Conversión de Energía y Tecnologías de Eficiencia Energética

Clasificación de Sistemas de Conversión de Energía

• Mec-Mec: Pistón
• Mec-El: Turbina
• Mec-Ter: Fricción
• El-Mec: Motor eléctrico
• El-El: Transformador
• El-Ter: Resistencias eléctricas
• El-Q: Electrólisis
• El-Nuc: Acelerador de partículas
• El-Eol: Ventilador
• Ter-Mec: Máquina térmica
• Ter-El: Termopar
• Ter-Ter: Intercambiador de calor
• Q-Mec: Motor térmico
• Q-El: Batería
• Q-Ter: Quemadores
• Q-Q: Recuperador de calor
• Nuc-El: Reactor nuclear
• Nuc-Ter: Reactor nuclear
• Eol-El: Aerogenerador
• Sol-El: Fotovoltaica
• Sol-Ter: Colectores solares
• Sol-Q: Fotosíntesis

Medidas de Ahorro Energético

1. Tecnologías Horizontales

• 1.1 Motores eléctricos
• 1.2 Variaciones de frecuencia: Regulan la velocidad de giro mediante recirculación, marcha-paro, estrangulamiento o variación de frecuencia.
• 1.3 Aire comprimido
• 1.4 Aislamiento térmico
• 1.5 Iluminación

2. Procesos Productivos

• 2.1 Sistemas térmicos (calderas, hornos): Recirculación de gases de chimenea, aprovechamiento del calor residual (intercambio de calor de gases que entran y salen sin mezclarse), mejoras en la combustión.
• 2.2 Intercambiador de calor:
  • Contacto directo: Aire-agua intercambian calor sin mezclarse.
  • Acumuladores: Un fluido calienta un sólido y, posteriormente, pasa otro fluido frío que se calienta.
  • Recuperadores: Flujo cruzado (el fluido calienta placas metálicas y otro fluido adquiere ese calor), refrigeración-calentamiento (carcasa rodea tubos para refrigerar y calentar dos líquidos sin mezclarse), placas (circulación a contracorriente alternando caliente y frío).

Equivalencias y Unidades de Energía

1 kWh = 3,6 MJ | 1 kWh = 1000 Wh | W = J/s | 1 MWh = 3,6 · 10^5 kcal | 1 MWh = 1000 kWh | 1 kWh = 1 Nm³ | 1 kWh = 3600 kJ | 1 kWh = 3,6 · 10^6 J | 1 kg = 10213 kcal | 1 kcal = 4,19 · 10^3 J | 1 cal = 4,19 J | cp: 1 cal/gºC = 4180 J/kgºC

Tecnologías de Generación Eólica y Solar

Aerogeneradores

• Detención: Mediante el control de paso de las palas, modificando su ángulo de ataque para disminuir al mínimo el empuje aerodinámico y el giro del rotor, seguido de un freno mecánico.
• Aerogenerador vertical: Perpendicular al suelo, velocidades pequeñas (lentos), sin mecanismos de control complejos, soportan menos esfuerzo, no deben desconectarse a velocidades altas, menor rendimiento y generan poca energía.
• Aerogenerador horizontal: Eje paralelo al suelo, aprovecha mejor el viento (a gran altura hay menos rozamiento), más rápido, dimensiones muy grandes, grandes esfuerzos mecánicos (necesidad de desconectarse a velocidades altas para evitar daños).

Colector Solar Plano

Componentes: Cubierta de vidrio (alta transmitancia, baja reflectancia, capa doble que limita pérdidas por radiación), placa absorbente (no transmisiva, capta energía en forma de calor, antirreflectante, alta absorción), tubos captadores (en contacto con la placa, el fluido caloportador enfría la placa por convección), base aislante (protege contra golpes, baja conductividad, ej. lana de roca).

• Tipos: Baja temperatura (t < 40ºC, sin cubierta de vidrio, sin efecto invernadero, económico), media temperatura (40-70ºC, con cubierta de vidrio, efecto invernadero, baja o alta selectividad) y alta temperatura (70-100ºC, tubos de vacío, muy eficientes).
• Funcionamiento: La radiación solar (onda corta) atraviesa el vidrio, la placa absorbe la radiación y se calienta, el calor pasa por conducción a los tubos, el fluido se calienta y transfiere energía. La placa emite infrarrojos (onda larga) que el vidrio retiene (efecto invernadero).

Célula Solar de Silicio

Es la más utilizada. Tipos: monocristalino (estructura cristalina muy pura), policristalino (estructura menos definida y composición menos pura) y amorfo (menos puro y estable).

Estructura: Grilla (metálica superior de contacto), semiconductor tipo N (capta electrones), zona de carga espacial (forma el campo eléctrico que dirige electrones a la parte superior y huecos al interior), semiconductor tipo P (unido al contacto positivo con una grilla metálica inferior para cerrar el circuito).