Tecnología Pirineos: febrero 2013

Energías no renovables (II). Combustibles fósiles

Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) son sustancias originadas por la acumulación, hace millones de años, de grandes cantidades de restos de seres vivos en el fondo de lagos y otras cuencas sedimentarias, son, por tanto, recursos limitados, forman parte de las llamadas energías no renovables (junto con el grupor relacionado con la energía nuclerar) y representan el 75 % de este tipo de energías.

La energía que proviene de la quema de combustibles fósiles se convierte en electricidad en las centrales térmicas. Cuando se queman este tipo de combustibles, el carbón y el hidrogeno reaccionan con el oxigeno produciendo dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O). Durante esta reacción se produce calor. La electricidad se genera mediante la transformación de la energía térmica (calor) en energía mecánica (chorro de vapor de agua) y de ésta en energía eléctrica por medio de una turbina o generador. Las plantas eléctricas son muy caras de construir y por lo tanto la inversión inicial es muy grande, pero una vez construidas, la eficiencia de la transformación de los combustibles en energía eléctrica es alta.

Diferenciamos tres tipos de combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural.

El carbón es una sustancia ligera, de color negro, que procede de la fosilización de restos orgánicos vegetales y que fue la fuente energética asociada con la revolución industrial y que, ya en el siglo XX, sería sustituida en su liderazgo por el uso del petróleo. El carbón tiene un alto factor de emisión de CO₂, lo que, junto con otras partículas que se originan en su combustión, es una de las principales causas de la denominada lluvía ácida. Todavía es utilizada en determinados tipos de industrias, como fuente de alimentación de calefacciones domésticas y como combustible de algunas centrales térmicas, aunque es la fuente no renovable menos utilizada en España y en la UE, con una clara tendencia a su sustitución por otras alternativas más prácticas y menos contaminantes. Existen cuatro tipos principales de carbón que, con contenidos en carbono decrecientes, son los siguientes: antracita, hulla, lignito y turba.

En esta magnifica infografía proporcionada por Consumer Eroski se nos informa de qué es el carbón, sus tipos, los métodos de extración, el funcionamiento de las centrales térmicas que funcionan con carbón, el uso que se le da a este tipo de combustible...., en fin, completísima:

El petróleo es el producto de la descomposición de los restos de organismos vivos microscópicos que vivieron hace millones de años en mares, lagos y desembocaduras de ríos.

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Energías no renovables (I)

Llamamos energías no renovables a aquellas fuentes de energía que tienen un carácter limitado en el tiempo y cuyo consumo implica su desaparición en la naturaleza sin posibilidad de renovación. Suponen en torno al 80 % de la energía consumida en el mundo y sobre las mismas se ha construido el inseguro modelo energético actual.

Sus características principales son:

Producen emisiones y residuos que degradan el medio ambiente, asociadas con la combustión de combustibles fósiles, contribuyen en gran medida al llamado efecto invernadero.
Son limitadas. Aunque periódicamente se extiende su horizonte vital, parece evidente que existe una fecha límite para el agotamiento de estos recursos.
Provocan, en el caso de los países no productores, una dependencia energética, y por tanto industrial y de desarrollo, del exterior, encontrándose estos recursos en determinadas y localizadas áreas del planeta.
Generan pocos puestos de trabajo en comparación con el volumen de negocio que tienen asociado y con las llamadas energías renovables.
Indirectamente, la consecución de su control, ha conducido a la humanidad a conflictos estratégicos y militares, como las no lejanas guerras del Golfo Pérsico.

Una sencilla clasificación de las fuentes de energía no renovables, permite agruparlas en dos grandes grupos sobre los que glosaremos en entradas posteriores, estos son:

Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
La energía nuclear (fisión y fusión nuclear)

El empleo de este tipo de energías tiene un fuerte impacto ambiental, que algunos expertos cifran en unas 30 veces superior al asociado a las llamadas energías limpias. Las alteraciones que producen este tipo de energías en el entorno son en general irreversibles y con consecuencias nefastas tanto a nivel local como global. Algunos de sus efectos más relevantes son los siguientes:

La lluvia ácida. Se trata, pronto y mal, de una lluvía que contiene compuestos derivados del azufre, entre ellos ácido sulfúrico, y que, en consecuencia, afecta de forma irreversible a los ecosistemas.
Efecto invernadero. Relacionado con la emisión de productos asociados a la combustión de hidrocarburos, CO₂ principalmente, y que tiene como consecuencia el calentamiento global del planeta y el cambio climático.
Vertidos contaminantes en las zonas de producción, en particular los asociados con los combustibles fósiles.
Residuos radiactivos peligrosos. Son un subproducto de la fisión nuclear.
Accidentes y escapes. Tanto en la producción como en el transporte de combustible. Baste recordar algunos de los, no tan infrecuentes, accidentes de los petroleros y las desastrosas mareas negras.

Te dejo aquí una muy completa animación del ntic sobre las energías renovables y no renovables. La animación te permitirá imprimir los textos y acceder a diferentes actividades. Disfrútala:

Máquinas y mecanismos

Una máquina es un dispositivo destinado a transmitir y transformar fuerzas y movimientos y que, en ocasiones, nos permite disminuir el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. En la actualidad esta definición se ha ampliado para incluir conceptos relacionados con las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) puesto que de acuerdo con el concepto "clásico" de máquina, un ordenador, por ejemplo, no sería una máquina. De acuerdo con esto, una máquina sería todo aquello destinado a transformar los factores de material, energía e información. Pero lo que nos interesa aquí es el concepto clásico, el antañón, según el cual son ejemplos de máquinas la grúa, la excavadora, la bicicleta, el cuchillo, las pinzas de depilar, los montacargas, las tejedoras, los ordenadores, los robots, etc.

En general, y de forma simplificada, se puede decir que toda máquina está formada por tres elementos principales:

Elemento motriz: dispositivo que introduce la fuerza o el movimiento en la máquina. Suele tratarse de un motor (de gasolina o eléctrico), de esfuerzo muscular (de una persona o un animal), una fuerza natural (viento, corriente de agua de un río), etc.
Mecanismo: dispositivo que traslada el movimiento del elemento motriz al elemento receptor.
Elemento receptor: recibe el movimiento o la fuerza para realizar la función de la máquina (un ejemplo de elementos receptores son las ruedas).

Toda máquina contiene uno o varios mecanismos que le sirven para controlar o transformar el movimiento producido por el elemento motriz. Los mecanismos son las partes de las máquinas encargadas de transmitir o transformar la energía recibida del elemento motriz (una fuerza o un movimiento), para que pueda ser utilizada por los elementos receptores que hacen que las máquinas funcionen. Todo mecanismo de cualquier máquina estará compuesto internamente por uno o varios dispositivos denominadas operadores (palancas, engranajes, ruedas, tornillos, etc.). Por ejemplo, el mecanismo de una bicicleta está formado por varios operadores, como son la cadena y los engranajes que conecta (platos y piñones).

Cuando la máquina es sencilla y realiza su trabajo en un solo paso nos encontramos ante una máquina simple. Muchas de estas máquinas son conocidas desde la prehistoria o la antigüedad y han ido evolucionando incansablemente (en cuanto a forma y materiales) hasta nuestros días. Las máquinas simples se pueden clasificar en tres grandes grupos que se corresponden con el principal operador del que derivan: palanca, plano inclinado y rueda. Las máquinas compuestas, por consiguiente, realizarán el trabajo en más de un paso y estarán compuestas por varias máquinas simples.

Te dejo una lista de enlaces a diferentes operadores que constituyen las máquinas para que puedas ver su descripción, su uso y utilidad, sus características, etc. El material corresponde a la página de MECANESO y espero que te sea de utilidad:

Sistemas de control automáticos. Servosistemas

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir, sin intervención de agentes externos, corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento. Sus aplicaciones son innumerables y abarcan desde el campo doméstico al industrial, bélico, lúdico, etc., y tienen especial repercusión en el campo científico (misiones espaciales) y en avances tecnológicos (automoción). Surge así la regulación automática, que se dedicará al estudio de los sistemas automáticos de control. Cualquier sistema automático está constituido por un sistema físico que realiza la acción (actuador), y un sistema de mando (controlador), que genera las órdenes precisas para que se ejecuten las acciones. Como siempre, les tengo mucha a fe a los materiales elaborados aquí, por el Catedu, no porque sean autóctonos sino porque son buenos. También le tengo aprecio al sitio de rlopez33, en el que podrás encontrar tanto teoría como ejercicios resueltos. Si quieres unos completos apuntes sobre el tema pueden valerte los publicados por D. José Mª Uriarte Anoro, o los elaborados en el IES Enrique Florez. El resumen del tema, nos lo proporciona la editorial McGrawHill:

Máquinas de Rube Goldberg

Ahora que empezamos con el tema de las máquinas, dándome un garbeo por la red, cogiendo setas, una foto de aquí, unos apuntes de allá, una infografía acullá… en fin, los artículos, que muchas veces, sin querer, sin una idea previa, nacen así, por acumulación, por aluvión y por eso que me contaba un amigo de las conversaciones “que son como las cerezas”, decía, y unas se enganchan con otras y, los pasos que iniciaron un rumbo, te llevan a un país lejano y otro.

El caso es que ese paseo que empezó en las máquinas enseguida me llevó a las máquinas de efectos encadenados y allí ya me encontré a un paso del personaje del día: Rube Goldberg, caricaturista, escultor, escritor e ingeniero según la Wikipedia. Y algo de todo eso debía tener el hombre, pues pasó a la historia como el creador de las máquinas de Rube Goldberg, nombre por el que se conocen los aparatos excesivamente sofisticados usados para realizar tareas sencillas, y que ha pasado a formar parte de una expresión que significa algo así como «llevar a cabo algo, de una manera redundante extremadamente compleja, que real o aparentemente podría ser hecho de una manera simple» y que en la actualidad se utiliza para denotar a los sistemas demasiado confusos o complicados.

Un mecanismo de Rube Goldberg (este es el enlace a su página web) es pues, por extensión, cualquier aparato muy complejo que realiza una tarea muy simple de una manera muy indirecta y retorcida. Goldberg dibujó varios de estos dispositivos patafísicos, que consiguen realizar su absurdo cometido en, al menos, diez pasos.

Ejemplos en la red de este tipo de máquinas hay muchísimos, incluso (y te recomiendo que no te la pierdas) este tipo de artilugios tenía su versión española con Los grandes inventos del TBO, sección humorística del histórico TBO en la que se describían inventos estrafalarios, sumamente complejos y banales, vamos, una máquina de Goldberg. Yo te he seleccionado uno, no al azar, que, aunque se corresponde con el anuncio de una marca automovilística (a ver si se estiran, que esto es publicidad gratuita), te recomiendo que no te pierdas:

Un enrevesado e inútil comentario, sí que me merezco.

Producción de energía eléctrica

En general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía (cinética, solar, química...) en energía eléctrica. Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, la producción de energía eléctrica a nivel industrial se realiza en las llamadas centrales eléctricas, en las cuales se realiza alguna de las transformaciones apuntadas y que constituyen el primer eslabón en el sistema de transporte y distribución eléctrica.

La demanda de energía eléctrica de un país varía en el tiempo debido a causas tan diversas como el tipo de industria, los turnos de trabajo, la climatología, las estaciones del año, las horas del día, los usos de los ciudadanos, los sistemas productivos, etc. Esto obliga a que la generación eléctrica deba adaptarse a estas fluctuaciones de la demanda, debiendo aumentarse la producción cuando la demanda aumenta y a la inversa, lo que en la práctica se traduce en la necesidad de, sobre un sistema productivo de base, prever la existencia de una serie de unidades adicionales de generación que permitan cubrir los pedidos cuando la demanda excede las posibilidades del servicio básico. En general, los sistemas de generación se diferencian por el periodo del ciclo en el que está planificado que sean utilizados; se consideran de base la nuclear y la eólica, de valle la termoeléctrica de combustibles fósiles, y de pico la hidroeléctrica principalmente (los combustibles fósiles y la hidroeléctrica también pueden usarse como base si es necesario).

Una central eléctrica (con la excepción de las centrales fotovoltaicas), de forma simplificada puede explicarse como el proceso de conversión de la energía mecánica obtenida mediante otras fuentes de energía directa (el viento, las mareas, la energía potencial transformada en cinética en un salto de agua…) o indirectamente (necesitamos calentar un fluido para que, transformado en –normalmente vapor de agua‒ sea capaz de mover los álabes de una turbina. Es el caso de la combustión del carbón, el gas natural o el fuel, y también de la energía liberada en la fisión de los átomos de uranio).

Todas las centrales eléctricas constan de un sistema de "turbina-generador": La turbina, accionada por la energía mecánica del vapor de agua a presión o por un chorro de agua, es la parte encargada de mover el rotor del generador y producir la corriente eléctrica; el generador o alternador es el encargado de convertir la energía mecánica en eléctrica. En los alternadores podemos distinguir, también de forma muy básica, dos partes fundamentales:

El estator: Armadura metálica, que permanece en reposo, cubierta en su interior por unos hilos de cobre, que forman diversos circuitos.
El rotor: Está en el interior del estator y gira accionado por la turbina. Está formado en su parte interior por un eje, y en su parte más externa por unos circuitos, que se transforman en electroimanes cuando se les aplica una pequeña cantidad de corriente. Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a la energía mecánica aplicada en las turbinas, se produce unas corrientes en los hilos de cobre del interior del estator. Estas corrientes proporcionan al generador la denominada fuerza electromotriz, capaz de producir energía eléctrica a cualquier sistema conectado a él.

En este vídeo nos enseñan como funciona un motor, transformación de la electricidad en movimiento, o un generador, transformación del movimiento en electricidad. Seguro que dispones de un minuto: