la evolución de las fuentes de energía

C
apa
LA EVOLUCIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA: DEL
CONVENCIONAL AL SURGIMIENTO DE LAS ENERGÍAS
RENOVABLES
El
planeta Tierra cambió. El hombre cambió, evolucionó. Pero, todo progreso tiene su
precio: hoy, la humanidad posee una demanda energética enorme y los escenarios de
crecimiento demuestran que un colapso no estaría muy lejos. Allá de toda problemática
ya existente que implica las matrices actuales energéticas, las energías renovables
poseen el atractivo de desarrollo limpio, con reducida (o ninguna) emisión directa de carbono
para la atmósfera. En tiempos de discusiones sobre calentamiento global, ellas se han señaladas
no sólo como la evolución de las fuentes de energía, sino también una necesidad del mundo
moderno.
El Desarrollo de la Humanidad
necesita cada vez más Energía...
Con la Revolución Industrial, el hombre
pasó a preocuparse en como conseguir la
energía. Éste fue la primera grande alteración
mundial de la matriz energética, pero aún sin
ninguna preocupación con el medio ambiente.
Estas fuentes de energía, conocidas hoy como
convencionales, son caracterizadas por bajo
costo, grande impacto ambiental y (hoy) la
tecnología propagada.
24
Carbón
El primer combustible usado en grande
escala fue el carbón, por lo menos hasta la
segunda grande guerra. Junto con el
surgimiento de la energía nuclear, el carbón
asumió condición de fuente subsidiaria de la
energía.
Pero, la disponibilidad de grandes
depósitos del carbón mineral, la facilidad
relativa del carbón vegetal y su bajo costo
todavía confieren a este combustible un papel
relevante en la economía actual, en especial
para las economías en desarrollo.
En Brasil, debido a las condiciones
climáticas desfavorables, los depósitos poseen
un carbón de la calidad no tan buena. La
mayoría está situada en la región sur, siendo
que solamente el carbón producido en Santa
Catarina puede hacer coqueificación. Mismo
así, en los cocientes mínimos - menos de 20%
- tiene de ser mezclado al carbón importado.
Ya el carbón vegetal se produce básicamente
para atender las siderúrgicas, a partir de
eucalipto. Para esto, los productores necesitan
de plantaciones inmensas, que provocan
impactos ambientales desfavorables, puesto
que no llegan a constituir un ecosistema y
expulsan las especies de animales. La
producción del carbón vegetal casera, hecha
por
métodos
primitivos,
aunque
poca
representativa del punto de vista económico,
provoca deforestación y la contaminación
ambiental. Parte de esta producción es
destinada a consumición doméstica, en
restaurantes con horno a leña y parrillas.
Consumo Final y Demanda de Energía
El consumo final se asocia la energía que pone
en movimiento los sectores económicos de un país.
La demanda energética es cuánto “requiere” o
utiliza cada uno de estos sectores en un período
determinado.
Así
siendo,
se
relaciona
próximamente con el desarrollo de un país, junto
con las alteraciones de sus matrices de energía.
Acompañando la evolución de los sectores diversos
de la economía, así como el uso, disponibilidad y la
busca por reservas de energía, si puede deducir las
proyecciones por los años próximos.
Políticas
externas
e
tratados,
como
el
Protocolo de Quioto, tienen importancia cuánto a
algunas de estas proyecciones; la búsqueda para
las “energías limpias”, una reducción posible en las
emisiones del carbón, procediendo básicamente de
los
combustibles
fósiles,
entre
otros,
podían
cambiar determinados escenarios. Pero, países en
vía de desarrollo tienen diversas necesidades de
aquellos considerados desarrollados.
Petróleo: Oro Negro
Con el descubrimiento y la invención
de combustibles derivados del petróleo, ocurrió
el desarrollo de los motores a la explosión. Esto
abrió grandes perspectivas en términos de
velocidad y potencia.
Petróleo: de entrada del óleo “crudo” a los productos
diversos.
Físicamente, petróleo es una mezcla
compuesta de diferentes puntos de ebullición.
Los intervalos de temperatura y la composición
de cada fracción varían con el tipo de petróleo.
Siendo encontrado en estados sólido, líquido y
gaseoso – siendo el líquido, y estos últimos
años, el gaseoso merecidamente tiene lo
derecho al uso del nombre y el reconocimiento
como grande bienhechor de la humanidad – ha
ganado importancia en el mundo moderno
cuando substituyó el óleo de ballena en la
iluminación pública de las ciudades europeas.
La invención del coche llevó él a
condición de más importante fuente de energía
de sociedad moderna. Al largo de la historia,
también
produjeron
guerras
incontables,
invasiones territoriales, conflictos, golpes de
Estados, revoluciones, divisiones políticas.
Oriente Medio, EE.UU. y los territorios de la
vieja Unión Soviética son grandes productores y los dos últimos son igualmente consumidores.
Allá
del
petróleo
convencional,
disponible en campos que se pueden explorar
por “simples” perforación de pozos, tiene otros
tipos
que
dependen
de
estudios,
investigaciones y desarrollo tecnológico que se
utilizarán. Por ejemplo, el petróleo extrapesado del cinturón de Orinoco (Venezuela),
arenas de alquitrán de Athabasca (Oeste de
Canadá), y los depósitos de petróleo helado y
viscoso (Declive Norte de Alaska). Óleo de
arcilla xistosa también es un recurso potencial,
aunque aún no se puede considerar petróleo
verdadero; es una piedra rica sedimentaria en
substancias orgánicas, que posee un proceso
casi tres veces más costoso de qué la
exploración de pozos comunes.
25
Características físicas y químicas del
óleo crudo, junto con localización y extensión
de depósitos, son factores principales para la
determinación de su valor como materia prima.
Como ninguna de sus características físicas o
químicas permite detectarlo con certeza de la
superficie, la prospección científica llegó a ser
importante en el comienzo del siglo XX, cuando
los geólogos habían comenzado a mapear las
características terrestres que indicaban locales
favorables a la perforación.
Reveladores eran los afloramientos que
indicaron la presencia de rocas sedimentares
porosas y impermeables. La roca porosa
(piedra arenisca caliza o dolomitas) sirve de
depósito para el petróleo, que en ella puede
migrar, bajo una diferencia de presión, a través
de intersticios y de grietas, hasta el punto de
escape, es decir, hasta el pozo perforado.
Solamente en enero de 1939 que la
existencia de petróleo en nuestra tierra
brasileña ha sido revelada. Perforado en Lobato
- BA, por entonces Departamento Nacional de
Producción Mineral, un órgano del gobierno
federal. En octubre de 1953 se instituyó el
monopolio estatal para la investigación,
minería, refinamiento, transporte e importación
de óleo en Brasil, por Petrobrás (Petróleo
Brasileño S.A.), debajo de la orientación y fiscalización del Consejo Nacional de Petróleo.
En
las
décadas
siguientes,
la
exploración se fue para el Recôncavo Baiano,
Cuenca
de
Sergipe/Alagoas,
Cuencas
sedimentares de Amazonas y de Paraná. Con
los avances tecnológicos, Petrobrás alcanzó
resultados buenos en descubrimientos del gas
natural en la región del río Juruá, en alto
Amazonas. Las plataformas continentales
también tuvieron éxito, con descubierta de óleo
en la costa de Sergipe (campo de Guaricema).
Todavía, fue la crisis del petróleo
empezada en 1973, que hizo posible la
prospección en áreas antes consideradas pocas
económicas. En la década de 1970, ha sido
intensificada la
exploración
de cuencas
sumergidas. La identificación del petróleo en la
cuenca de Campos, litoral de Rio de Janeiro,
dobló las reservas brasileñas. Más de veinte
campos de pequeño y medio tamaño fueran
encontrados más adelante en la costa de Rio
Grande do Norte, Ceará, Bahia, Alagoas y
Sergipe. Al principio de los años 80, Brasil era,
después de los Estados Unidos, el país que más
perforaba en el mar, pero, en el final del siglo,
aún necesitaba importar casi la mitad del
petróleo que consumía.
28
Estructura de consumo de combustibles derivados de
petróleo en Brasil, según BEN 2007 (año base 2006).
En año de 2006, Petrobrás anunció la
autosuficiencia brasileña en petróleo. La expansión del sector se debe a las nuevas
descubiertas y a las plataformas que habían
iniciado la producción a partir de 2003, que
están permitiendo en sólo dos años, aumentar
su producción en 400 mil barriles/día, pasando
de 1,5 millones en 2004 para 1,91 millones en
2006.
Navio-plataforma P-34, da Petrobrás: exemplo do desenvolvimento tecnológico brasileiro na exportação do petróleo.
Generación de Energía Eléctrica:
Hidroeléctrica es la niña de los ojos
de la matriz energética brasileña
Especialmente cuando se habla de matriz energética brasileña, no si puede dejar de
referirse la energía hidroeléctrica. El país, que
posee
relevo
e
hidrografía
parcamente
propicios para este fine, tiene su consumo residencial basado casi que en su totalidad en esta
fuente. Segura, económica y de captación
relativamente simples, tiene como revés
principal el factor climático; períodos largos de
estiaje pueden complicar su abastecimiento.
La dependencia brasileña se percibe
claramente cuando verificamos los datos de
ofertas de la energía interna divulgados por el
Ministerio de Minas y de Energía (MME), que
muestra que casi 75% vienen de las centrais
hidroeléctricas. Esto fue sentida “en la piel” por
la gente brasileña, que en su historia reciente
sufrió una restricción de energía. Según
especialistas, el mismo no tuve como factor
determinativo los estiajes de años anteriores y
sí un planeamiento considerado inadecuado.
Independiente de su causa, el “apagón” al
principio de este siglo podrá se repetir, de
acuerdo
con
proyecciones
de
algunos
investigadores, hasta 2011; el gobierno
brasileño, por medio de MME, refuta cualquier
posibilidad. La cuestión es que a corto plazo, no
existiría una solución inmediata para la actual
dependencia de energía hidroeléctrica de Brasil,
por lo menos no con un coste compatible.
demuestran los impactos que la construcción
de grandes presas hidroeléctricas causa a las
comunidades nativas de las áreas inundadas
por el embalse y su entorno, principalmente
sobre la salude y la cualidad de vida de estas
poblaciones. Según algunos de estos, la
construcción de presas puede facilitar el
desarrollo y la difusión de enfermedades debido
a cambios bruscos en lo ecosistema.
Para prevenir el problema de la pérdida
de biodiversidad existente, el Consejo Nacional
del Medio Ambiente (CONAMA) publicó una
resolución
tornando
obligatoria
una
remuneración ecológica. Los empresarios que
construyen y operan presas deben gastar por lo
menos 0,5% del valor de proyecto en la
compra de otros bosques para instalar e mantener una estación ecológica u otra unidad de
conservación allí. Es una regulación única del
mundo. Su vigencia también fue ampliada para
cualquier proyecto de grande porte, por
ejemplo, carreteras que vengan a remover
bosques y otras formas de vegetación natural
que tenga importancia.
Área inundada en la hidroeléctrica de Balbina – Brasil.
¿E Cuanto a la Energía Nuclear?
Oferta interna de energía eléctrica “Brasil x Mundo”,
según BEN 2007 (año base 2006).
Mismo siendo una fuente de energía
renovable y considerada limpia, en especial por
no emitir carbono (teóricamente), causa
impacto ambiental cuando en la inundación del
área de presa. Hay hipótesis de emisión de
carbono
por
la
materia
orgánica
en
descomposición y de la captura del mismo por
el agua, allá del “aprisionamiento” de este
carbono en el fundo de los embalses.
También es necesario considerar el impacto social. Sólo en Brasil, existen más de 500
presas
hidroeléctricas.
Algunos
estudios
La energía nuclear proporciona:
(1) la desintegración radioactiva, proceso según lo cual un núcleo se convierte
espontáneamente en el núcleo de otro isótopo
o elemento;
(2) la fisión nuclear, por la cual un núcleo pesado si se divide en dos otros y libera la
energía en ellos contenida;
(3) la fusión nuclear, según la cual dos
núcleos
atómicos
leves,
sometidos
a
temperaturas muy altas, reaccionan para
formar un único núcleo, de un peso más
grande.
El
primer
reactor
nuclear
fue
construido en la universidad de Chicago, bajo
supervisión del físico italiano Enrique Fermi. El
equipo produjo una reacción en cadena en 2 de
diciembre de 1942. Inmediatamente después
29
de segunda guerra mundial, científicos y
ingenieros de varios otros países habían
emprendido
investigaciones
destinadas
a
desarrollar los reactores nucleares para la
producción energética en una escala grande. En
1956, el Reino Unido inauguró en Calder Hall la
primera central nuclear totalmente comercial.
Un año más tarde, entró en funcionamiento la
primera planta americana de este tipo. El
número de grandes centrales nucleares
aumentó rápidamente en muchos países
industrializados hasta el final de la década de
1970. Después de esto, tuve una reducción
significativa en el ritmo del uso de la energía
nuclear para los fines comerciales, por razones
diversas: la demanda de la energía eléctrica
estaba muy abajo de lo que se esperaba; el
coste de la construcción de los nuevas plantas
nucleares era alto; la opinión pública ejercía
presión contra la construcción de usinas,
principalmente después de los accidentes
catastróficos ocurridos en la planta de Three
Mile Island, en los Estados Unidos, y en
Tchernóbil, Ucrania, entonces parte de la Unión
Soviética. Sin embargo, Francia, Japón, Corea
del Sur y Tailandia, que disponen de pocas
alternativas energéticas, continuaran a usar la
energía nuclear
Todos los reactores nucleares producen
energía a partir de la reacción de fisión, pero
los científicos creen que la fusión nuclear
controlada puede originar una fuente de
energía alternativa relativamente barata de
generación de la electricidad, qué ayudaría a
conservar el abastecimiento del combustible
fóseles del planeta, en rápido agotamiento. Más
allá de valiosa fuente de energía eléctrica para
el uso comercial, los reactores nucleares
también sirven para impulsar algunos tipos de
navíos militares, submarinos y de ciertas naves
espaciales no-tripuladas. Otro uso importante
de los reactores es la producción radiactiva del
isótopo,
ampliamente
utilizada
en
la
investigación científica, la terapéutica y la
industria. Los isótopos son creados por el
bombardeo de sustancias no-radiactivas con los
neutrones liberados durante la fisión.
El calor liberado por fisiones también
se quita del núcleo del reactor por una sustancia refrigerante, que puede ser líquida o gaseosa. Los refrigerantes deben tener buenas
propiedades de transferencia de calor, así como
tener mala propiedad para absorber neutrones.
Tanto la agua leve (común) cuanto pesada se
utilizan como refrigerantes, lo que ocurre
28
también con los metales líquidos (sodio, por
ejemplo), helio y varias otras sustancias.
A medida que la reacción en cadena
continúa, los productos de la fisión se
acumulan en núcleo del reactor. La mayoría de
estos fragmentos es altamente radiactiva y
emite rayos gamma y neutrones. Para proteger
los operadores de la planta y a la gente cerca
de radiación de estos fragmentos, y de la
radiación causada directamente por el proceso
de fisión, el reactor es rodeado por paredes y
un piso de concreto suficientemente grueso,
que constituyen la estructura de contención.
Cuánto a las basuras, estas son
sustancias
radioactivas
peligrosas
que
permanecen por millares de años y, por lo
tanto, deben ser eliminados o ser almacenados
de forma permanente. Todavía aún no fue
descubierto, un método práctico y seguro del
tratamiento de estos residuos. Mientras sucede
a toda actividad humana, la producción de
energía nuclear no puede ser considerada
absolutamente libre de riesgos. Las medidas de
prevención tienen como objetivo, por lo tanto,
para reducir al mínimo al riesgo de accidentes.
Tchernóbil, el mayor desastre nuclear de la historia.
El “Surgimiento” de las Renovables
A demanda por energia aumentou,
assim como o apelo pela busca daquelas que
não estejam diretamente relacionadas com a
emissão de carbono na atmosfera. Para solucionar ou minimizar esses problemas, surgiram
diversas fontes para a geração de energia elétrica ou mesmo para uso como combustível.
Participación de las fuentes en oferta interna de energía
“Brasil x Mundo”, según BEN 2007 (año base 2006).
Energía Solar
El aprovechamiento de la energía
generada por el Sol es hoy, sin duda ninguna,
una
de
las
alternativas
energéticas
prometedoras de este milenio. Y cuando se
habla en energía, debe ser recordado que el Sol
es responsable por el origen de prácticamente
todas las otras fuentes. No sería ninguna al
afirmar que las fuentes de energía son, en
última instancia, derivadas del Sol.
Dentro
del
Sol,
la
masa
es
directamente convertida en energía por el
proceso de fusión nuclear, donde las masas
pequeñas generan enormes cuantidades de
energía. Este potencial, ilustrado por E = mc2,
donde E es la cantidad de energía creada, m es
la masa de materia destruida y c é a velocidad
de la luz. Así, el Sol produce una cantidad
masiva de 3,94 x 1023 kW todo día, alcanzando
temperaturas de 5.700 ºC. Esta energía es
irradiada y lleva aproximadamente 8 minutos
para cubrir sus 129 millones de km de jornada
hasta nos alcanzar aquí en la Tierra; pero,
gracias a atmósfera, parte de esa energía es
absorbida y difundida.
El Sol proviene anualmente, para la atmósfera terrestre, 1,5 x 1018 kWh de energía,
lo que corresponde a 10.000 veces al consumo
mundial de energía en este período. Esto hecho
viene indicar que, más allá de ser responsable
por el mantenimiento de la vida en la Tierra, la
radiación solar consiste en una fuente
energética inagotable, teniendo un enorme
potencial del uso por medio de sistemas de
captación y conversión en otra forma de
energía (térmica, eléctrica, etc.).
De toda la radiación solar que llega en
las capas superiores de la atmósfera, sólo una
fracción alcanza la superficie terrestre, debido a
la reflexión y a la absorción de los rayos solares
por la atmósfera. Esta fracción que alcanza la
tierra es constituida por un componente directo
y un componente difuso (ese sufre un cierto
tipo de dispersión). Notadamente, si la
superficie de recepción está inclinada con
respecto a la línea horizontal, tendrá un tercero
componente reflejado para el ambiente del
entorno (tierra, vegetación, obstáculos, suelos
rocosos etc.). El coeficiente de la reflexión de
estas superficies es llamado de Albedo
Debido al cambio entre días y noches,
estaciones de año y los períodos de nubosidad,
los recursos energéticos solares presentan
grande variabilidad, induciendo, como el caso,
al uso común con otros sistemas. El principio
básico consiste entonces en capturar esta luz,
sea a través de las células fotovoltaicas o
concentradoras, de acuerdo con su uso.
Termo Solar
Circuitos térmicos solares utilizan los
rayos de sol para calentar líquidos o mismo
sólidos, que son usados en sistemas de
transferencia de calor para generar el vapor;
esto alimenta un generador. Los materiales
calientes pueden ser usados para funcionar una
máquina directamente, y es lo principio básico
de funcionamiento de la energía termo-solar.
Los colectores como éstos típicamente
calientan fluidos (agua o aire, por ejemplo) a
temperaturas que varían de 150 a 200 F (66 a
93 ºC). La eficacia de tales colectores varía de
20 a 80%. Cuando se requieren temperaturas
más altas, se utiliza un colector concentrador.
Estos colectores reflejan y concentran luz solar
de una grande área. Podemos demostrar, como
ejemplo de este dispositivo, uno que fue
instalado en los Pireneus, Francia, y tiene
varios acres de espejos focalizados en un único
punto. La energía que se concentra en el punto
es 3.000 veces más grandes que cualquier
espejo del sistema, y la unidad produce
temperaturas de hasta 3.630 F (2.000 ºC).
Otra estructura, llamada "Power Tower" cerca
de Barstow, Califórnia, genera 10.000 kW de
electricidad. Aquí, el horno actúa como una
caldera y produce vapor para una turbinaeléctrica a vapor.
29
En colectores concentradores sofisticados, como esto instalado en California, cada
espejo es girado por un helióstato que dirige
los rayos del Sol de espejo para el punto de
concentración. Motores de posicionamiento, y
sus controladores hacen de tales sistemas
costosos. Los colectores menos costosos
producen temperaturas abajo de estos, pero
aún más altas que aquellos conocidos como
Flat-Plate. Por ejemplo, reflectores parabólicos
que si concentran la luz solar en pipas oscuras
puede producir temperaturas fluidas de cerca
de 400 hasta 550 F (200 hasta 290 ºC) y
pueden concentrar la energía solar en hasta 50
veces su fuerza original. Importante mencionar
que también existe el uso de la energía termosolar a través de colectores planos.
conducción del átomo y crean una corriente
eléctrica. Las células se agrupan más adelante
para formar los paneles solares. Esta forma de
producir energía no causa daños al medio
ambiente,
no
hace
contaminación
y
normalmente no necesita de movimientos de
máquinas para funcionar.
Sin embargo, aún no posee status de
“solución” para los problemas de energía del
mundo. Sigue siendo una energía costosa,
comparada con aquella venida de petróleo,
plantas nucleares o hidroeléctricas. Una vez
más, fue la primera grande crisis del petróleo
que ha traído a tona la idea de se usar esta
energía comercialmente. En aquel momento, el
coste de la producción de energía fotovoltaica
en Estados Unidos era de US$ 60,00 kW/hora.
Con el desarrollo en laboratorios y el aumento
de la producción, el precio hoy es cerca de US$
0,30 kW/hora, y mismo así esto precio es cinco
veces más alto qué aquellas formas de energía
convencionales. Ésta es una de las razones por
las cuales no se piensa en sustituir por plantas
con paneles solares, haciendo todo el mundo
vivir a través de la luz Solar. La energía
fotovoltaica presenta de manera simples
soluciones mejores para problemas que otras
fuentes de energía habían sido menos
eficientes para resolver.
Concentrador solar Power Tower, en Califórnia, EE.UU.
Fotoeléctrica
Tenidas
antes
como
enredo de
películas de ficción científica, el uso de células
de energía fotovoltaica ha sido inicialmente
medio de alimentación de los satélites
americanos. Hoy, la forma más trivial de esta
energía es encontrada en relojes y calculadoras
solares.
Estas células, láminas finas pequeñas
recubiertas por una capa de décimos de
milímetros de un material semiconductor, como
silicio, consiguen hacer la conversión de luz en
electricidad. Cuando están expuestas a una
fuente de luz (en el caso, Sol), los fotones
(partículas de luz) excitan los electrones del
semiconductor. Con la energía absorbida de los
fotones, los electrones pasan para la banda de
30
Panel de células fotovoltaicas.
En principio de los años 80, la materia
prima de las células fotovoltaicas, el silicio
monocristalino que es muy costoso, tenía grado
de eficacia de 10%. En la fabricación en escala
industrial, este índice creció para 15%. Silicio
monocristalino es un cristal perfecto, con sus
elementos organizados de manera ordenada,
como los apartamentos de un edificio. Es muy
costoso porque es necesaria mucha energía
para
producirlo.
Existe
también
silicio
policristalino, más barato, porque consume
menos energía en su producción, donde los
granos son mayores y más desorganizados,
como si en lugar de un edificio tuviera un
montón de casas traslapadas. El policristalino
gana en factor costo, pero él pierde en
eficiencia: el rendimiento máximo obtenido es
alrededor de 14%.
La idea que mueve los estudios y usos
de energía fotovoltaica no es sustituir toda la
fuente de energía del mundo para Solar. Pero,
los investigadores con los ojos en el futuro
delimitan
grandes
usinas
fotovoltaicas
instaladas en regiones desérticas con grande
insolación. El almacenaje de la electricidad
producida si daría por la producción de
hidrógeno por electrólisis - hidrógeno que
podría convertirse en el siglo próximo en
combustible principal a ser usado por el
hombre. A corto plazo, la energía fotovoltaica
tiene la ventaja de ser autónoma. Se produce y
se consume en el mismo lugar, sin necesidad
de ligarse a redes de distribución de energía.
Una residencia que usa paneles solares podría
hasta vender el exceso de energía que produje.
Brasil hace uso de energía fotovoltaica
desde 1978, cuando la compañía Telebrás
importó la tecnología solar para electrificar una
de sus estaciones retransmisoras en interior de
Goiás. En este mismo tiempo, Marina de
Guerra de Brasil también adoptó el sistema
para electrificación de sus señalizadores y
boyas. A partir de 1980, con la creación de
Heliodinámica, el Brasil no sólo inició la
producción de células solares y paneles, así
como comenzó a exportar las células a países
como India, Canadá, Alemania y EE.UU. Uno de
los proyectos pioneros de Heliodinámica fue la
creación de un sistema fotovoltaico para
bombear agua, establecido en Caicó, Rio
Grande do Norte, en 1981. Los agricultores de
una finca situada en interior empezaran a
disponer de agua para la plantación.
A pesar de lentamente, el sistema ha
llegado a otros lugares de la región Nordeste y
hasta mismo a Isla de Marajó, donde allá de
irrigar la tierra, abastece bebedores de agua
para el consumo ganadero. En el Pantanal
Matogrossense, muchas fincas están equipadas
con células solares. Sólo que en estos lugares
alimentan sistemas de radiocomunicación,
refrigeración, iluminación, televisiones y la
recepción de señales vía satélite para las
antenas parabólicas. Es una opción mucho más
barata en largo plazo de que hacer llegar hasta
allí la red eléctrica, o mismo proveer energía
utilizando generador a diesel. Pero la inversión
inicial para la implantación de los paneles sigue
siendo más grande del que aquella exigida para
la energía convencional, lo qué limita su uso en
proyectos auspiciados por el gobierno o a
particulares que tiene una renda más elevada.
Aunque todo el país tiene un clima
propicio al uso de la energía fotovoltaica, la
región Nordeste es aquella que mejor si adapta
su uso, por tener mucho brillo del Sol y
deficiencia de la energía instalada. El uso más
importante, pero, es proveer energía en los
lugares aislados, distantes de las redes
eléctricas, qué en largo plazo puede significar
una solución para los países subdesarrollados.
Los factores vitales que afectan las
características eléctricas en un panel son
intensidad luminosa y temperatura de células.
La corriente generada en los módulos aumenta
de manera linear con la crecida de intensidad
luminosa. Pero, el aumento de temperatura en
la célula hace con que la eficacia del módulo
baje reduciendo así los puntos de operación en
la potencia máxima creada.
Energía Eólica
En el Occidente, los más viejos
registros del uso de dispositivos eólicos fechan
de 1100, consistiendo de máquinas de eje de
rotación horizontal. Por muchos siglos, estos
dispositivos fueran usados como fuentes de
energía mecánica, usado para bombear agua y
en molinos de granos. De siglos XI al XIX, las
energías eólica e hidráulica eran las únicas
fuentes de energía mecánica, siendo que
solamente durante el siglo XIX habían sido
substituidas gradualmente por máquinas a
vapor y por motores de combustión.
Aunque
algunos
arquetipos
de
generadores eólicos de electricidad ya existían
desde la década de 1950, fueran las crisis del
petróleo de 1973 y 1978 que habían llevado a
la creación de programas de subsidio y de
investigación de conversión eólico-eléctrica en
algunos países. El renacimiento de la energía
eólica ocurrió en Dinamarca en 1980, cuando
varias compañías pequeñas, fabricantes de
máquinas agrícolas, desarrollaran la primera
generación de turbinas eólicas para el uso
comercial. La energía consumida por el
propietario directamente no fue proveída para
la red, comprada por un precio firme. EE.UU.
también había iniciado una inserción fuerte de
la energía eólica alrededor de 1980, pero por
31
razones político-económicas dejaran de invertir
en nuevas instalaciones al largo de esta
década, volviendo a tomar su crecimiento
solamente en el final de la década de 1990.
Alemania, actualmente es el que tiene la más
grande de capacidad instalada, no presentó
expresivas inversiones en el sector hasta el año
de 1991. Con la creación de leyes de incentivo
de este recurso de la energía, entonces asumió
la dirección mundial en la generación de
energía
eólico-eléctrica.
España
tuve
crecimiento rápido a partir de 1998 y hoy
figura como el país con la segunda capacidad
instalada más grande del mundo, excediendo
los EE.UU. Otros países que presentan elevadas
tasas de crecimiento son Reino Unido, India y
China.
Como principios básicos, tenemos que
el movimiento del aire atmosférico es
primariamente generado por los gradientes de
presión existentes en la atmósfera. Sin
embargo, la dirección, la velocidad y las
aceleraciones del movimiento son determinadas por un equilibrio de fuerzas:
- fuerzas de gradientes de presión;
- gravedad;
- fuerzas de rozamiento;
- fuerza de Coriolis (oriunda de la
rotación de la Tierra).
como
parametrizaciones
que
determinan
condiciones de contorno, forzantes y balances
entre la atmósfera y sus fronteras.
A
denominación
“viento”
es
normalmente se utiliza para los movimientos
horizontales de las parcelas de aire. En altos
niveles el viento puede ser razonablemente
bien representado por las aproximaciones
geostrófica y de viento gradiente, donde
ignorase el rozamiento y supone que el viento
es decurrente solamente del equilibrio entre las
fuerzas de gradientes de presión y la fuerza de
Coriolis. Así, dado un campo de presión, puede
fácilmente estimar de forma aproximada las
direcciones de las corrientes de aire y las
velocidades del viento. En lenguaje técnica de
energía eólica, el viento de altos niveles es
denominado como “viento geostrófico”.
Desde 1980 las turbinas eólicas experimentaran un crecimiento rápido en tamaño y
potencia de generación. Las primeras turbinas
dinamarquesas tenían diámetros de 10 hasta
15 metros y capacidades de generación de 30
hasta 55 kW. Actualmente, las turbinas
comerciales poseen capacidad de 2,5 MW y
diámetros de 80 metros.
Durante las décadas pasadas, más allá
de la cuestión del tamaño y de la energía,
algunos aspectos habían sido tomados en
cuenta en la evolución tecnológica de los
aerogeradores:
- rotores de 2 o 3 palas;
- velocidad de rotación constante o variable;
- control por stall o por pitch;
- generador de inducción (asíncrono) o
síncrono;
- con o sin caja de reducciones;
- palas de madera, metal o fibra de vidrio;
- conexión directa a la red o conversión ACDC-AC;
- actuadores hidráulicos o eléctricos.
Imagen de una finca eólica.
Otros factores influencian los movimientos de aire, como la compresibilidad,
intercambios de energía con la superficie,
energía provenida de cambios de fase del vapor
d agua, entre otros.
Así, el modelaje matemática de los
movimientos atmosféricos es realizado por un
conjunto de ecuaciones, que utilizan la
conservación de momento, de masa (ecuación
de continuidad) y energía termodinámica, así
34
Crecimiento de tamaño y capacidad de los generadores
eólicos.
Cada uno de estos aspectos, y la
reunión de cada uno de estas opciones en
conjunto que compone una turbina, influencian
directamente en su funcionamiento y el uso,
llevando a diferentes respuestas del sistema de
generación en relación a la velocidad del viento
disponible. En el control de velocidad por stall
las palas están fijadas al rotor, y la velocidad
de
rotación
es
limitada
sólo
por
el
despegamiento aerodinámico del aire en las
palas para velocidades altas (turbinas de este
tipo poseen una parte móvil en la extremidad
de las palas – tip spoiler - para frenarlas
cuando son necesarias). En el control de
velocidad por pitch las palas pueden cambiar su
ángulo de ataque con relación al viento, de
manera a evitar velocidades extremas de
rotación y para un beneficio aerodinámico
mejor. Los generadores asincrónicos producen
una frecuencia de tensión fija, para una cierta
faja
de
velocidades
de
rotación.
Los
generadores síncronos poseen su frecuencia
sincronizada con la velocidad de rotación y,
para producirse en una única frecuencia,
tendrían que girar en una misma velocidad.
Las turbinas eólicas son instaladas en
alturas cada vez más grandes, ya alcanzando
100 m. Como ejemplo, los 75 aerogeradores
del complejo eólico de Osório, litoral norte de
Río Grande do Sul, cada uno con 2 MW, palas
de 35 m de largo (70 m de diámetro) y peso de
100 ton, son apoyados por torres de concreto
de 98 m de altura y pesan 810 ton. Las
fundaciones de las torres poseen de 20 hasta
30 m de hondura, consumiendo 600 m cúbicos
de concreto y 60 ton de hierro. (Este parque es
el mayor de Latinoamérica). Otros estados,
como Ceará, también poseen parques eólicos
en operación. También hay Turbinas Off-shore,
instalaciones en el agua, donde el rozamiento
existente en la superficie es menor, llevando a
mayores velocidades en pocas alturas. Es un
área en grande avance tecnológico (Alemania,
Dinamarca y Reino Unido).
Levantamiento de Recursos
Muchas fases preceden a la instalación
de un generador, finca eólica o mismo la
implantación de colectores solares. Antes de
cualquier cosa, hace necesario levantar cuales
son las regiones que mejor vendría soportar las
instalaciones de generación, es decir, las
regiones con disponibilidad del viento y
cantidad sostenible de radiación solar para
estos fines. En esta etapa, son de gran
importancia los atlas eólicos y solares
La medida de la radiación solar, tanto
el componente directo como el componente
difuso en la superficie terrestre es de gran
importancia para los estudios de la influencia
de las condiciones climáticas y atmosféricas.
Con un histórico de estas medidas, pueden ser
viables las instalaciones de los sistemas
térmicos y fotovoltaicos en una región
determinada que garantiza la explotación
máxima a través al largo del año donde, las
variaciones de intensidad de radiación solar
sufren alteraciones significativas.
Según las normas preestablecidas por
OMM (Organización Mundial de Meteorología)
son establecidos límites de precisión para 4
tipos de instrumentos: de referencia o
estándar, instrumentos de primero, segunda y
tercera clase. Las mediciones estándares son:
radiación global y difusa en plan horizontal y
radiación directa normal.
Los instrumentos que se utilizan para
estas medidas son los piranómetros (miden la
radiación global), piroheliómetros (miden la
radiación directa), heliógrafos (registran la
duración del brillo solar), actinógrafos (miden
la radiación global), entre otros. Por otra parte,
los modelos también se pueden utilizar para la
creación de Atlas del potencial radiométrico
De una manera similar, llevando en
cuenta aspectos de relevo, vegetación,
existencia de construcciones y mismo la
experiencia técnica, las fincas pequeñas son los
locales elegidos que podrán tener estaciones de
medida de viento. Con base de estas medidas,
en los datos de relevo y de los modelos locales,
puede ser establecido los puntos donde el
viento alcanza condiciones excelentes en esa
área, bien como si puede verificar la
variabilidad del viento al largo de días y año.
Entonces se sigue, conduciendo la
estimación del potencial de generación de la
energía, calculándose la viabilidad y época de
retorno del proyecto. Sólo entonces, el
proyecto de las turbinas específicas para el
local se inicia. Se tomados en cuenta aspectos
económicos, logísticos (existencia de redes de
transmisión), de la seguridad (ocurrencia de
condiciones meteorológicas severas) etc. El
proyecto comprende no sólo las turbinas
propiamente
dichas,
pero
también
las
fundaciones, torre, dispositivos del control etc.
Después de la instalación del sitio es
necesario disponer de pronósticos de tiempo a
corto plazo, buscando la operación de la finca
eólica con eficacia y seguridad máximas, así
como para proveer a la agencia de operación
35
del sistema eléctrico información sobre la
cantidad de energía que estará disponible en
las próximas horas o los días, teniendo como
objetivo un planeamiento mejor
Los
pronósticos
de
largo
plazo
(climático) permiten prever de antemano la
escasez de recursos eólicos, a través de
determinación previa de relaciones entre viento
y variables climáticas. Así, puede ser dicho que
el modelaje del viento para el sector eólico
posee dos abordajes bastante distintos:
modelaje para la estimación del potencial eólico
y los pronósticos del viento.
representa una fuente complementaria al
sistema eléctrico de gran porte que está
conectado. Todo el arreglo está conectado en
inversores y luego conectado directamente en
la red. Estos inversores deben satisfacer los
requisitos de calidad y seguridad para no
afectar la red. Estas son aquellas más
conocidas y utilizadas actualmente, que habían
aparecido cuando no tenía la preocupación con
el medio ambiente, y ni la tecnología para
recoger la energía de fuentes alternativas.
¿E los Usos de estos Sistemas?
Los usos se relacionan con sus
clasificaciones.
Sistemas
aislados
utilizan
generalmente
una
cierta
forma
de
almacenamiento de energía. Este almacenaje
se puede hacer a través de baterías, cuando si
desea utilizar los equipos eléctricos, o se
almacena
bajo
la
forma
de
energía
gravitacional cuando el agua para los tanques
en sistemas de abastecimiento se bombea.
Algunos sistemas aislados no necesitan
almacenaje, la cuál es el caso de la irrigación
donde toda el agua bombeada se consume
directamente o almacenadas en depósitos.
En los sistemas que necesitan el
almacenaje de la energía en baterías, un
dispositivo se utiliza para controlar la carga y la
descarga en la batería. Los sistemas híbridos
son los que se separan de la red convencional,
y presentan varias fuentes de generación de la
energía.
Por
ejemplo,
turbinas
eólicas,
generación diesel, módulos fotovoltaicos entre
otras. El uso de algunas formas de generación
de la energía eléctrica llega a ser complejo en
la necesidad de optimización del uso de las
energías. Un control de todas las fuentes es
necesario de modo que tenga eficacia máxima
en la entrega de la energía para el usuario. Los
sistemas híbridos se utilizan generalmente para
los sistemas de porte medio a grande
atendiendo un número más grande de
usuarios. Por trabajar con cargas de corriente
continua, el sistema híbrido también presenta
un inversor. Debido a la gran complejidad de
arreglos y la multiplicidad de opciones, la forma
de optimización del sistema es necesario un
estudio particular para cada caso.
Ya los sistemas Interconectado a la
Red, utilizan una gran cantidad de paneles
fotovoltaicos, y no utilizan almacenamiento de
energía; toda la generación es entrega
directamente en la red. Este sistema
34
Esquema de interconexión de redes.
Todos hablan en Protocolo de Quioto... ¿Pero
usted sabe lo que él realmente propone?
El Protocolo de Quioto es consecuencia de una
serie
de
eventos,
Conference
on
the
iniciados
con
la
Toronto
Changing
Atmosphere,
en
Canadá (octubre de 1988). Después, el IPCC's
First Assessment Report em Sundsvall, Suecia
(agosto de 1990), y culminó con Convención
Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio
Climático (UNFCCC) en la ECO-92 en Rio de
Janeiro,
Brasil
(junio
de
1992).
También
consolidan diversas secciones de UNFCCC.
Este tratado internacional tiene obligaciones
más rígidas para reducción de emisión de gases
que influyen en el efecto invernadero y en el
calentamiento global. Fue negociado en Quioto
(Japón en 1997), siendo abierto para firmas en 16
de marzo de 1998 y ratificado en 15 de marzo de
1999. Oficialmente, entró en vigor en 16 de
febrero de 2005, después que Rusia lo ratificó en
Noviembre de 2004.
Los países desarrollados tienen la obligación
de reducir la cantidad de gases contaminantes en,
por lo menos, 5,2% hasta 2012, con referencia a
los niveles de 1990. Los países signatarios tendrán
que poner en práctica los planos para reducir las
emisiones entre 2008 y 2012.
Biocombustibles
Éstos son los combustibles que utilizan
como materia prima elementos renovables para
la naturaleza, como caña de azúcar, usada para
la fabricación del alcohol, y de otras biomasas,
como mamona y maíz. Mezclado al Diesel
“común”, se convierten en un combustible bien
menos contaminador, pudiendo sustituir parte
de lo que sería emitida por combustibles fósiles
o el carbón mineral.
em Brasil a base de zumo extraído de caña de
azúcar. Hay países que emplean maíz, celulosa
y remolacha para su producción. El uso de
etanol tiene ventaje sobre el metanol (cuando
este alcohol se consigue de los derivados de
petróleo) por ser menos contaminante.
Etanol Celulósico
Etanol Celulósico es el etanol obtenido
a partir de un elemento específico de biomasa,
la celulosa. Tiene dos procesos principales para
producirlo. En un de ellos la celulosa es
sometida al proceso de hidrólisis enzimático,
utilizando una enzima llamada celulase. El otro
proceso, que se utiliza con menos frecuencia,
es compuesto por la sucesiva ejecución des
tres
fases
siguientes:
gasificación,
fermentación y destilación.
Biodiésel
Bio-Óleo
Bio-óleo es un líquido negro obtenido
por medio del proceso de pirolisis, donde la
biomasa es sometida a temperaturas altas en
un ambiente aislado con poco o nada de
oxígeno. Es utilizado principalmente como
combustible para calefacción y la generación de
energía eléctrica.
Biogás
Biogás es un tipo de mezcla gaseosa
de dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4)
producida en medio anaeróbico por acción de
bacterias en la descomposición de sustancias
orgánicas,
que
son
fermentadas
con
determinados
límites
de
temperatura,
contenido de humedad y de acidez. El metano,
componente principal de biogás, no tiene
olores, color o sabor, pero los otros gases
presentes confieren un olor torpe rápido a él.
Biomasa para Líquido
Tratase de un líquido obtenido en dos
etapas. Primero un proceso de gasificación es
realizado, cuyo producto es sometido al proceso de Fischer-Tropsch. Puede ser empleado
en
la
composición
de
lubrificantes
y
combustibles líquidos para el uso en los
motores del ciclo diesel.
Bioetanol Común
Bioetanol es la clase que comprende
todos los procesos de obtención de etanol cuya
materia-prima usada es la biomasa. Se produce
Biodiésel es un combustible que tiene
como materias-primas etanol (en vez de
metanol) y un aceite cualquier de origen
vegetal (mamona, dende y soya) o animal
(como sebo). Él es usado en sustitutos total o
parcial del diesel de petróleo (petrodiésel).
Biodiésel es predominantemente producido a través de una reacción química
llamada transesterificación de triglicerídeos
(aceites o grasas vegetales o animales) con
alcohol de cadena corta (metanol o etanol),
teniendo
glicerina
y
el
jabón
como
subproductos.
La
reacción
de
transesterificación es catalizada por ácido o
base, dependiendo de las características del
aceite y/o grasas usadas. También puede ser
producido de cualquier fuente de ácidos grasos,
allá de aceites y grasas vegetal o animal. Los
residuos grasos también aparecen como
materias
primas
para
producción
de
combustible. En esta dirección, se pueden citar
los aceites de frituras, lodo del refinamiento,
sustancia grasa de las alcantarillas, aceites o
grasas vegetal o animal sin especificación,
ácidos grasos etc.
Mire que biodiesel no es lo mismo que
el aceite vegetal bruto: es un combustible
producido con un proceso químico que quita
glicerina, dañosa al motor, del aceite vegetal.
Se utilizan notaciones abreviadas
definidas como BX, donde X es el porcentaje
por volumen de biodiésel en la mezcla. Así: B5,
B20 y B100 son notaciones donde el
combustible tiene concentraciones de 5%, 20%
y 100% biodiésel (puro)
35
Fueran citados:
Amarante, O. A. C. do, Brower, M., Zack, J., Sá, A.
L. de. Atlas do Potencial Eólico Brasileiro.
Ministério de Minas e Energia, Eletrobrás. Brasília,
2001.
BEN 2007, ano base 2006 – Ministério de Minas e
Energia: Disponível em www.mme.gov.br;
Energia Eólica (explicações sobre geradores
assíncronos e síncronos). Acesso on-line:
http://www.unificado.com.br/fisica/energia_eolica.
htm, 27 de agosto de 2006.
Gasch, R., Twele, J. (Eds.), Wind Power Plants:
Fundamentals,
Design,
Construction
and
Operation. Solarpraxis AG, Alemanha, 390p.,
2002.
Geller, Howard S. Revolução energética: políticas
para um futuro sustentável. Rio de Janeiro, 2003.
Goldemberg, J. Energia, Meio Ambiente e
Desenvolvimento, 2. ed. São Paulo: Editora da
Universidade de São Paulo, 2003.
GWEC – Global Wind Energy Council, Global Wind
2005 Report, 50p., 2006.
Holton, J. An Introduction to Dynamic Meteorology,
Third Edition. Academic Press, San Diego, 511 p.,
1992.
International Energy Outlook 2006 - US Energy
Information
Administration:
Disponível
em
http://www.eia.doe.gov/
Para Conocer Más:
Agência Nacional de Energia Elétrica:
www.aneel.gov.br
Empresa de Pesquisa Energética:
www.epe.gov.br
Energias Alternativas:
http://www.geocities.com/capecanaveral/5534/ind
ex.htm
Meio Ambiente no Brasil – Paulo Nogueira Neto:
http://www.mre.gov.br/cdbrasil/itamaraty/web/po
rt/meioamb/sitamb/enhidro/apresent.htm
Organização Greenpeace:
www.greenpeace.org.br
Petrobrás:
www.petrobras.com.br
Programa Nacional de Biodiesel:
www.biodiesel.gov.br
Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia:
www.inpa.gov.br
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