1 Cap. 15 Fuentes de energia alternativas

2 Produccion mundial de energia (2001)

3 Fig. 14.4 Consumo mundial de energia - historico y proyectado al 2020 (aumento de ~60%)

4 Fuentes de energia alternativasEnergia geotermica Energia solar Energia hidroelectrica Energia mareal Energia eolica Biomasa Energia nuclear

5 Energia geotermica (geothermal power)Interior de la Tierra es muy caliente Fuente abundante de calor y agua caliente Magma ascendiendo a la corteza trae abundante calor hacia arriba como energia geotermica Calor escapando del magma calienta el agua subterranea y el agua circula convectivamente Areas geotermicas en o cerca de bordes de placas

6 Fig. 14.19 Energia geotermica se usa extrayendo (tapping) el agua subterranea caliente que circula

7 Plantas de energia geotermica alrededor del mundo

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9 Cont. Energia geotermicaAplicaciones de energia geotermica Circulando agua geotermica a traves de edificios y casas, para calefaccion Usar agua geotermica caliente para aumentar la T de otra agua y reducir el costo de su calentamiento Consideraciones ambientales Algunas localidades tienen gases de S en los fluidos geotermicos Otros elementos quimicos pueden estar presentes que pueden tapar (clog) sistemas de circulacion geotermica

10 Fig Complejo de energia The Geysers, CA – facilidad mas grande en el mundo (rocas alteradas hidrotermalmente son expuestas)

11 The Geysers, norte de CA

12 Cont. Energia geotermica: LimitacionesMayoria de campos geotermicos tienen vidas (lifetimes) limitadas – rocas conducen calor pobremente Campos geotermicos son estacionarios y la energia geotermica no pude contribuir a usos como la transportacion No muchas areas geotermicas son buenas (suitable) para produccion de energia

13 Pais compuesto de rocas volcanicas geologicamente jovenes - >45% de la energia procede de fuentes geotermicas

14 Geysers, Yellowstone National Park

15 Geysers del Tatio, Desierto de Atacama, ChileCampo geotermico mas grande del hemisferio sur, y tercero en el mundo (8% de los geysers del mundo), despues de Yellowstone y Dolina Giezerov (Rusia)

16 Energia solar Abundante energia solar alcanza la superficie terrestreGratis, limpia y un recurso renovable Limitaciones: latitud y clima Calentamiento solar pasivo (ej. ventanas que miren al sur) activo (ej. calentadores solares en techos) Electricidad solar Celulas fotovoltaicas (solares, photovoltaic cells) – convierten energia solar directamente en electricidad, eficiencia en el presente de ~20% Fuente de energia para satelites, transbordador espacial

17 Numbers are Watts per square meterFig Distribucion de energia solar en E.U. Maxima insolacion en el suroeste. Numbers are Watts per square meter watts/m2

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

19 Fig b Diseno de casas y terrenos puede optimizar el uso del sol en climas mas frios y proveer proteccion del sol en verano

20 Fig c Sistema de calentamiento solar activo, con bomba para circular el agua entre el colector y el tanque de intercambio y almacenamiento de calor

21 Fig (A) Celulas solares para operar equipo de comunicaciones en zonas remotas, (B) espejos parabolicos enfocan energia solar Good in remote areas, but this isn’t where many people live…

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

23 Energia hidroelectrica (hydropower)Caida y flujo del agua - fuente de energia durante siglos Energia hidroelectrica produce ~3% del requerimiento de energia en E.U. Tipicamente se construye una represa (dam) en una corriente (rio) y el caudal (descarga) es regulado para producir electricidad Energia hidroelectrica es limpia y no contamina Es renovable mientras los rios tengan agua fluyendo – la sedimentacion excesiva limita el uso y le disminuye el tiempo de vida a las represas

24 Plantas Hidroelectricas – concentradas donde el flujo de corrientes es abundante

25 Plantas Hidroelectricas - PR

26 Planta hidroelectrica Lago Dos BocasFoto aérea: Juan Rivera Edificio de la planta generatriz y la subestación eléctrica Cuarto de máquinas

27 Limitaciones de energia hidroelectricaReservas tienden a: Sedimentarse (silt up) Aumentar area de superficie (surface area) expuesta a la evaporacion Destruir habitats, ej. salmon Propensar terremotos (muchas veces contruidas en zonas de fallas) Ser caras para construir Reservas son fuentes estacionarias de energia

28 Energia mareal (tidal power)Energia creada por la subida y bajada continua del oceano: mareas Se construye una represa a traves de la boca de una bahia o un estuario (cuerpo de agua abierto al mar) en un area costera que tenga un gran intervalo mareal Fuerte flujo de entrada y salida se usa para impulsar turbinas y generadores electricos Desventaja: no se puede usar en todas las costas (intervalo de mareas tiene que ser ≥8 m, y se necesitan bahias estrechas y encerradas)

29 Diagrama de una represa marealDiagrama de una represa mareal. Electricidad se genera solo cuando hay una diferencia de altura de agua suficiente entre la bahia y el oceano.

30 Energia eolica (wind energy)Recurso de energia limpio y renovable Muchas mejoras tecnologicas han aumentado la produccion de energia de los molinos Areas de mejor potencial para generacion de viento tienden a estar lejos de centros poblacionales Granjas eolicas (wind farms)-operaciones a gran escala Se espera en los proximos años podria satisfacer ~5-10% de demanda de energia electrica en E.U. Dificultades: (1) necesidad de areas grandes remotas, (2) viento es intermitente, (3) aun es costosa

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

32 Biomasa (biomass) Biomasa = masa total de todos los organismos que viven en la Tierra Combustibles de biomasa: madera, papel, desperdicios de cosechas (material de desperdicions descartado) y otros desperdicios combustibles – quemados como combustible para producir energia Al quemarse producen CO2 – contaminacion, pero es un recurso renovable

33 Cont. Biomasa Alcohol, como combustible, es producido de granos, como el maiz Mezclado con gasolina para formar “gasohol” (90% gasolina + 10% alcohol) Uso de gasohol extiende un poco abastecimiento de gasolina – proporcion puede ser modificada pero se necesitarian cambios en los autos ‘super unleaded’ y ‘super unleaded with ethanol’ gasohol es mas limpio al quemar, pero eficiencia es mas baja que la de la gasolina regular Problemas por necesidad de maiz – comida vs. produccion de combustible, afecta precio de productos

34 Alcohol como combustiblePor: Wilson Ramirez

35 Energia nuclear - FisionFision (fission) – romper un atomo libera energia Actualmente comercialmente adecuado (feasible) Uranio-235 (U-235) sirve de combustible (fuels up) para la mayoria de los reactores de fision (fission reactors) – se bombardean los nucleos de los atomos pesados con neutrones

36 Cont. Energia nuclear - FisionReaccion en cadena controlada: liberacion continua y moderada de energia (se emiten neutrones y energia calorifica, que a su vez bombardean nucleos de atomos adyacentes) Explosion atomica ocurriria si no se controla reaccion Liberacion de energia calienta el agua en el nucleo (core) de un reactor Energia es transportada desde el reactor y usada para impulsar turbinas de vapor que mueven los generadores electricos

37 Fig. 14.5 Fision nuclear y reaccion en cadena

38 Fig. 14.6 Esquema de reactor de fision nuclear

39 Depositos de uranio 95% del U es encontrado en rocas sedimentarias (o metasedimentarias) Reservas de U generalmente se encuentran en areniscas (sandstones). Tambien en depositos de pláceres en las corrientes de agua.

40 Abastecimiento de combustible nuclearU-235 no es el unico combustible util para reactores de fision - es el unico isotopo que aparece en estado natural y es facilmente fisionable U-238 puede absorver un neutron y convertirse en plutonio-239, que puede ser fisionable U-238 forma 99.3% del U natural (menas de U) Breeder reactor puede maximizar la produccion de otros combustibles radiactivos (ej. plutonio-239, U-238, Th-232) Caro y complejo. No hay ninguno en E.U. actualmente.

41 Fig. 14.7 Ciclo de combustible nuclear

42 Seguridad en reactores nuclearesOcurre liberacion controlada de cantidades menores de radiacion Preocupaciones principales: accidentes y sabotaje Perdida de refrigerante (coolant) en el nucleo del reactor podrian producir un derretimiento (meltdown) del nucleo Podria permitir que el combustible y los materiales del nucleo se derritan en una masa que no se puede manejar y despues migre fuera de la estructura de contenimiento (containment) Liberacion catastrofica de radiacion al ambiente Reactores se deben localizar lejos de fallas activas

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

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45 Fig. 14.12 % de electricidad generada por fision nuclear

46 Tratamiento (handling) de combustible nuclearMineria y procesamiento de mena de U es una amenaza (hazard) Mineros estan expuestos a niveles mas altos de radiactividad Pilas de tailings estan expuestas al clima y el U se mobiliza al ambiente Plutonio es radiactivo y toxico quimicamente Facil convertir en material de armas nucleares U enriquecido (U-238) es un problema de seguridad nacional

47 Desechos (wastes) radiactivosEnergia producida por fision nuclear produce desechos radiactivos Dificiles de tratar Dificil construir lugares de almacenamiento permanente (long-term) y para desechos Desechos producen: cancer, mutaciones y muerte si la exposicion es alta E.U., Europa y Japon estuvieron desechando en el fondo marino hasta 1970 (1.25 billones de curies; 1 curie = 40 billones de particulas radiactivas/segundo) Rusia no paro de hacerlo hasta 1993 Informacion en parte por: Wilson Ramirez

48 Cont. Desechos radiactivosPlantas de energia nuclear son decomisadas una vez las operaciones cesan – proceso costoso Abundante material radiactivo asociado a las plantas - debe ser almacenado permanentemente en algun lugar… y de manera segura Se tienen que aislar por ~250,000 años – tiempo en que materiales radiactivos decaen a niveles seguros Repositorios temporeros y no seguros Han ocurrido derrames muy peligrosos Informacion en parte por: Wilson Ramirez

49 Por: Wilson Ramirez

50 Cont. Desechos radiactivosNuclear Waste Policy Act, 1982 Departamento de Energia (DOE) – responsable de localizar un repositorio geologico seguro Muchos repositorios propuestos Preferido por el DOE al momento: Yucca Mountain, Nevada Por: Wilson Ramirez

51 New Mexico: Waste Isolation Pilot Plant (WIPP)

52 Reactor en PR: Rincon Primera planta nuclear en America LatinaBOiling NUclear Superheater plant (BONUS) Comenzo operaciones en abril primera reaccion en cadena Operaciones terminaron en 1968 Decomisada en , desmantelada en 1974 por razones economicas 2002: inspeccion revelo que no habian riesgos a la salud 2 reactores de este diseno se han construido (mundo) Por: W. Ramirez y A. Cavosie

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54 Fusion nuclear Fusion es una forma mas limpia de energia nuclear que la fision Envuelve combinar nucleos mas pequenos para formar uno mas grande – proceso libera energia abundante Sol es un reactor de fusion gigante (H --- He) H, el material crudo, es abundante Fusion es dificil de lograr con la tecnologia actual

55 Produccion de electricidad en PR (2001)Combustibles fosiles: 99.2% Hidroelectrica: 0.8% Nuclear: 0% Otra: 0% https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/print/rq.html