1. ENERGIA

1.1. EL MAPA DE LES ENERGIES

Necessitem molta energia. Qualsevol acció o canvi que vulguem fer NO es pot fer sense energia.
Necessitem energia per exemple: per créixer, per desplaçar-nos, per comunicar-nos, per escalfar aigua, perquè funcionin els electrodomèstics, per al transport, etc.
Però, d'on aconseguim tanta energia?
Hem de dir que de forma directa o indirecta, gairebé tota l'energia prové del Sol.
Ho podem comprovar a partir del vídeo que il·lustra 6 tipus bàsics d'energia d'origen solar. També podem comprovar-ho amb el desenvolupament de les energies següents:

Llamps
La quantitat d'energia d'un llamp és enorme. Malauradament, encara no hem desenvolupat la tecnologia que permeti poder aprofitar-la.

Els llamps es formen amb les gotetes d'aigua i els microcristalls de gel dels núvols, que amb el contacte es van carregant d'electricitat estàtica.

Biomassa
La biomassa és l'energia acumulada als éssers vius.
La llum del Sol permet el creixement de les plantes (fotosíntesi) i per tant, l'emmagatzement de l'energia a la seva massa (per això diem que biomassa: «massa dels éssers vius»).
El residus orgànics de tota mena es cremen (combustió) per obtenir energia tèrmica.

Combustibles fòssils
Els combustibles fòssils per excel·lència són el carbó, el gas natural i el petroli.
Tots tres combustibles són d'origen solar.
La raó és que s'han format a partir de falgueres i plàncton marí de fa milions d'anys que van créixer gràcies a la fotosíntesi.
De forma contradictòria, d'una banda, constitueixen la font d'energia més utilitzada i d'altra banda, són molt contaminants.

Energia solar
El Sol és la font de gairebé totes les energies que fem servir.
L'energia solar té com avantatges, que és gratuïta i neta.
Triga en arribar a la Terra 8 minuts des del Sol, a través de l'espai i ens arriba en forma de llum i calor. Si la poguéssim concentrar i aprofitar més bé, sobraria energia per a tot el món.
El Sol escalfa la superfície de la Terra i alhora escalfa l'aire que està en contacte amb aquesta superfície.
L'aire calent, que és menys dens, ascendeix per l'atmosfera i provoca que disminueixi la pressió atmosfèrica (es produeix com un buit). Aquest aire calent és reemplaçat ràpidament per l'aire d'una altra zona, i d'aquesta manera s'origina el vent.

Energia eòlica

L'energia eòlica és l'energia causada pel moviment de l'aire (vent).
Aquest vent o aire en moviment fa girar les aspes dels molins o aerogeneradors.
Els aerogeneradors tenen un sistema d'engranatges que els permet multiplicar enormement la velocitat de gir d'un generador elèctric.

Energia hidràulica

L'energia hidràulica és l'energia que té l'aigua embassada als pantans, quan aquesta aigua es troba a una gran altura respecte de la presa.
El camí que segueix l'aigua és el següent:
L'aigua baixa amb molta velocitat, fa moure les turbines i, a través dels generadors, produeix energia elèctrica.
L'energia hidràulica és d'origen solar, ja que és el Sol qui evapora l'aigua (del terra, per l'evapotranspiració de les plantes, de rius i mars...). Quan el vapor d'aigua puja per l'atmosfera, troba capes més fredes, es condensa i es formen els núvols. Quan els núvols descarreguen les seves gotes (les precipitacions), torna l'aigua als rius, amb la qual cosa la podem tornar a emmagatzemar als pantans.

Energia fotovoltaica

Gràcies als panells fotovoltaics (o plaques fotovoltaiques), la llum del Sol es transforma directament en electricitat.

Els panells fotovoltaics es fan servir en moltes zones on no hi ha línies elèctriques (zones muntanyoses i allunyades de nuclis de població).
Amb aquesta electricitat que aconseguim també podem descompondre l'aigua en hidrogen (H2) i oxigen (O2). Cal dir que l'hidrogen és un combustible magnífic i que, a més a més, NO contamina. D'aquesta manera podem emmagatzemar l'energia solar en forma d'energia química.

Energia geotèrmica

En el subsòl d'algunes zones (volcàniques) hi ha focus de calor acumulada de l'interior de la Terra.
Aquesta calor interna de la Terra s'aprofita fent-hi passar canonades d'aigua freda, que quan entra en contacte amb el focus calent surt a més temperatura.
És molt típic de països com Islàndia.

Energia nuclear

En els reactors de les centrals nuclears, els nuclis dels àtoms d'urani es trenquen (fissió nuclear) i alliberen molta energia en forma de calor.
L'energia alliberada, en forma de calor, permet transformar l'aigua en vapor a alta pressió. Aquest vapor fa girar les turbines i els alternadors (o generadors) per produir l'electricitat. 
Aquest tipus de centrals plantegen molts inconvenients. el principal inconvenient és la generació de residus radioactius, que són molt difícils de guardar. Hem de pensar que aquests residus es mantenen actius durant milers o milions d'anys.


1.2. UNITATS D'ENERGIA

Ja hem dit abans que qualsevol acció o canvi implica consum d'energia. Si volem pujar una escala, o aixecar la motxilla del terra, o posar-nos la jaqueta necessitem energia. De la mateixa manera, perquè funcioni un cotxe, s'encengui una bombeta o s'escalfi el menjar a la cuina, també necessitem energia.

 Però, què és això tan meravellós anomenat energia?

L'energia és la capacitat que té un cos per produir canvis en ell mateix i en el seu entorn.

L'energia és una magnitud i com a tal, es pot mesurar. A l'hora de mesurar-la disposem de diverses unitats de mesura:
  • El Joule (J). És la unitat del sistema internacional.
Com que el valor d'1 joule és molt petit, se sol utilitzar un múltiple, el quilojoule (kJ),  i la seva relació és:
1 kJ = 1.000 J

Consumim, per exemple, 1 kJ quan aixequem 1000 kg (1 tona) fins a una altura d'1 m.
  • La caloria (cal). És una unitat d'energia molt utilitzada en processos en què intervé la calor, com poden ser els nutrients dels aliments, els aparells de calefacció i refrigeració, etc.
Com que el valor d'1 caloria és molt petit, se sol utilitzar un múltiple, la quilocaloria (kcal),  i la seva relació és:
1 kcal = 1.000 cal

Consumim, per exemple, 1 kcal quan escalfem un litre d'aigua (1 kg) de 20 a 21 ºC.
  • El quilowatt/hora (kWh). És la unitat que es fa servir per mesurar el consum d'energia elèctrica.

El valor d'1 quilowathora és enorme. Per això és molt adient en el cas de l'energia elèctrica, ja que es consumeix molta quantitat d'ella. La seva relació amb el joule és:
1 kwh = 3.600.000 J = 3.600 kJ

Un microones de 1.000 w (1 kw) que funciona durant una hora, consumeix 1 kWh.

 Més relacions entre les unitats són:
1 cal = 4,18 J     1 kcal = 4180 J = 4,18 kJ

Formes d'energia
Hem de recordar que:

«L'energia no es crea ni es destrueix, simplement s'emmagatzema, es transporta, es transfereix, es TRANSFORMA, es degrada, és a dir, es conserva.

Per tant, l'energia es pot manifestar de maneres molt diferents:
  • Energia mecànica: associada al moviment (aixecar una taula).
  • Energia tèrmica: relacionada amb la temperatura (escalfar l'aigua).
  • Energia química: associada a reaccions químiques (com la combustió del gas, per exemple).
  • Energia nuclear: procedent de la desintegració de substàncies radioactives (fissió nuclear).
  • Energia radiant: associada a radiacions electromagnètiques (com la llum, les microones, etc.).
  • Energia elèctrica: relacionada amb càrregues elèctriques en moviment (electrons).
Veiem un exemple de transformacions energètiques:


D’on prové l’energia que consumim?

Ja vam veure que gairebé tota l'energia que tenim prové del Sol. La calor del Sol escalfa l'aire i és la causa de la formació dels vents, de l'evaporació de l'aigua, del desenvolupament de la vegetació i, per tant, de l'aparició dels combustibles fòssils (carbó, petroli i gas natural).

Per obtenir energia utilitzem diferents fonts d'energia, és a dir, elements de la natura que ens proporcionen energia
Aquestes fonts d'energia es poden classificar en funció de 2 criteris:
a) Segons l'origen, podem parlar de fonts d'energia Renovables i font d'energia NO renovables

 · Són fonts d'energia Renovables, aquelles que són inesgotables (no s'esgoten) ja que es renoven o regeneren a un ritme més ràpid del que es consumeixen.

 · Són fonts d'energia NO Renovables, aquelles que s'esgoten, ja que NO es renoven o regeneren a curt termini i, per tant, el ritme de consum és superior al de regeneració.
b) Segons l'ús, podem parlar de fonts d'energia convencionals i fonts d'energia alternatives

· Anomenem fonts d'energia Convencionals, aquelles que proporcionen la major part de l'energia que utilitzem (en els diferents països).

 · Anomenem fonts d'energia Alternatives (no convencionals), aquelles que proporcionen una menor part de l'energia que utilitzem (tot i que cada vegada guanyen més importància, sobretot en el cas de les energies eòlica i solar).

Fixeu-vos en el gràfic de sectors següent que il·lustra el consum energètic a Espanya, l'any 2002:


1.3. GENERACIÓ, TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ D'ELECTRICITAT

  • Aquestes tres fotos representen tres maneres diferents d'obtenir energia elèctrica:
    Tres maneres d'obtenir energia
    1 La llanterna il·lumina gràcies a l'energia elèctrica que proporcionen les piles.
    2 La bicicleta disposa d'una dinamo que genera energia elèctrica per a l'enllumenat.
    3 La calculadora solar obté energia elèctrica del panell fotovoltaic.

  • Generació de l’energia

    Com acabes de veure, l'energia elèctrica s'aconsegueix de diferents maneres:
    • Mitjançant transformacions químiques. Per exemple, tal com passa amb les piles.
    • Fent girar un generador elèctric. És el cas de totes les centrals elèctriques, excepte les fotovoltaiques.
    • Recollint llum solar amb un panell fotovoltaic. És el mètode que es fa servir a les centrals solars fotovoltaiques.
    La principal manera de produir energia elèctrica és la que s'aconsegueix donant moviment a una turbina que mou un generador elèctric. Gran part de les centrals elèctriques estan basades en aquests dispositius. La diferència consisteix en el mètode utilitzat per fer girar la turbina.
    Quan es fa girar la turbina es transmet el moviment al generador mitjançant l'eix.
    Generació, transport i distribució d’electricitat
  • Pujar

    Transport i distribució d’electricitat

    Per fer servir l'electricitat cal portar el corrent elèctric des de les centrals productores fins als llocs on es consumeix; és a dir, cal transportar-la i distribuir-la pels cables elèctrics.
    La quantitat d'energia que es transporta en la unitat de temps depèn de les característiques de la línia elèctrica; això és, del cable.
    Per comprendre millor el procés de transport i de distribució hem de repassar el concepte de potència elèctrica.
    La potència elèctrica (P) és l'energia elèctrica consumida per unitat de temps.
    P = V · I


    On:

    P: potència (expressada en watts, W). V: tensió (expressada en volts, V).
    I: intensitat (expressada en amperes, A).
    Per transportar grans quantitats d'energia elèctrica hem de tenir en compte que:
    1. Com més intensitat transporten, la secció dels cables elèctrics ha de ser més gran.
    2. Com més intensitat hi ha, es perd una part més gran de l'energia elèctrica en transformar-se en calor, perquè com que circula més intensitat hi ha més xocs entre els electrons i el material del cable conductor.
    Per tant, si volem transportar energia elèctrica, hem d'augmentar el voltatge i reduir la intensitat.
    Per exemple, si volem aconseguir una potència de 1.200 MW, podem transportar:
    • 76.000 V amb una intensitat de 9.300 A.
    • 400.000 V amb una intensitat de 1.700 A.
    La potència dissipada, per quilòmetre de cable, en el primer cas (9.300 A) serà de 760 kW, i en el segon cas (1.700 A), molt més baixa: 25 kW.
    Transformació i distribució d'electricitat
    La factura de la llum
    Està formada per dos conceptes fonamentals:
    a) La companyia elèctrica cobra per tenir disponible la potència (watts) que necessita el consumidor. (Potència contractada.)
    b) També cobra per l'energia (joules) que consumim durant un mes. L'energia consumida es mesura en un múltiple del joule (watt-hora).
  • Pujar

    El transformador

    Per canviar la tensió i la intensitat del corrent elèctric es fa servir un transformador. El transformador pot ser elevador (augmenta la tensió, disminueix la intensitat) o reductor (disminueix la tensió, augmenta la intensitat).
Les altes tensions són perilloses per a l'ús domèstic, ja que hi ha risc d'electrocució. Per això cal posar transformadors elevadors de tensió a la sortida dels centres de producció i transformadors reductors a l'entrada dels centres de consum.

1.4. CENTRALS ELÈCTRIQUES. FONTS D'ENERGIA CONVENCIONALS

  • Els principals tipus de centrals on es genera el percentatge més alt d'electricitat són les centrals tèrmiques de combustió, les centrals tèrmiques nuclears i les centrals hidroelèctriques.

  • Centrals tèrmiques de combustió

    En aquestes centrals s'obté energia elèctrica a partir d'un combustible: petroli, gas o carbó.
    Ara fixa't en l'esquema d'una central tèrmica.








Central tèrmica de combustió

Centrals tèrmiques nuclears


Si bombardegem nuclis d'àtoms d'urani amb neutrons, alguns es parteixen i donen lloc a nuclis més petits. En aquest procés s'emet una gran quantitat d'energia (energia nuclear) i de neutrons que, al seu torn, poden trencar altres nuclis. Quan passa això, es produeix una reacció en cadena. Un nucli produeix la fissió d'altres nuclis, i aquests, al seu torn, la d'altres, i així fins que s'esgota el combustible.
Fixa't en l'esquema d'una central nuclear:








  • Central nuclear


Centrals hidroelèctriques


A les centrals hidroelèctriques s'aprofita l'energia d'una massa d'aigua acumulada a una determinada altura per moure una turbina acoblada a un alternador que genera electricitat.
El funcionament d'una central hidroelèctrica és el següent:






Centrals minihidràuliques
Es consideren centrals minihidràuliques les que produeixen una potència no superior als 5.000 kW. El principal avantatge és un menor impacte aquàtic i terrestre en no requerir grans embassaments, ja que aprofiten estanys naturals. Solen ser instal·lacions autònomes i flexibles, que poden usar directament l'energia on es genera, amb menys pèrdues en el transport i menys dependència de les grans companyies.

  • Central hidroelèctrica
  • Tot i que la major part de l'energia es produeix a les centrals tèrmiques que ja hem estudiat, hi ha altres instal·lacions que també tenen com a objectiu obtenir energia. Són les fonts d'energia alternatives, amb menys repercussions negatives per al medi ambient.


  • Centrals solars

    Podem diferenciar dos tipus de centrals solars elèctriques depenent de com es faci la transformació energètica: centrals solars tèrmiques i centrals solars fotovoltaiques.


Central solar tèrmica

El procediment és el mateix que a les centrals que acabem d'estudiar: s'escalfa aigua per generar vapor i així poder moure la turbina acoblada a un generador. La diferència és que per escalfar l'aigua es fa servir directament la radiació solar.
En una central solar de torre central, l'energia tèrmica que es genera a la canonada es transforma en energia elèctrica mitjançant una turbina i un generador:





  • Central solar

Central solar fotovoltaica

Alguns materials emeten electrons quan hi incideix la llum. La circulació d'aquestes càrregues elèctriques crea un corrent elèctric. Aquest fenomen s'anomena efecte fotoelèctric. Aquests materials formen les cèl·lules solars o fotovoltaiques. Un panell solar està format per diverses cèl·lules solars.
Els panells fotovoltaics generen corrent continu, però l'electricitat que es consumeix a casa nostra és de corrent altern.
Per transformar el corrent continu en corrent altern es fa servir un element que s'anomenaconvertidor.
Fixa't en la manera com es genera electricitat en un panell solar.




El corrent elèctric generat pels panells fotovoltaics es pot consumir al moment o acumular-se en un sistema de bateries. Així es podrà disposar de l'energia elèctrica fora de les hores de sol.

Per millorar el rendiment dels panells fotovoltaics se solen posar damunt un element que s'orienta amb el Sol seguint-ne la trajectòria, des de l'alba fins al vespre, amb la finalitat que els raigs sempre incideixin perpendicularment al panell i obtenir un rendiment més gran.


Central eòlica o parcs eòlics



Un parc eòlic és una instal·lació on s'aprofita l'energia del vent per generar energia elèctrica. Està format per un conjunt d'aerogeneradors que aprofiten el moviment de les aspes per transformar-lo en energia elèctrica.
Cada aerogenerador està constituït per una sèrie d'elements bàsics que són els següents:










   Central de biomassa


El terme biomassa inclou tota matèria viva, o que tingui l'origen en la matèria viva. La biomassa és una de les fonts d'energia més primitives. Actualment es pot considerar un combustible alternatiu al carbó, el petroli o el gas a causa del poc impacte ambiental que té (la combustió només desprèn gas CO2) i al fet que es renova a curt termini.
Com a biomassa podem fer servir:
  • Residus forestals o agrícoles. Per exemple, branques procedents de la poda d'arbres o de restes de boscos cremats o talats.
  • Conreus energètics. Plantacions de conreus de creixement ràpid, i destinats, entre altres usos, a la producció d'energia, com per exemple la soia. En aquest cas, durant la fase completa (desenvolupament del conreu, collita, transport, etc.) s'aconsegueix fins i tot una reducció global del CO2 atmosfèric.
  • Residus sòlids urbans (RSU). Les escombraries que generem es poden fer servir per produir biogàs i, a partir d'aquí, energia


   Central geotèrmica


L'interior de la Terra és una font contínua de calor. En algunes zones, aquesta calor aflora a la superfície i pot escalfar aigua, produir energia elèctrica, etc.
L'energia de l'interior terrestre s'anomena energia geotèrmica. Aquesta font d'energia es pot aprofitar, sobretot, en zones volcàniques, on la diferència de temperatura entre l'interior terrestre i la superfície és més gran.
Observa l'esquema d'una central geotèrmica:

L'energia geotèrmica també es pot fer servir per a hivernacles, calefacció, criadors de peixos, etc. A Lanzarote fan servir la calor d'una esquerda volcànica (s'arriba a 400 ºC a pocs centímetres del terra) per cuinar.
A Islàndia la calefacció de moltes cases aprofita l'energia geotèrmica. Malauradament, l'energia geotèrmica només es pot aprofitar de manera rendible en algunes regions.

Energia mareomotriu

Per aprofitar el moviment d'ascens i descens de l'aigua durant les marees, es construeixen centrals mareomotrius prop de la costa. Encara que la diferència entre la marea alta i baixa al mig de l'oceà és de tot just un metre, en algunes costes aquesta diferència pot arribar als 15 m. En aquestes zones és interessant aprofitar les marees per generar energia.

  • Mareomotriu

Perspectives de futur

L'energia del futur serà probablement la fusió nuclear. Mitjançant reaccions nuclears com les que es produeixen a l'interior del Sol es genera una gran quantitat d'energia amb un combustible gairebé inesgotable: l'hidrogen, que es pot aconseguir, per exemple, de l'aigua del mar. A més a més, aquestes reaccions de fusió a penes produeixen residus.

Per utilitzar de forma més eficient l'energia obtinguda, s'han investigat les piles de combustible formades per hidrogen obtingut a partir d'una font d'energia. La pila d'hidrogen és fàcil de transportar, té molta autonomia enèrgetica i no desprén residus.
Subscriure's a: Missatges (Atom)