo, cuando los tipos de biomasa son considerados como categorías separadas, la generación de energía Hidroeléctrica es la mayor fuente de energía renovable.

El 8% del consumo total, definitivamente es aún un consumo muy bajo para las energías alternativas renovables (inclusive menor que la nuclear de 9%). Un primer paso para el dominio de mundo de la generación de energía es reemplazar plenamente a los derivados del petróleo y a energía nuclear en los próximos años, antes de 30 años en lo posible.
 

Source:LiveScience

La Energía Eléctrica a partir del Agua

La forma tradicional de obtener energía del agua, es a partir de tener un caudal y un diferencial de altura (o salto de agua) para generar potencia util. Esto implica tomar energía del caudal y el salto, pero en forma de electricidad ( esa en nuestra intención básica), pero es importante señalar que este sistema no transmite el 100% de energía, debido a las perdidas que hay en el camino debido a fricciones, calor, curvas, ruido, entre otros.

La conversión se rige por la siguiente ecuación:

Potencia de entrada = Potencia disponible = P_disp= Potencia de salida + pérdidas

O de esta otra forma:

Potencia de salida = Potencia Util entregada= P_neta= Potencia de entrada x eficiencia de conversión

Eficiencia de conversión = n₀

Entonces tenemos: P_{neta =} P_disp x n₀  (kW)

Como ejemplo de aplicación de estas ecuaciones, tenemos el caso de un sistema que recibe 300 kW y entrega 210 kW, implica que tenemos una eficiencia del 70% (210 = 300 x 70%)

Bien ahora, a la potencia disponible es igual a la altura o salto disponible (h_disp ) multiplicado por el caudal (Q) y afectado por un factor de 10, con lo cual se obtiene la ecuación fundamental de potencia hidráulica:

P_neta = 10. h_{disp .}Q. n_{0 ....(1)}

La altura esta en metros, el caudal en m³/sg. Esta ecuación es la base de todo diseño de sistemas hidroenergéticos.

La energía liberada por un cuerpo que cae es su peso multiplicado por la distancia vertical recorrida. La fuerza que ejerce el agua es el producto de su masa (m) y la aceleración de la gravedad (g). La distancia vertical es el salto (h_disp).

Energía liberada = m.g. h_disp  ( en Joules)

La masa de agua es su densidad (p) por su volumen (V), de modo que:

Potencia disponible (P_disp) = p.Q.g.h_disp  (en Joules/seg o Watts, dependiendo de las unidades empleadas)

Los Detalles físicos del desarrollo de la Formula (1) son:

Se considera que el agua tiene una densidad de 1000 kg/m³ y la aceleración de la gravedad es de 9.8 m/s². La potencia producida en la turbina es menor que la potencia disponible debido alas pérdidas por fricción en las tuberías y en la misma turbina. La potencia de salida del generador es menor nuevamente debido a la ineficiencia del sistema de transmisión y generador; más aún, las pérdidas en el transporte de la energía harán el final que el ususario reciba alrededor de la mitad de la potencia disponible del sistema. La eficiencia total del sistema (n₀) en realidad varia entre 0.4 y 0.6. La potencia recibida por el consumidor, o potencia neta (P_neta), es:

P_neta= n₀.p.Q.g.h_disp Watts

P_neta= n₀.1000.Q.9.8.h_disp Watts

P_neta= n₀.Q.9.8.h_disp kW ....(2)

Redondeando en esta última ecuación el 9.8 a 10, tenemos la ecuación (1).

La potencia neta se estima a menudo en una forma rápida asumiendo que n₀=0.5, de modo que redondeando (véase proceso deductivo de la eficiencia en gráfico anterior):

P_neta= 0.5.Q.9.8.h_disp kW

P_neta= 5.Q.h_disp kW …(3)

Ejemplos:

1. Se requiere diseñar un sistema de microhidroenergía para 90 kW para un aserradero. Se tiene el dato que existe un salto de agua con una altura de 25 mts. ¿Cuánto caudal se necesita?

Empleando la ecuación (3), y despejando tenemos la siguiente relación:

Q = P_neta /5.h_disp = 90 / 5x25 = 0.72 m³/s

2. Si se nos pide calcular la potencia de salida que puede generar un río que tiene un caudal de 250 lt/sg y que posee un salto de 40 metros.

Aplicando la formula (1), tenemos lo siguiente: (recordar que 250 lt/sg = 0.25 m³/sg)

P_neta= 5x0.25x40 = 50 kW

Energías Limpias

Las energías limpias son aquellas que en su proceso de extracción, procesamiento, distribución y utilización generan reducidos impactos ambientales y sociales además de no generar desechos que puedan ser nocivos para la salud y el paisaje. Entre las energías limpias más conocidas tenemos:

Energía Solar Fotovoltaica

Es la más limpia de todas, aunque con la tecnología actual aún no se llegan a satisfacer los volúmenes necesarios. Sin embargo puede constituir un buen complemento energético. Así, un panel solar de un metro cuadrado nos puede dar la potencia necesaria para encender un televisor de 12 pulgadas en blanco y negro, dos focos ahorradores y una radio a pilas. Ello significa una ventaja importante en sectores rurales donde el cableado eléctrico no ha llegado como ocurre en muchos lugares del país.

Energía Hidroeléctrica

Nuestro país cuenta con centenas de caídas de agua, muchas de las cuales son aprovechadas para producir la energía eléctrica que requieren las grandes ciudades. Dado que la costa peruana carece de grandes caídas con el caudal necesario, lo que se hace es trasladar la energía que se genera en la sierra través de sistemas interconectados. Así podemos decir que la Central del Mantaro (Santiago Antúnez de Mayolo) que se emplaza en Huancavelica produce casi la mitad de la energía que el país requiere (1000 Mw.), trasladando ésta hasta ciudades tan lejanas como Cajamarca.

También es importante considerar a la energía cinética del agua, cuya principal ventaja es que prácticamente no genera impacto ambiental al no requerir represamiento de aguas, y por el lado de la inversión puede ser hasta 50 veces menor con respecto a una central de igual potencia. El problema de su no masificación es por intereses a favor de las grandes fabricantes de turbinas y diseñadores de estas plantas.

Energía Eólica

Nuestro territorio cuenta con zonas donde las condiciones de viento harían rentable contar con aerogeneradores. Sin embargo estas zonas no son necesariamente las más pobladas. Así en el desierto de Paracas se tiene la zona de vientos más intensos, llegándose a alcanzar velocidades de hasta 40 Km / hora en las tardes. También las pampas de Camaná son zonas propensas a los vientos pero en ella es muy difícil establecerse por estar muy alejadas de los centros poblados.


Energía Geotérmica

Energías provenientes del interior como es la energía geotérmica se encuentran muy poco aprovechadas en el Perú, y se les utiliza principalmente como atractivos turísticos en distintas provincias. Los más conocidos atractivos relacionados con éste tipo de energía son: Los Baños del Inca en Cajamarca, Los Baños de Yurac en Arequipa, Los Baños de Churín en la sierra de Lima, Los Baños de Mancos en Ancash, entre otros. Sin embargo en países con carencias de recursos energéticos como es Islandia aprovechan la energía geotérmica. De hecho el 70% de la energía que utilizan proviene del subsuelo. Por ejemplo,Japón está situado en una de las zonas más volcánicas del planeta. La generación de electricidad geotermal se produce en 18 lugares diferentes del país, utilizando el vapor de las fuentes termales. La foto muestra la Central de Energía Geotérmica de Matsukawa, la primera de este tipo de plantas en Japón y la cuarta del mundo. Fue inaugurada en 1966. También tenemos a Islandia, que gran parte de su energía es de este origen.

Bio combustibles

 Estos combustibles se han puesto de moda a raíz de buscar alternativas a los combustibles fósiles y reducir así la emisión de los gases de invernadero. Residuos agrícolas como son los restos de la caña de azúcar después de la cosecha son bien aprovechados cuando la extensión de estos campos justifica el costo de la inversión. En el Brasil estas experiencias están muy bien desarrolladas por el tamaño de sus campos. El tamaño mínimo promedio de un predio que justifique la inversión no debería ser menor a 10.000 ha, lo que lo hace aún poco rentable en el Perú, donde las extensiones de las plantaciones están en su gran mayoría por debajo de estas cifras.

Energía Mareomotriz

La energía mareomotriz es la energía que podría obtenerse de la evolución del nivel del mar. En otras palabras, la energía mareomotriz es un resultado directo de la marea cambiante de bajo a alto.

La energía mareomotriz se considera una fuente renovable de energía, ya que sólo use la energía de la evolución de las mareas en lugar de quemar o consumir cualquier tipo de fuente de energía. También es considerado como inagotable porque siempre las mareas suben y bajan a causa de la gravedad.

Energía mareomotriz utilización se considera también una fuente fiable de energía debido a su previsibilidad. En comparación con otras fuentes de energía como la eólica o la energía solar, cambios en las mareas son más fáciles de predecir. Son también seguro de que se produzca constantemente. A diferencia de energía solar o la energía eólica, energía mareomotriz no depende de la temporada o el tipo de clima. En lugar de ello, la energía mareomotriz se basa puramente en la órbita energía cinética que el sol ejerce como las órbitas de la tierra a su alrededor. Lo mismo ocurre con la luna y la tierra orbital del sistema. Como la luna órbitas alrededor de la Tierra, una fuerza gravitatoria es experimentada por ambos órganos.

En consecuencia, todas las fuerzas que trabajan dentro de los sistemas orbitales crear un desequilibrio en la tierra los niveles de agua. Así, algunos lugares tienen mayores niveles de agua, mientras que otros lugares han disminuido los niveles de agua.