PRODUCCIÓN DE ENERGÍA

1.Fuentes de energía primaria.

Una fuente de energía primaria es toda forma de energía disponible en la naturaleza antes de ser convertida o transformada.

Consiste en la energía contenida en los combustibles crudos, la energía solar, la eólica, la geotérmica y otras formas de energía que constituyen una entrada al sistema. Si no es utilizable directamente, debe ser transformada en una fuente de energía secundaria (electricidad, calor, etc.).

En la industria energética se distinguen diferentes etapas: la producción de energía primaria, su almacenamiento y transporte en forma de energía secundaria, y su consumo como energía final.

2.Fuentes de energía renovables y no renovables.

Fuentes de energía no renovables: Se consumen a un ritmo mayor que al que la naturaleza permite recuperarlas.

Combustibles fósiles: C, petróleo, gas naturalUranio-235 y Plutonio

Fuentes renovables: Se consumen a un ritmo menor del que se regeneran por la naturaleza, decimos que son inagotables.

BiomasaSolHidráulicaEólicaGoetérmicaMaremotrizOlas

Las proporciones relativas de uso mundial de las diferentes fuentes de energía que se encuentran disponibles son:

*Energía Hidráulica, 9.8%* Energía de la Biomasa, 4%* Energía Solar, 0.54%* Energía Geotérmica, 0.2%Energía Eólica, 0.3%* Energía Fósil (carbón, gas natural y petróleo), 75%* Energía Nuclear, 6%

La mayor cantidad de la población mundial consume energías no renovables que son más económicas, sin embargo, se deberían usar las energías renovables porque no dañan el medio ambiente.

* Las ventajas relativas de las fuentes de energía no renovables son: En la mayoría de los casos son muy fáciles de extraer.Su gran continuidad

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Todas menos el petróleo son muy baratas

* Las desventajas relativas de diversas fuentes de energía no renovables son: Su uso produce la emisión de gases que contaminan la atmosfera y resultan tóxicos para la vida.Se puede producir un agotamiento de las reservas a corto o medio plazo. * Las ventajas relativas de diversas fuentes de energía renovables son: Son diversas y abundantes. El sol abastecerá estas fuentes de energía (radiación solar, viento, lluvia, etc.) durante los próximos cuatro mil millones de años. No producen gases de efecto invernadero ni otras emisiones.

* Las desventajas relativas de diversas fuentes de energía renovables son: Su obtención es costosa en comparación con las no renovables. Normalmente requieren de mucho espacio para el montaje de los equipos de obtención.

3.Diagramas de Sankey.

Un diagrama-Sankey es la representación gráfica de los caudales de energía (cantidad por tiempo) a través de un sistema. Normalmente los caudales son representados por flechas, en los cuales el ancho es proporcional al tamaño del caudal mostrado. Mejor que números o descripciones el diagrama explica qué caudales benefician y cuales constituyen residuos o emisiones.Ejemplo:

4.La producción de electricidad como forma de energía secundaria y versátil.

Generalmente todas las formas de energía son transformadas en electricidad puesto que se transporta de modo más sencillo y su transformación posterior en otras formas de energía es también más eficiente. Además la electricidad se puede transformar casi en cualquier otra forma de energía.

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5.Producción de energía eléctrica en las centrales de combustibles fósiles.

El proceso de producir electricidad es bastante ineficiente. Para poder mover la turbina con el vapor, éste ha de pasar desde la alta presión de la caldera a la baja presión del punto donde se condensa. Esta caída en la presión implica un aumento de la entropía y una pérdida de calor, que ha de liberarse en el medio ambiente. Esta pérdida oscila entre el 60 y el 70% de la energía primaria consumida. De este modo, sólo entre un 30 y un 40% de la energía original se convierte en electricidad. Incluso después un 10% de la potencia generada se disipa en las líneas de transmisión en forma de calor. Y aún después se producirán importantes pérdidas en los dispositivos que han de utilizar esa electricidad generada, como motores, lámparas, etc.

La densidad de energía de un combustible es la cantidad de energía acumulada por unidad de volumen. La energía específica es la energía que un combustible puede transferir por unidad de masa del mismo. Se suele expresar en J/Kg

Ejemplos:

La elección de combustible se ve influida por su densidad de energía porque entre mayor sea su densidad, más energía se puede almacenar o transportar para la misma cantidad de volumen. Por ejemplo: el gas natural es más eficiente que la gasolina, debido a que tiene mayor densidad que la gasolina, entonces tiene más energía el primero que el segundo. La energía específica del gas natural es 53.6 MJ/kg, y la de la gasolinaes46.4MJ/kg.

Las centrales termoeléctricas contaminan mucho la atmósfera por la producción de partículas sólidas y por la emisión de SO2, NO2, CO2, que provocan la lluvia ácida. El CO2 además produce el efecto invernadero.Para minimizar estos efectos se usan chimeneas con inyección de aditivos y precipitadores que neutralicen las emisiones.

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Se tiende a usar gas natural porque emite menos gases contaminantes pero genera mucho CO2, que produce efecto invernadero.

6.Producción de energía en las centrales nucleares.

La energía nuclear implica cambios en los átomos en dos formas: la fisión o la fusión nuclear.

La fisión.

En el primer proceso un átomo de un elemento determinado se rompe, al recibir un neutrón adicional, para producir dos átomos más pequeños liberando energía y dos o tres neutrones capaces de inducir la fisión de otros núcleos adicionales.

En la mayor parte de los reactores nucleares hoy existentes se utiliza uranio 235, 235U. Normalmente, en una proporción de 3% de 235U y el 97% restante de 238U, más estable. En la naturaleza sólo un 0,7% del uranio natural es 235U, por lo que se hace necesaria una etapa previa denominada enriquecimiento. El combustible debe contener un 3,5% Uranio 235. Para conseguirlo se centrifuga la mezcla de isótopos, el Uranio 235 al ser menos pesado queda pegado al eje de la centrífuga y el 238 queda pegado a las paredes.

Dado que para que los núcleos de 235U absorban los neutrones con más eficiencia, éstos deben reducir la alta velocidad con la que resultan de la fisión, se utiliza una sustancia adicional conocida como moderador, con cuyos núcleos de sus átomos chocan los neutrones. Este moderador puede ser los núcleos de los átomos de hidrógeno del agua (H2O), los del deuterio (isótopo del hidrógeno formado por un protón y un neutrón) del agua pesada (D2O) o el grafito.

En física, la masa crítica es la cantidad mínima de material necesaria para que se mantenga una reacción nuclear en cadena. La masa crítica de una sustancia fisible depende de sus propiedades físicas (en particular su densidad) y nucleares (su enriquecimiento) y su pureza, además de si está rodeada o no por un reflector de neutrones. Al rodear a un material fisible por un reflector de neutrones la masa crítica resulta menor. En el caso de una esfera rodeada por un reflector de neutrones, la masa crítica es de unos cincuenta y dos kilogramos para el uranio 235 y de diez kilogramos para el plutonio 239.

Como consecuencia del proceso de fisión se pueden producir nuevos materiales fisionables como el plutonio 239, 239 Pu o el 233U, según los casos. El Plutonio 239 se utiliza como combustible fisionable en otros reactores

Cuando la reacción se produce a ritmo constante para que el reactor produzca una potencia constante, es necesario que cada núcleo fisionado produzca un solo neutrón que a su vez fisionará otro núcleo. Se dice entonces que el reactor está en estado crítico, que es el normal. Como quiera que cada núcleo genera de media 2,5 neutrones, es necesario eliminar los sobrantes, para lo que se insertan materiales que absorben con gran facilidad los neutrones, en forma de barras de control de cadmio o boro. Si por la razón que fuera este sistema fallara, el número de neutrones crecería y se produciría una reacción en cadena. Lo cual constituye un grave accidente que puede provocar la rotura

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de la vasija del reactor y una fuga radiactiva, aunque por sí mismo no puede conducir a una explosión nuclear, ya que el excesivo calor generado por la reacción provoca que el material fisionable se separe.

Una reacción de fisión incontrolada es el fundamento del funcionamiento de las armas nucleares.

El reactor se refrigera mediante un fluido que puede ser agua, dióxido de carbono o sodio líquido, en un circuito cerrado. Este circuito transfiere la energía térmica a través de un intercambiador estanco, que evita fugas radiactivas. El vapor de agua así generado es el que como en cualquier otra central térmica, acciona las turbinas que mueven el generador eléctrico que transforma la energía mecánica en electricidad.

Existen dos tipos básicos de reactores:

Reactores térmicos. Reactores reproductores rápidos.

Los primeros son los más extendidos. Los más frecuentes son de agua ligera (Light Water Reactor). También existen reactores que utilizan agua pesada como moderador (Pressured Heavy Water Reactor) y agua ligera o pesada como refrigerante. Por último existen reactores que utilizan como moderador grafito.

Los reactores reproductores rápidos son muy poco frecuentes y prácticamente carecen de moderador. En ellos se puede producir más material fisionable que el que se introdujo inicialmente.

Riesgos vinculados a la producción de energía eléctrica de origen nuclear

Existen muchos riesgos en la utilización de energía nuclear, desde la extracción del mineral hasta el almacenamiento de los productos de la reacción como basura radiactiva.

Se pueden agrupar en cuatro apartados:

-Almacenamiento de los productos radiactivos. A pesar de que alguno de los fragmentos de la fisión tienen una vida media de solo 10 años otros tienen una vida media de 1000 o incluso 10 millones de años. Estos materiales se almacenan bajo el agua en contenedores estanco de acero inoxidable.

-Accidentes en el reactor. Aunque no son habituales, cuando suceden tienen efectos devastadores en las personas y el medio ambiente los dos accidentes más graves ocurridos son el de Chernobil (Ucrania) y Three Mile Island (EEUU).

-Desarrollo de armas nucleares. Las modernas armas nucleares usan la fisión incontrolada de Uranio235 y Plutonio 239 para producir enormes cantidades de energía. Se pueden usar los reactores para la producción de estas armas. Hay países que los han utilizado para tal fin.

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Sin embargo cada vez se extreman más las medidas de seguridad para que estos riesgos no sucedan y no podemos olvidar que la energía nuclear produce el 15% de la electricidad mundial sin emisión de gases efecto invernadero.

La fusión.

La fusión es la fuente de la inmensa cantidad de energía emitida por el Sol y las estrellas. Pese a los intensos trabajos realizados por los científicos hasta la fecha, la fusión nuclear no es todavía una fuente de energía viable comercialmente. De conseguirse podría ser la solución para los problemas energéticos de la Humanidad, con una generación mínima de residuos.

El principio básico consiste en la unión, fusión, de los núcleos de dos isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio) para formar otro núcleo más pesado (helio), conocido como partícula alfa, y un neutrón. En el proceso se liberan grandes cantidades de energía. Se calcula que con 1 mg de combustible de fusión se pueden obtener, 100.000 Kilowatios hora de electricidad, equivalente a la obtenida quemando 8 Tm de carbón.

En el núcleo del deuterio, a diferencia del del hidrógeno normal en el que hay un solo protón, hay además un neutrón. En el caso del tritio hay dos neutrones. El proceso se representa mediante la siguiente ecuación:

Tritio (3H) + Deuterio (2H) -- >> Helio (4He) + un neutrón con alta energía (n)

En un reactor de fusión se utiliza como combustible deuterio y litio. El primero se encuentra espontáneamente en ríos y mares, aunque muy diluido. Se calcula que haría falta procesar 100 t de agua para obtener 1 kg de deuterio puro. El litio, es un metal ligero muy frecuente, a partir del cual se genera tritio en el reactor, bombardeándolo con los neutrones obtenidos.

Las reacciones de fusión se dan a altísimas temperaturas, cuando los núcleos colisionan con la suficiente energía para superar las fuerzas de repulsión motivadas por su carga eléctrica. En el interior del Sol, a temperaturas de entre 5 y 10 millones de ºC, este mecanismo se da de forma natural, gracias a las inmensas fuerzas gravitatorias que comprimen y calientan el combustible nuclear. Como en la Tierra estas condiciones de gravedad son imposibles de reproducir, se sustituyen calentando un plasma de baja densidad a 100 millones de ºC, una temperatura diez veces superior a la del núcleo del Sol. A estas temperaturas cualquier gas está completamente ionizado y se convierte en un plasma, el cuarto estado de la materia, formado por los núcleos cargados positivamente y los electrones cargados negativamente que se mueven libremente como las moléculas de un gas.

El reto tecnológico es conseguir estas temperaturas elevadísimas y mantener el plasma aislado térmicamente, es lo que se conoce como confinamiento, de modo que se mantengan las condiciones adecuadas para la fusión.

En la actualidad existen dos alternativas:

Confinamiento magnético. Confinamiento inercial.

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El confinamiento magnético, se basa en el uso de campos magnéticos para controlar el plasma. El hecho de que el plasma esté formado por partículas cargadas positiva y negativamente, permite hacer que éste se desplace a lo largo de las líneas del campo magnético y evita que se produzcan pérdidas de plasma en dirección perpendicular al mismo. El campo se crea mediante imanes superconductores dispuestos alrededor del reactor y corrientes eléctricas que fluyen por el plasma, que por estar formado por partículas cargadas es un excelente conductor

Otra opción que se ha desarrollado es el confinamiento inercial empleando la intensa radiación originada por un conjunto de laseres que se proyectan contra una esfera que contiene el combustible de tritio y deuterio.

No hay que perder de vista que este sistema tiene implicaciones de uso militar. Igual que el sistema anterior hasta la fecha no se ha conseguido que el saldo neto de energía sea positivo.

En un reactor de fusión la mayor parte de la energía obtenida en las reacciones que ocurren en el plasma es transportada por los neutrones generados, que son capturados y su energía transformada en energía térmica que en un circuito auxiliar produce vapor y se utiliza para generar electricidad como en cualquier otro dispositivo convencional. Parte de los neutrones se emplean para obtener tritio a partir del litio. La energía restante, presente en las partículas de helio, mantiene la alta temperatura del plasma, del que hay que retirar las impurezas generadas e inyectar continuamente deuterio y tritio.

A pesar de los grandes avances es mucho lo que queda todavía por investigar y la opinión unánime de la comunidad científica es que todavía serán necesarios 50 años más de investigaciones para conseguir que la fusión sea viable a gran escala.

En los últimos años se ha especulado mucho con la posibilidad de conseguir la fusión a temperatura ambiente y en determinadas condiciones. Algunos científicos han anunciado haberlo conseguido, en medio de una gran controversia ya que sus experimentos no han podido ser reproducidos con éxito por otros en condiciones objetivas por lo que se han rechazado.

7.Producción de energía con generadores eólicos.

El viento es consecuencia de la radiación solar. Las diferencias de insolación entre los distintos puntos de la tierra generan diferentes áreas térmicas y los desequilibrios producen diferencia de densidad en las masas de aire que se traducen en diferencias de presión.

Como todo gas, por tanto también el aire, se mueve desde las zonas de alta presión a las de baja presión y esto provoca el desplazamiento que origina el viento (aire en movimiento).

En síntesis, los factores que determinan los vientos de un punto determinado pueden resumirse en: situación geográfica, características climáticas locales, estructura topográfica de la zona.

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El crecimiento de producción de energía eléctrica por aerogeneradores ha sido exponencial y se estima que en 2020 sea de 3,5 TW

Características de un generador eólico.

Turbinas de diferentes tamaños pueden generar diferentes potencias desde 100MW, hasta 2 MW. Las aspas de la turbina pueden oscilar desde 30 m hasta 80 m de longitud y están diseñadas para rotar entre 10 y 30 r.p.m. Las turbinas modernas pueden generar electricidad con vientos desde 4 m/s pero su máxima capacidad está en vientos de 15 m/s más o menos. Los huracanes pueden destrozar las turbinas de manera que disponen de un sistema de paro para vientos fuertes.

Aunque el viento es discontinuo, una buena planificación de parque eólicos puede suministrar un continuo de energía en un país, el viento siempre está soplando en alguna parte.

Potencia por unidad de superficie que podría suministrar un generador eólico.

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8.Producción de energía hidroeléctrica

Diferentes modelos hidroeléctricos

-Almacenamiento de agua en lagos:Se deja caer el agua a gran velocidad haciéndola pasar por una turbina conectada a un generador de corriente eléctrica.La energía potencial del agua almacenada en el pantano se convierte en energía cinética del agua, esta energía cinética se transfiere a la turbina y posteriormente al alternador que la transforma en energía eléctrica.A pesar de que parece que el impacto ambiental es mínimo , tienen lugar dos efectos indeseables: por un lado impacto ecológico en las especies que habitan el ecosistema. En segundo lugar pequeñas emisiones de metano debido a la acumulación de materia orgánica en descomposición al evitar que el pantano fluya naturalmente. El metano es un gas efecto invernadero.

-Almacenamiento de agua en mareasSe utiliza un dique en el estuario de un río. Las compuertas se abren cuando sube la marea para que entre el agua, cuando la mareas está alta se cierran las compuertas y el agua queda atrapado, cuando baja la marea el agua atrapado se encuentra a un nivel superior al del río ( debe ser al menos de 5 m) . Se deja caer el agua encerrado de manera que pase por las turbinas generadoras de electricidad. Aunque solo se produce la marea alta dos veces al día la gran cantidad de agua retenida hace que se genere una potencia apreciable.

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La energía cinética por el movimiento del agua en las mareas se transforma en potencial y cuando se abren las compuertas se trasforma de nuevo en cinética del agua, cinética de las turbinas y eléctrica.

-Almacenamiento por bombeo.Puesto que almacenar energía eléctrica es muy difícil, de hecho solo es posible en cantidades muy pequeñas, cuando la demanda energética es menor de la producción se puede utilizar la energía en bombear agua a niveles superiores, esto ya constituye un modo de almacenar “energía”. Cuando se produce un pico de demanda entonces se utiliza esa agua bombeada para producir más electricidad.La central hidroeléctrica de Barcena de Pie de Concha tiene un sistema de bombeo para estas situaciones.

9.La energía solar

La energía solar es la energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La cantidad de energía que se recibe del sol anualmente se estima en 1,49·108 KWh. Se trata de una energía limpia, que utiliza una fuente, o combustible, inagotable y que no cuesta. Sin embargo el problema en relación a esta forma de energía radica en como poder aprovecharla de forma eficiente.

Dos son las direcciones actualmente utilizadas: conversión eléctrica y conversión térmica. Ambas dan lugar a los dos tipos de aprovechamiento hoy existentes:

Energía solar fotovoltaica. Energía solar térmica.

La energía solar como fuente de energía presenta ciertas ventajas e inconvenientes en función de las cuales llegará a asentarse de manera mas regular. Entre las ventajas destacamos la elevada calidad energética, el nulo impacto ecológico y su carácter inagotable a escala humana. Por otra parte, la forma semialeatoria en la que la tenemos disponible (sometida a ciclos de día-noche y estacionales), su forma dispersa de llegar a la tierra y que al no poderse almacenar de forma directa requiere una transformación energética, restringen moderadamente su uso.

La energía solar fotovoltaica es un tipo de energía solar renovable basada en la aplicación del llamado efecto fotovoltaico, que se produce al incidir la luz sobre unos materiales denominados semiconductores, de tal modo que se genera un flujo de electrones en el interior del material, y ,en condiciones adecuadas , una diferencia de potencial que puede ser aprovechada. Como el resto de las energía renovables se caracteriza por presentar un impacto ambiental muy limitado y por ser inagotable a escala humana. Como ventajas adicionales presenta una elevada calidad energética y una ausencia total de de ruidos en los procesos energéticos. Debido a su sencillez , fiabilidad y operatividad , la energía solar fotovoltaica se emplea comercialmente para la generación eléctrica en el mismo lugar de la demanda, satisfaciendo pequeños

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consumos. Además, tiene la ventaja de no necesitar ningún suministros exterior ni la presencia de otro tipo de recursos.

La energía solar térmica se basa en el efecto térmico producido por la luz solar. La naturaleza de la energía solar hace posible que el hombre la utilice directamente mediante diferentes dispositivos artificiales que concentran los rayos solares y transfieren la energía a los fluidos que le interesan.

Se distinguen tres clases en función del nivel de temperatura alcanzado:

Baja: (T < 100 º C). Se usa en vivendas. Media: (100 º C < T < 400º C).

Alta: (T > 400º C).

Las de media y alta T se usan en centrales solares. Utilizan paneles planos, clindro-parabólicos y discos parabólicos.

En el primer caso, los que emplean fluidos de baja temperatura, los colectores solares empleados son de placa plana. Para las aplicaciones de media temperatura, se emplean colectores cilindro parabólicos. Y para la alta temperatura, discos parabólicos o centrales de torre con helióstatos.

Hay que hacer constar que la principal aplicación de la energía solar térmica de media y alta temperatura es la producción de vapor que se emplea en diferentes fines, fundamentalmente la producción de energía eléctrica de modo similar a las centrales convencionales.

Las aplicaciones de los sistemas de baja temperatura son la producción de agua caliente sanitaria.

Radiación solar

S, constante solar, es la potencia media por metro cuadrado que llega a la superficie de la atmósfera de un planeta, su valor es de 1,37 kW/m2. Es decir que a cada metro cuadrado de superficie de la atmósfera llegan por segundo 1,37 KJ.

L, luminosidad, es la potencia total que emite una estrella, se calcula por la ley de Stefan –Boltzmann

L =σ .Superficie. T4

Donde σ tiene un valor constante de 5.67.10-8 W.m-2. K-4

Flujo de potencia(Power flux), es la potencia que llega por metro cuadrado a la superficie de un planeta. Se puede hacer una estimación de la misma mediante el siguiente experimento:Poner una cantidad conocida de agua con tinta negra en un tubo de vidrio ( de masa también conocida). Tapar bien e introducir un termómetro. Exponerlo al sol y esperar a que su temperatura aumente entre 3 a 5 ºK. Medir el tiempo que tarda y aplicar la ecuación Q= m.Ce. ΔT,Tener en cuenta el Ce del agua y del vidrio con sus respectivas masas.

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así sabremos la energía recibida.Si lo dividimos por el tiempo que ha tardado conoceremos la potenciaSi lo dividimos por la superficie que ha estado expuesta al sol, que podemos considerar un rectángulo, tendremos la potencia por metro cuadrado que llega a la superficie de la Tierra en nuestra ciudad.De toda la radiación que el sol envía una parte es reflejada de nuevo al espacio de manera que la Tierra no la absorbe.

Albedo es la fracción de radiación emitida por el sol que es reflejada al espacio.

El albedo global anual medio en la Tierra es de 0,3, pero sufre variaciones dependiendo de la latitud, de las nubes, de la nieve, de los océanos. Los océanos tienen un albedo bajo, pero la nieve lo tiene alto.

La radiación del cuerpo negroTodo cuerpo caliente emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta.Se llama cuerpo negro a un sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. Se considera que el cuerpo negro es un emisor perfecto.

Como se ve en la figura, a cada temperatura se emite radiación de todas las longitudes de onda pero no con la misma intensidad.La longitud de onda a la cual corresponde el pico de emisión se determina por la ley de desplazamiento de Wien:

λmax. T = constanteSiendo la constante 2,90.10-3 mK

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La Tierra no es un emisor perfecto pero podemos considerar que en la Tierra es razonable que haya un equilibrio térmico perfecto entre la radiación que recibe del sol y la radiación que emite la Tierra.Energía absorbida del sol:Suponemos que la parte expuesta al sol es un círculo de radio R y superficie

Por tanto la energía absorbida sería S.

Pero si tenemos en cuenta el albedo, hay que restar la fracción reflejada al espacio exterior:

S.

Energia emitida por la Tierra, considerando la Tierra como un cuerpo negro cuya superficie es una esfera, y aplicando la ley de Stefan Boltzmann

Si igualamos la energía absorbida y la irradiada ,

resulta que nos sale una temperatura de 255 K, sabemos por experiencia que la superficie de la Tierra es del orden de 288K, de modo que este modelo no es válido.Si consideramos que la Tierra no es un emisor perfecto y definimos emisividad ε, como la fracción entre la radiación emitida realmente entre la radiación que emitiría si fuera un cuerpo negro perfecto.De esta manera igualando ambas energías de nuevo:

Y la temperatura se podría entonces calcular como:

La atmósfera y los gases que contiene son los responsables de que la Tierra mantenga la temperatura “ templada” que conocemos. Este fenómeno por el cual los gases impiden que toda la radiación irradiada por la Tierra salga al espacio se llama efecto invernadero.¿Cómo actúan los gases efecto invernadero?Algunas moléculas, principalmente CO2, CH4, y H2O, NO2 absorben parte de la radiación emitida por la Tierra. La razón por la cual sólo absorben la radiación terrestre y no la solar es porque la solar es de una λ menor que la de la Tierra.

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¿Por qué solo absorben radiación de grandes λ?Las moléculas no son estáticas sino que los átomos enlazados están vibrando de una determinada manera (como si los átomos estuvieran unidos por muelles) , su propia vibración tienen una determinada frecuencia, cuando encuentran radiación de esa misma frecuencia entran en resonancia y absorben dicha radiación. La λ de la vibración de las moléculas es radiación infrarroja del orden de la energía irradiada por la Tierra, por eso solo absorben dicha radiación. Esta radiación después es emitida en todas las direcciones y por tanto en buena parte devuelta a la superficie terrestre.El efecto invernadero es un proceso natural en la Tierra para mantener la temperatura.Los gases efecto invernadero tienen un origen natural, pero también es cierto que ciertas actividades humanas contribuyen a que se produzcan con el consiguiente exceso de los mismos.La mayor parte de los científicos están de acuerdo en que la quema de combustibles fósiles que liberan dióxido de carbono a la atmósfera es la causa principal del efecto invernadero intensificado.

Si este aumento es considerable, como viene ocurriendo desde hace años, se produce lo que llamamos el efecto invernadero intensificado, de manera que la temperatura de los planetas va aumentando progresivamente.

La variación de temperatura de un planeta viene dada por:

ΔT =

Siendo Cs la capacidad calorífica superficial, o energía requerida para aumentar en un grado la temperatura por unidad de área de la superficie de un planeta ( su valor es 4.10 8 Jm-2.K-1)Las variaciones de gases efecto invernadero hacen que el albedo de un planeta pueda cambiar y por tanto que aunque reciba siempre la misma energía del sol irradie menos, esto produciría un aumento de temperatura.Si la temperatura del planeta aumenta (por la ley de Stefan- Boltzman) emitirá más energía, de modo que parece que ese aumento se vería amortiguado según aumenta la temperatura.Efectivamente podemos diseñar un modelo que calcule la temperatura que tendría un planeta en 10 años si se produjera por ejemplo un 5% de desfase entre la radiación absorbida y emitida.Efectivamente la temperatura aumenta pero no a un ritmo constante.

Existen muchos modelos para explicar el calentamiento global:-Composición de gases invernadero-Incrementos en la actividad solar-Cambios cíclicos en la órbita de la Tierra.-Actividad volcánica.

Intensificación radiativa o forzamiento radiativo es una medida de como el efecto invernadero intensificado cambia el balance de la energía que llega a la Tierra y la emitida por la Tierra.Si un gas tiene una intemsificación radiativa positiva el efecto es equivalente a un incremento en la constante solar.

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Mecanismos que pueden aumentar el ritmo de calentamiento global:-El calentamiento global reduce las capas de hielo y nieve , lo cual, a su vez modifica el albedo, aumentando el ritmo de absorción de calor.-El aumento de temperatura reduce la solubilidad de dióxido de carbono en el mar y aumenta las concentraciones atmosféricas.-La deforestación reduce la fijación de carbono.

Un aumento en el albedo debido a la emisión de partículas a la atmósfera por actividad volcánica tendría una intensificación radiativa negativa.

El aumento del nivel del mar es una consecuencia directa del calentamiento global.Se debe principalmente a:

-Expansión térmica-Fusión de glaciares y casquetes polares-Capa de hielo de Groenlandia-Capa de hielo del Antartico

Podemos medir la variación de volumen del mar según la siguiente fórmula:

Donde V es el volumen inicial, es el incremento de temperatura y γ es el coeficiente

de expansión de volumen.Coeficiente de expansión de volumen: variación fraccional en volumen por grado de variación en la temperatura sobre el aumento del nivel del marEs muy difícil hacer predicciones debido a factores como: expansión anómala del agua, diferentes efectos de la fusión del hielo en el agua del mar, en comparación con la fusión de hielo en tierra.

Soluciones para paliar el efecto invernadero intensificado.

-Mayor rendimiento en la producción de energía. La eficiencia se reduce debido a rozamiento, calor emitido y ruido.

-Sustitución del carbón y petróleo por gas naturalLas centrales de gas se están popularizando debido a que pueden operar a mayores temperaturas y además tienen mayor densidad de combustible y emiten menos CO2.Además el gas es más abundanteLa tecnología de las centrales de gas es más compleja, el diseño de las turbinas es complejo debido a que operan a altas presiones y temperaturas.Una turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas aire comprimido es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.

-Uso de sistemas combinados de calefacción y energíaSe trata de aprovechar el calor que se pierde indeseablemente en la producción de energía eléctrica. Ese calor se puede aprovechar directamente en calentar edificios o

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para la desalinización del agua del mar en países con problemas de recursos de agua potable.

-Mayor uso de energía de fuentes renovables y de energía nuclear-Captura y almacenamiento de dióxido de carbono.Se trata de enterrar el CO2 producido en lugares bajo tierra como por ejemplo yacimientos de carbón o en aquíferos salinos de donde no puede escapar. Este sistema de captura de CO2 es prometedor puesto que ya se dispone de la tecnología necesaria.El problema es que es bastante caro adaptar las centrales ya existentes para poder captar el CO2 y conducirlo, solo en las nuevas plantas será factible económicamente.

-Uso de vehículos híbridosEn los vehículos tradicionales solo el 6% se aprovecha como energía cinética. Los híbridos tienen motores eléctricos acompañados por motores de gasolina para cuando es necesario suministrar mayor potencia, un complejo sistema informático hace que se use uno u otro motor según las necesidades de la marcha.Vehículos híbridos eléctricos conectados a la red puede ser el siguiente paso, sobre todo para circular en las ciudades.

-Utilizar materiales más ligeros para la construcción de vehículos.

-Utlizar vehículos eléctricos. Los vehículos eléctricos puros no mejoran finalmente mucho el rendimiento puesto que deben llevar baterías muy pesadas que deben recargarse a base de gastar también energía de las centrales térmicas. Al final las emisiones de CO2 y el rendimiento no compensan.

Esfuerzos internacionales para reducir el efecto invernadero intensificado-Grupo Intergubernamental de expertos sobre el cambio climático (IPCC)-Protocolo de Kyoto, por el cual los países desarrollados se comprometen a disminuir las emisiones de gases invernadero entre 2008-2012.-Sociedad de Asia y el Pacífico para el Desarrollo Limpio y el Clima (APPCDC)

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