Cap. 15Cap. 15 Fuentes de energia Fuentes de energia alternativasalternativas

http://arcimaging.org/AtaturkUniversity/AtaturkUniversityAI.htm

http://people.howstuffworks.com/hydropower-plant.htm

http://www.lanl.gov/orgs/d/d5/images/sequayah.jpg

Produccion mundial de

energia (2001)

Fig. 14.4Fig. 14.4 Consumo Consumo mundial mundial

de energia de energia - historico - historico

y y proyectadproyectado al 2020 o al 2020 (aumento (aumento de ~60%)de ~60%)

Fuentes de energia alternativasFuentes de energia alternativas

Energia geotermicaEnergia geotermica Energia solarEnergia solar Energia hidroelectricaEnergia hidroelectrica Energia marealEnergia mareal Energia eolicaEnergia eolica BiomasaBiomasa Energia nuclearEnergia nuclear

Interior de la Tierra es muy calienteInterior de la Tierra es muy caliente– Fuente abundante de calor y agua calienteFuente abundante de calor y agua caliente

Magma ascendiendo a la corteza trae Magma ascendiendo a la corteza trae abundante calor hacia arriba como abundante calor hacia arriba como energia geotermicaenergia geotermica

Calor escapando del magma calienta el Calor escapando del magma calienta el agua subterranea y el agua circula agua subterranea y el agua circula convectivamenteconvectivamente

Areas geotermicas en o cerca de bordes Areas geotermicas en o cerca de bordes de placasde placas

Energia geotermica Energia geotermica (geothermal power)(geothermal power)

Fig. 14.19Fig. 14.19 Energia geotermica se usa Energia geotermica se usa extrayendo (tapping) el agua subterranea extrayendo (tapping) el agua subterranea

caliente que circulacaliente que circula

Plantas de energia geotermica alrededor del mundo

AplicacionesAplicaciones de energia geotermica de energia geotermica– Circulando agua geotermica a traves de Circulando agua geotermica a traves de

edificios y casas, para edificios y casas, para calefaccioncalefaccion – Usar agua geotermica caliente para Usar agua geotermica caliente para

aumentar la T de otra agua y reducir el aumentar la T de otra agua y reducir el costo de su calentamientocosto de su calentamiento

Consideraciones Consideraciones ambientalesambientales– Algunas localidades tienen Algunas localidades tienen gases de Sgases de S en en

los fluidos geotermicoslos fluidos geotermicos– Otros Otros elementos quimicoselementos quimicos pueden estar pueden estar

presentes que pueden tapar (clog) presentes que pueden tapar (clog) sistemas de circulacion geotermicasistemas de circulacion geotermica

Cont. Energia geotermicaCont. Energia geotermica

Fig. 14.22Fig. 14.22 Complejo de Complejo de energia The energia The

Geysers, CA – Geysers, CA – facilidad mas facilidad mas grande en el grande en el mundo mundo (rocas (rocas

alteradas alteradas hidrotermalmente hidrotermalmente

son expuestas)son expuestas)

The Geysers, norte de CAThe Geysers, norte de CA

Mayoria de campos geotermicos tienen Mayoria de campos geotermicos tienen vidasvidas (lifetimes) (lifetimes) limitadaslimitadas – rocas – rocas conducen calor pobrementeconducen calor pobremente

Campos geotermicos son Campos geotermicos son estacionariosestacionarios y y la energia geotermica no pude la energia geotermica no pude contribuir a usos como la transportacioncontribuir a usos como la transportacion

No muchas areas geotermicas son No muchas areas geotermicas son buenas (suitable) para produccion de buenas (suitable) para produccion de energiaenergia

Cont. Energia geotermica: Cont. Energia geotermica: LimitacionesLimitaciones

Pais compuesto de Pais compuesto de rocas volcanicas rocas volcanicas geologicamente geologicamente

jovenes - >45% de la jovenes - >45% de la energia procede de energia procede de fuentes geotermicasfuentes geotermicas

Geysers, Yellowstone

National Park

Geysers del Tatio,Geysers del Tatio,Desierto de Atacama, Desierto de Atacama, ChileChile

Campo geotermico mas grande del hemisferio sur, y tercero en

el mundo (8% de los geysers del mundo), despues de

Yellowstone y Dolina Giezerov (Rusia)

Abundante energia solar alcanza la superficie Abundante energia solar alcanza la superficie terrestreterrestre– Gratis, limpia y un recurso renovableGratis, limpia y un recurso renovable– Limitaciones: latitud y climaLimitaciones: latitud y clima

Calentamiento solarCalentamiento solar– pasivo (ej. ventanas que miren al sur)pasivo (ej. ventanas que miren al sur)– activo (ej. calentadores solares en techos)activo (ej. calentadores solares en techos)

Electricidad solarElectricidad solar– Celulas fotovoltaicasCelulas fotovoltaicas (solares, photovoltaic cells) (solares, photovoltaic cells)

– convierten energia solar directamente en – convierten energia solar directamente en electricidad, eficiencia en el presente de ~20%electricidad, eficiencia en el presente de ~20%

– Fuente de energia para satelites, transbordador Fuente de energia para satelites, transbordador espacialespacial

Energia solarEnergia solar

Fig. 14.14Fig. 14.14 Distribucion de energia Distribucion de energia solar en E.U. Maxima insolacion en el solar en E.U. Maxima insolacion en el

suroeste.suroeste.

Numbers are Watts per square meter

watts/m2

Fig. 14.15aFig. 14.15a Calentamiento solar pasivo con Calentamiento solar pasivo con agua o materiales estructurales como agua o materiales estructurales como reserva termica. Calor se almacena.reserva termica. Calor se almacena.

Fig. 14.15bFig. 14.15b Diseno de casas y terrenos Diseno de casas y terrenos puede optimizar el uso del sol en climas puede optimizar el uso del sol en climas mas frios y proveer proteccion del sol en mas frios y proveer proteccion del sol en

veranoverano

Fig. 14.15cFig. 14.15c Sistema de calentamiento solar Sistema de calentamiento solar activo, con bomba para circular el agua entre el activo, con bomba para circular el agua entre el

colector y el tanque de intercambio y colector y el tanque de intercambio y almacenamiento de caloralmacenamiento de calor

Fig. 14.17Fig. 14.17 (A) Celulas solares para operar (A) Celulas solares para operar equipo de comunicaciones en zonas equipo de comunicaciones en zonas

remotas, (B) espejos parabolicos enfocan remotas, (B) espejos parabolicos enfocan energia solarenergia solar

Good in remote areas, but this isn’t where many people live…

Solar One, Solar One, Instalacion solar Instalacion solar usada para usada para generar generar electricidad en el electricidad en el desierto de desierto de Mojave, CAMojave, CA

Caida y flujo del agua - fuente de energia Caida y flujo del agua - fuente de energia durante siglosdurante siglos

Energia hidroelectrica produce ~3% del Energia hidroelectrica produce ~3% del requerimiento de energia en E.U.requerimiento de energia en E.U.

Tipicamente se construye una Tipicamente se construye una represarepresa (dam) (dam) en una corriente (rio) y el caudal (descarga) en una corriente (rio) y el caudal (descarga) es regulado para producir electricidades regulado para producir electricidad– Energia hidroelectrica es Energia hidroelectrica es limpia y no limpia y no

contaminacontamina – Es Es renovablerenovable mientras los rios tengan agua mientras los rios tengan agua

fluyendo – la sedimentacion excesiva limita el fluyendo – la sedimentacion excesiva limita el uso y le disminuye el tiempo de vida a las uso y le disminuye el tiempo de vida a las represasrepresas

Energia hidroelectrica (hydropower)Energia hidroelectrica (hydropower)

Plantas HidroelectricasPlantas Hidroelectricas – concentradas – concentradas donde el flujo de corrientes es donde el flujo de corrientes es

abundanteabundante

Plantas Hidroelectricas - PRPlantas Hidroelectricas - PR

http://www.lagos-plantas-hidro.com/plantas.html

Planta hidroelectrica

Lago Dos Bocas

Edificio de la planta generatrizy la subestación eléctrica Cuarto de máquinas

Foto aérea: Juan Rivera

http://www.lagos-plantas-hidro.com/dbfotos.html

Reservas tienden a:Reservas tienden a:– Sedimentarse (silt up)Sedimentarse (silt up)– Aumentar area de superficie (surface Aumentar area de superficie (surface

area) expuesta a la evaporacionarea) expuesta a la evaporacion– Destruir habitats, ej. salmonDestruir habitats, ej. salmon– Propensar terremotos (muchas veces Propensar terremotos (muchas veces

contruidas en zonas de fallas)contruidas en zonas de fallas)– Ser caras para construirSer caras para construir

Reservas son fuentes estacionarias Reservas son fuentes estacionarias de energiade energia

Limitaciones de energia Limitaciones de energia hidroelectricahidroelectrica

Energia marealEnergia mareal (tidal power) (tidal power)

Energia creada por la subida y bajada Energia creada por la subida y bajada continua del oceano: continua del oceano: mareasmareas

Se construye una Se construye una represarepresa a traves de la a traves de la boca de una bahia o un estuario (cuerpo boca de una bahia o un estuario (cuerpo de agua abierto al mar) en un area costera de agua abierto al mar) en un area costera que tenga un gran intervalo marealque tenga un gran intervalo mareal– Fuerte flujo de entrada y salida se usa para Fuerte flujo de entrada y salida se usa para

impulsar turbinas y generadores electricosimpulsar turbinas y generadores electricos DesventajaDesventaja: no se puede usar en todas las : no se puede usar en todas las

costas (intervalo de mareas tiene que ser costas (intervalo de mareas tiene que ser ≥8 m, y se necesitan bahias estrechas y ≥8 m, y se necesitan bahias estrechas y encerradas)encerradas)

Diagrama de Diagrama de una una represa represa

marealmareal. . Electricidad se Electricidad se

genera solo genera solo cuando hay cuando hay

una diferencia una diferencia de altura de de altura de

agua agua suficiente suficiente

entre la bahia entre la bahia y el oceano.y el oceano.

Recurso de energia limpio y renovableRecurso de energia limpio y renovable Muchas mejoras tecnologicas han aumentado la Muchas mejoras tecnologicas han aumentado la

produccion de energia de los produccion de energia de los molinosmolinos Areas de mejor potencial para generacion de viento Areas de mejor potencial para generacion de viento

tienden a estar lejos de centros poblacionalestienden a estar lejos de centros poblacionales Granjas eolicasGranjas eolicas (wind farms)-operaciones a gran (wind farms)-operaciones a gran

escalaescala Se espera en los proximos 50-60 años podria Se espera en los proximos 50-60 años podria

satisfacer satisfacer ~5-10%~5-10% de demanda de energia electrica de demanda de energia electrica en E.U.en E.U.

DificultadesDificultades: (1) necesidad de areas grandes : (1) necesidad de areas grandes remotas, (2) viento es intermitente, (3) aun es remotas, (2) viento es intermitente, (3) aun es costosacostosa

Energia eolica (wind energy)Energia eolica (wind energy)

Fig. 14.31Fig. 14.31 Red de turbinas de Red de turbinas de viento, Palm Springs, CAviento, Palm Springs, CA

BiomasaBiomasa = masa total de todos los = masa total de todos los organismos que viven en la Tierraorganismos que viven en la Tierra

Combustibles de biomasaCombustibles de biomasa: madera, : madera, papel, desperdicios de cosechas papel, desperdicios de cosechas (material de desperdicions (material de desperdicions descartado) y otros desperdicios descartado) y otros desperdicios combustibles – quemados como combustibles – quemados como combustible para producir energiacombustible para producir energia

– Al quemarse producen Al quemarse producen COCO22 – –

contaminacioncontaminacion, pero es un , pero es un recurso recurso renovablerenovable

Biomasa (biomass)Biomasa (biomass)

Cont. BiomasaCont. Biomasa AlcoholAlcohol, como combustible, es producido de , como combustible, es producido de

granos, como el maizgranos, como el maiz– Mezclado con gasolina para formar “Mezclado con gasolina para formar “gasoholgasohol” ”

(90% gasolina + 10% alcohol)(90% gasolina + 10% alcohol)– Uso de gasohol extiende un poco abastecimiento Uso de gasohol extiende un poco abastecimiento

de gasolina – proporcion puede ser modificada de gasolina – proporcion puede ser modificada pero se necesitarian cambios en los autospero se necesitarian cambios en los autos

‘‘super unleaded’ y ‘super unleaded with ethanol’super unleaded’ y ‘super unleaded with ethanol’ gasohol es mas limpio al quemar, pero eficiencia gasohol es mas limpio al quemar, pero eficiencia

es mas baja que la de la gasolina regulares mas baja que la de la gasolina regular

– Problemas por necesidad de maiz – comida Problemas por necesidad de maiz – comida vs. produccion de combustible, afecta precio vs. produccion de combustible, afecta precio de productosde productos

Alcohol como combustibleAlcohol como combustible

Por: Wilson Ramirez

FisionFision (fission) – romper un atomo libera (fission) – romper un atomo libera energiaenergia

– Actualmente comercialmente adecuado Actualmente comercialmente adecuado (feasible)(feasible)

– Uranio-235Uranio-235 (U-235) sirve de combustible (fuels (U-235) sirve de combustible (fuels up) para la mayoria de los up) para la mayoria de los reactores de fisionreactores de fision (fission reactors) – se bombardean los nucleos (fission reactors) – se bombardean los nucleos de los atomos pesados con de los atomos pesados con neutronesneutrones

Energia nuclear - FisionEnergia nuclear - Fision

Cont. Energia nuclear - FisionCont. Energia nuclear - Fision

– Reaccion en cadena controladaReaccion en cadena controlada: : liberacion continua y moderada de liberacion continua y moderada de energia (se emiten neutrones y energia energia (se emiten neutrones y energia calorifica, que a su vez bombardean calorifica, que a su vez bombardean nucleos de atomos adyacentes)nucleos de atomos adyacentes)Explosion atomica ocurriria si no se Explosion atomica ocurriria si no se

controla reaccioncontrola reaccion

– Liberacion de energia calienta el agua en Liberacion de energia calienta el agua en el nucleo (core) de un reactorel nucleo (core) de un reactor

– Energia es transportada desde el reactor Energia es transportada desde el reactor y usada para impulsar turbinas de vapor y usada para impulsar turbinas de vapor que mueven los generadores electricosque mueven los generadores electricos

Fig. 14.5Fig. 14.5 Fision nuclear y reaccion en Fision nuclear y reaccion en cadenacadena

Fig. 14.6Fig. 14.6 Esquema de reactor de fision Esquema de reactor de fision nuclearnuclear

95% del U es encontrado en 95% del U es encontrado en

rocas sedimentarias (o rocas sedimentarias (o

metasedimentarias)metasedimentarias)

– Reservas de U generalmente se Reservas de U generalmente se

encuentran en encuentran en areniscasareniscas

(sandstones). Tambien en (sandstones). Tambien en

depositos de pláceres en las depositos de pláceres en las

corrientes de agua.corrientes de agua.

Depositos de uranioDepositos de uranio

U-235U-235 no es el unico combustible util para no es el unico combustible util para reactores de fision - es el unico isotopo que reactores de fision - es el unico isotopo que aparece en estado natural y es facilmente aparece en estado natural y es facilmente fisionablefisionable

U-238 puede absorver un neutron y U-238 puede absorver un neutron y convertirse en plutonio-239, que puede ser convertirse en plutonio-239, que puede ser fisionablefisionable– U-238 forma 99.3% del U natural (menas de U)U-238 forma 99.3% del U natural (menas de U)

Breeder reactorBreeder reactor puede maximizar la puede maximizar la produccion de otros combustibles radiactivos produccion de otros combustibles radiactivos (ej. plutonio-239, U-238, Th-232)(ej. plutonio-239, U-238, Th-232)– Caro y complejo. No hay ninguno en E.U. Caro y complejo. No hay ninguno en E.U.

actualmente.actualmente.

Abastecimiento de combustible Abastecimiento de combustible nuclearnuclear

Fig. 14.7Fig. 14.7 Ciclo de Ciclo de

combustible combustible nuclearnuclear

Ocurre liberacion controlada de cantidades Ocurre liberacion controlada de cantidades menores de menores de radiacionradiacion

Preocupaciones principales: accidentes y Preocupaciones principales: accidentes y sabotajesabotaje

Perdida de refrigerante (coolant) en el Perdida de refrigerante (coolant) en el nucleo del reactor podrian producir un nucleo del reactor podrian producir un derretimientoderretimiento (meltdown) (meltdown) del nucleodel nucleo– Podria permitir que el combustible y los Podria permitir que el combustible y los

materiales del nucleo se derritan en una masa materiales del nucleo se derritan en una masa que no se puede manejar y despues migre fuera que no se puede manejar y despues migre fuera de la estructura de de la estructura de contenimientocontenimiento (containment) (containment)

– Liberacion catastrofica de radiacion al ambienteLiberacion catastrofica de radiacion al ambiente Reactores se deben localizar lejos de fallas Reactores se deben localizar lejos de fallas

activasactivas

Seguridad en reactores nuclearesSeguridad en reactores nucleares

Three Mile Island, Harrisburg, PA (1979):Three Mile Island, Harrisburg, PA (1979): Accidente – nucleo de uno de los reactores Accidente – nucleo de uno de los reactores estuvo descubierto por varias horas por un estuvo descubierto por varias horas por un

error funcionalerror funcional

Fig. 14.12Fig. 14.12 % de % de

electricidelectricidad ad

generada generada por fision por fision nuclearnuclear

Mineria y procesamiento de mena de U es Mineria y procesamiento de mena de U es una amenaza (hazard)una amenaza (hazard)– Mineros estan expuestos a niveles mas altos Mineros estan expuestos a niveles mas altos

de radiactividadde radiactividad– Pilas de tailings estan expuestas al clima y el Pilas de tailings estan expuestas al clima y el

U se mobiliza al ambienteU se mobiliza al ambiente PlutonioPlutonio es radiactivo y toxico quimicamente es radiactivo y toxico quimicamente

– Facil convertir en material de armas nuclearesFacil convertir en material de armas nucleares– U enriquecido (U-238) es un problema de U enriquecido (U-238) es un problema de

seguridad nacionalseguridad nacional

Tratamiento (handling) de Tratamiento (handling) de combustible nuclearcombustible nuclear

Energia producida por fision nuclear Energia producida por fision nuclear produce produce desechos radiactivosdesechos radiactivos– Dificiles de tratarDificiles de tratar– Dificil construir lugares de almacenamiento Dificil construir lugares de almacenamiento

permanente (long-term) y para desechospermanente (long-term) y para desechos– Desechos producen: cancer, mutaciones y Desechos producen: cancer, mutaciones y

muerte si la exposicion es altamuerte si la exposicion es alta– E.U., Europa y Japon estuvieron E.U., Europa y Japon estuvieron desechando desechando

en el fondo marino hasta 1970en el fondo marino hasta 1970 (1.25 (1.25 billones de curies; 1 curie = 40 billones de billones de curies; 1 curie = 40 billones de particulas radiactivas/segundo)particulas radiactivas/segundo)

Rusia no paro de hacerlo hasta 1993Rusia no paro de hacerlo hasta 1993

Desechos (wastes) radiactivosDesechos (wastes) radiactivos

Informacion en parte por: Wilson Ramirez

Informacion en parte por: Wilson Ramirez

Cont. Desechos radiactivosCont. Desechos radiactivos Plantas de energia nuclear son Plantas de energia nuclear son

decomisadasdecomisadas una vez las operaciones cesan una vez las operaciones cesan – proceso costoso– proceso costoso– Abundante material radiactivo asociado a las Abundante material radiactivo asociado a las

plantas - debe ser almacenado plantas - debe ser almacenado permanentemente en algun lugar… y de permanentemente en algun lugar… y de manera seguramanera segura

– Se tienen que aislar por Se tienen que aislar por ~250,000 años~250,000 años – – tiempo en que materiales radiactivos decaen a tiempo en que materiales radiactivos decaen a niveles segurosniveles seguros

Repositorios temporeros y no segurosRepositorios temporeros y no seguros Han ocurrido derrames muy peligrososHan ocurrido derrames muy peligrosos

Por: Wilson Ramirez

Por: Wilson Ramirez

Cont. Desechos radiactivosCont. Desechos radiactivos

Nuclear Waste Policy Nuclear Waste Policy Act, 1982Act, 1982– Departamento de Departamento de

Energia (DOE)Energia (DOE) – – responsable de responsable de localizar un localizar un repositorio geologico repositorio geologico seguroseguroMuchos repositorios Muchos repositorios

propuestospropuestosPreferido por el DOE Preferido por el DOE

al momento: al momento: Yucca Yucca Mountain, NevadaMountain, Nevada

http://www.lanl.gov/orgs/nmt/nmtdo/AQarchive/02spring/WIPP.html

New Mexico: Waste Isolation Pilot Plant (WIPP)

Primera planta nuclear en America LatinaPrimera planta nuclear en America Latina BOBOiling iling NUNUclear clear SSuperheater plant uperheater plant

((BONUSBONUS)) Comenzo operaciones en abril 1964 - Comenzo operaciones en abril 1964 -

primera reaccion en cadenaprimera reaccion en cadena Operaciones terminaron en 1968Operaciones terminaron en 1968 Decomisada en 1969-1970, desmantelada en Decomisada en 1969-1970, desmantelada en

1974 por razones economicas1974 por razones economicas 2002: inspeccion revelo que no habian 2002: inspeccion revelo que no habian

riesgos a la saludriesgos a la salud 2 reactores de este diseno se han construido 2 reactores de este diseno se han construido

(mundo)(mundo)

Reactor en PR: RinconReactor en PR: Rincon

Por: W. Ramirez y A. Cavosie

Fusion es una forma Fusion es una forma mas limpiamas limpia de de energia nuclear que la fisionenergia nuclear que la fision– Envuelve combinar nucleos mas pequenos Envuelve combinar nucleos mas pequenos

para formar uno mas grande – proceso para formar uno mas grande – proceso libera energia abundantelibera energia abundante

– Sol es un reactorSol es un reactorde fusion gigantede fusion gigante(H --- He)(H --- He)

HH, el material, el materialcrudo, escrudo, esabundanteabundante

Fusion es dificilFusion es dificilde lograr con lade lograr con latecnologia actualtecnologia actual

Fusion nuclearFusion nuclear

Produccion de electricidad en PR Produccion de electricidad en PR (2001)(2001)

Combustibles fosiles: 99.2%Combustibles fosiles: 99.2%

Hidroelectrica: 0.8%Hidroelectrica: 0.8%

Nuclear: 0%Nuclear: 0%

Otra: 0%Otra: 0%

https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/print/rq.html