Descubre las Energías Renovables: Hidráulica, Solar, Eólica, Mareomotriz y Geotérmica

Tipos de Energías Renovables

Las energías renovables son aquellas que se obtienen de fuentes naturales inagotables y que, en su mayoría, no generan residuos contaminantes durante su proceso de transformación. Son una alternativa sostenible y respetuosa con el medio ambiente frente a los combustibles fósiles.

1. Energías Renovables: Limpias, Económicas e Inagotables

Limpias: La mayoría de los procesos de transformación utilizados no generan residuos contaminantes.
Económicas: Aunque la tecnología inicial puede ser costosa, suelen estar subvencionadas por proyectos locales, nacionales o europeos.
Inagotables: Se basan en recursos naturales inagotables como el sol, las mareas, el viento y la biomasa.

2. Energía Hidráulica

La energía hidráulica aprovecha la energía cinética y potencial del agua en movimiento para generar electricidad.

Características y Clasificación

Se clasifican según:

Modo de aprovechamiento: Depende de la orografía del terreno. Se distinguen:
- Centrales de derivación o de agua fluyente: Utilizan directamente la energía cinética del agua según discurre por el cauce de un río.
- Centrales de acumulación: Regulan la caída del agua desde un embalse artificial. Estas, a su vez, pueden ser de regulación o de bombeo.
Tipo de turbina empleada: Depende de la altura del desnivel. Se distinguen:
- Centrales de alta presión.
- Centrales de media o baja presión.

Partes Principales de una Central Hidroeléctrica

Presa: Encargada de almacenar agua y provocar una elevación de su nivel que permita encauzarla para su utilización hidroeléctrica (embalses, presas de hormigón para su formación). Pueden ser de gravedad, arco sencillo, arcos múltiples o contrafuertes, dependiendo de su estructura.
Toma de agua.
Canal de derivación: Conducto que canaliza el agua desde los embalses. Puede ser abierto, como los que se hacen en las laderas de las montañas, o cerrados en túneles. Cuando el salto de agua es inferior a 15 m, este canal desemboca en la cámara de turbinas.
Cámara de presión: Punto de unión del canal de derivación con la tubería de presión. En esta cámara se instala la chimenea de equilibrio para contrarrestar las variaciones bruscas de presión, conocidas como golpe de ariete.
Tubería de presión: También conocida como tubería forzada, se encarga de conducir el agua hasta las cámaras de turbinas. Pueden ser de palastro (construidas con chapas de acero rectangulares), de cemento-amianto (para saltos de poca potencia) o de hormigón armado (para grandes caudales y diferencias de altura de hasta 40 m).
Cámara de turbinas: Contiene la turbina, una máquina compuesta por un rodete con álabes o palas unidos a un eje central giratorio. El alternador, cuyo eje es la prolongación del eje de la turbina, se encarga de transformar la energía cinética de rotación en eléctrica.
- Turbina Pelton: Turbina de alta presión.
- Turbina Francis: Se utiliza en saltos de altura entre 20 y 200 m (media presión).
- Turbina Kaplan: Se puede sumergir en agua y es de baja presión.
Canal de desagüe.
Parque de transformadores.

3. Energía Solar

El sol proporciona luz y calor, fundamentales para el desarrollo de la vida. El 90% de la energía generada por el sol, que funciona como un gran reactor nuclear, se produce en el núcleo, formado por hidrógeno y helio. En esta zona, las reacciones de fusión nuclear, en las que el hidrógeno se transforma en helio, liberan energía, transformando 4 millones de toneladas de masa cada segundo, elevando la temperatura a 60 millones de grados.

Esta enorme cantidad de energía se transmite al universo en forma de radiación. De ella, solo dos millonésimas partes inciden en la atmósfera en forma de ondas electromagnéticas. La atmósfera actúa como filtro de la radiación que recibe, de modo que la cantidad que alcanza la superficie terrestre es aún más reducida:

Una tercera parte de la radiación es devuelta al espacio por reflexión.
Otra parte queda absorbida por el vapor de agua y otros componentes de la atmósfera.
Una pequeña parte se considera radiación directa que, junto con la que procede de fenómenos de difusión, alcanza la superficie terrestre.

Utilidades de la Energía Solar

Aprovechamiento fototérmico.
Central heliotérmica o termoeléctrica.
Conversión fotovoltaica.

3.1. Aprovechamiento Fototérmico

Consiste en utilizar la energía que se recibe en la superficie terrestre para calentar un fluido que, en función de la temperatura, se emplea para producir agua caliente, vapor o energía eléctrica. El sistema más utilizado lo constituyen los colectores.

Un colector es un dispositivo capaz de absorber la radiación solar y transmitirla a un fluido para que este aumente su temperatura.

Colectores planos solares: Formados por una caja recubierta de material aislante cuya parte superior es de vidrio transparente. En su interior se sitúa una placa absorbente de color negro que contiene unas conducciones, también pintadas de negro, por las que circula el fluido encargado de absorber calor. Su funcionamiento se basa en el efecto invernadero. Con este tipo de colectores se consigue elevar la temperatura del fluido hasta temperaturas bajas, de 60 a 100 grados, siendo una de las principales aplicaciones de la energía solar a nivel doméstico.
Colectores de concentración: Formados por dispositivos que concentran la radiación solar sobre una superficie reducida, consiguiendo así temperaturas más elevadas.

3.2. Centrales Heliotérmicas o Termoeléctricas

La conversión de la energía solar en energía térmica y, posteriormente, en energía eléctrica requiere la construcción y puesta en marcha de centrales eléctricas denominadas heliotérmicas. Estas instalaciones utilizan temperaturas superiores a los 300 ºC.

Presentan un funcionamiento parecido al de las centrales térmicas convencionales: la energía calorífica producida es transformada en energía mecánica mediante una turbina y, posteriormente, en energía eléctrica mediante un alternador.

La transformación energética que se produce sigue el proceso que se describe a continuación:

La radiación solar calienta el fluido portador de calor (agua, aire, metales líquidos o sales fundentes) hasta que este alcanza la temperatura deseada.
El fluido pasa por una caldera o un generador de vapor donde intercambia el calor acumulado y así produce vapor a alta presión.
El vapor acciona un grupo turbina-alternador y produce electricidad, que puede distribuirse a través de la misma red convencional.
El fluido, una vez enfriado y licuado en un condensador, retorna a los colectores para repetir el proceso.

Tipos de centrales heliotérmicas:

Central de colectores distribuidos: El fluido transportador atraviesa sucesivamente varios colectores de concentración antes de proceder al intercambio térmico. Una vez alcanzada la temperatura necesaria, se produce vapor en los intercambiadores de valor, como en las centrales térmicas.
Central de torre: Dispone de una gran superficie de espejos sostenidos que calientan un fluido en una torre. Estos espejos se mueven con el sol.

3.3. Conversión Fotovoltaica

Este fenómeno consiste en la transformación de energía luminosa en eléctrica. Los dispositivos encargados se llaman células fotovoltaicas. Están constituidas por una placa de material semiconductor de gran pureza provista de electrodos de entrada y de salida. Cuando la luz, en forma de flujo de fotones, incide sobre ella, se origina una fuerza que produce corriente eléctrica.

Las células se montan sobre paneles cuya parte delantera está hecha de vidrio antirreflectante, con un diámetro de 100 mm. Las condiciones de funcionamiento estándar son 1000 W/m² y 25 ºC. Están compuestas de silicio.

4. Energía Eólica

La diferencia de temperaturas entre unas zonas y otras provoca el desplazamiento de masas de aire, que es el viento. Antiguamente se utilizaban molinos de viento y barcos de vela.

Se necesita un estudio detallado del viento, para lo cual se elaboran mapas eólicos. Se diferencian estas características:

Velocidad.
Continuidad.
Estabilidad.
Densidad de potencia.

Central Eólica

Las máquinas empleadas son los aerogeneradores.

Aerogeneradores de eje vertical: Aprovechan vientos en cualquier dirección y se sitúan a ras del suelo para facilitar su mantenimiento.
Aerogeneradores de eje horizontal: Son los más habituales por su bajo coste de mantenimiento y mayor rendimiento. Sus elementos son:
- Hélice: Puede tener de una a seis palas construidas con materiales ligeros.
- Navecilla: Contiene el generador que transforma la energía cinética de rotación en eléctrica. Dispone de un microprocesador para regular el ángulo de las palas.
- Torre: Es el soporte del conjunto que forman la hélice y la navecilla. Dispone de carga de frenado y toma de tierra, y debe diseñarse en acero.

Las hélices permiten transformar una parte de la energía cinética del viento. Hay que considerar el coeficiente de aprovechamiento de cada máquina, que oscila entre 0.1 y 0.45.

La energía producida se transporta en cables conductores a un centro de control. Los transformadores elevan su tensión y se transportan. Tienen una potencia de hasta 2 MW.

5. Energía Mareomotriz

La energía mareomotriz aprovecha la energía potencial que se deriva de la diferencia de nivel del agua del mar provocada por las mareas. Se requieren dos condiciones:

Que la diferencia del nivel del agua entre la pleamar y la bajamar sea significativamente grande.
Que la fisonomía de la costa permita la construcción de diques.

6. Energía Geotérmica

Para que exista un yacimiento geotérmico deben darse determinadas condiciones geológicas:

Una fuente profunda de calor.
Una capa de terreno porosa y permeable capaz de retener el agua.
Otra capa de rocas impermeables que impida la fuga de agua.

Este calor se puede encontrar a profundidades que oscilan entre 100 y 4500 m.

7. Otras Fuentes de Energía Marina

Energía de las olas: También denominada energía undimotriz, se define como la energía producida por el movimiento de las olas (energía cinética) provocado por la variación de la velocidad del viento y de las aguas.
Energía térmica de los océanos: También se denomina energía hidrotérmica o mareotérmica, y consiste en el aprovechamiento de la diferencia de temperaturas de las aguas marinas entre las capas superficiales y las capas más profundas.