Fuentes de Energía Renovables y No Renovables: Tipos, Procesos y Funcionamiento

Energías no renovables

Las energías no renovables son aquellas que se encuentran en cantidades limitadas en la naturaleza y que, una vez consumidas o agotadas, no pueden volver a obtenerse ni regenerarse a escala humana. Entre ellas destacan los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y la energía nuclear.

Combustibles fósiles

• El carbón: Es un combustible fósil originado a partir de la descomposición y fosilización de restos vegetales (madera y materia orgánica) acumulados durante millones de años. Habitualmente se extrae de yacimientos subterráneos. Se clasifica, según su antigüedad, porcentaje de carbono y poder calorífico, en cuatro tipos principales: antracita, hulla, lignito y turba.
• El petróleo: Es un combustible fósil natural de consistencia oleosa, compuesto por una compleja mezcla de hidrocarburos y, en menor proporción, por compuestos de azufre, oxígeno y nitrógeno. En los yacimientos o pozos petrolíferos se distribuye comúnmente en tres estratos:
  • Parte superior: Se concentra el gas natural y otros hidrocarburos en fase gaseosa.
  • Parte inferior: Capa de agua salada sobre la que reposa el crudo debido a la diferencia de densidad.
  • Límites laterales y techo: Formados por roca impermeable y depósitos de sal que actúan como trampa geológica.

Refinerías de petróleo y destilación fraccionada

En las refinerías, el petróleo crudo se separa en diferentes fracciones según sus puntos de ebullición:

• Fuelóleo: Fracción pesada obtenida a temperaturas en torno a los 340 °C.
• Gasóleo: Obtenido aproximadamente a 300 °C.
• Petróleo refinado / queroseno: Extraído en el rango de 200 °C a 250 °C.
• Gasolina: Destilada a temperaturas cercanas a los 100 °C.
• Butano: Fracción gaseosa condensable a 40 °C.
• Propano y gases ligeros: Fracciones más volátiles que se extraen a temperaturas más bajas en la parte superior de la torre.

Existen también otros combustibles que no derivan directamente del refino del crudo petrolífero:

• Gas de ciudad: Gas sintético obtenido principalmente en hornos de coquización (coquerías).
• Gas pobre: Mezcla gaseosa obtenida por gasificación de carbón o biomasa.
• Acetileno: Hidrocarburo gaseoso de alto poder calorífico obtenido a partir de carburo de calcio o craqueo.

Energía nuclear

La energía nuclear es aquella que se desprende de los núcleos de ciertos átomos cuando se provocan determinadas reacciones nucleares.

Reacción nuclear de fisión

La fisión nuclear se aprovecha industrialmente para la generación de electricidad y como sistema de propulsión en submarinos militares. Consiste en inducir la ruptura del núcleo de átomos pesados, principalmente uranio enriquecido (isótopo U-235) o plutonio (Pu-239), que son los dos principales isótopos fisionables.

El proceso se desencadena cuando un neutrón colisiona a velocidad adecuada contra el núcleo atómico pesado, provocando su fragmentación en dos núcleos de menor masa. Esta rotura libera de forma simultánea tres neutrones adicionales (que pueden mantener una reacción en cadena) y una gran cantidad de energía térmica (calor).

Componentes principales de un reactor nuclear

• Tubos de acero inoxidable: Vainas herméticas donde se introduce y contiene el combustible nuclear.
• Moderador: Medio material (agua ligera, agua pesada o grafito) encargado de reducir la velocidad cinética de los neutrones para facilitar nuevas fisiones.
• Barras de control: Elementos absorbentes de neutrones (de materiales como cadmio o boro) cuya función es regular el número de fisiones por unidad de tiempo y, por ende, la potencia global del reactor.

Energías renovables

Energía hidráulica

La energía hidráulica es la que se obtiene del aprovechamiento del agua que fluye por los cauces fluviales o que se encuentra retenida a cierta cota de altura en un embalse.

Cadena de transformación energética

El proceso de transformación se realiza a través de las siguientes etapas:

Energía potencial (agua almacenada en altura) → Energía cinética (agua circulando a presión por tuberías forzadas) → Energía cinética de rotación (giro inducido en los alabes de la turbina) → Energía eléctrica (generada en el alternador).

Esquema físico de la instalación: Embalse → Tuberías → Turbina → Alternador.

Tipos principales de presas

• Presa de gravedad: Su propia masa y peso contrarrestan por completo el empuje horizontal hidrostático del agua. Suelen presentar una geometría recta o ligeramente cóncava aguas arriba.
• Presa de bóveda: Su diseño en arco curvado y convexo hacia el embalse transmite la fuerza y el empuje del agua hacia las laderas rocosas de las montañas laterales.

Aprovechamiento de la energía solar

Captadores solares térmicos planos

Dispositivos orientados a la captación directa de la radiación solar para calentar un fluido térmico:

• Aproximadamente 35 °C (sin aislamiento térmico): Empleados comúnmente para la climatización de piscinas y precalentamiento de agua sanitaria.
• Aproximadamente 60 °C (con cubierta y aislamiento de vidrio): Utilizados de manera habitual para sistemas de agua caliente sanitaria (ACS) y apoyo a calefacción doméstica.
• Aproximadamente 120 °C (con tubos de vacío como aislamiento): Diseñados para abastecer procesos térmicos industriales de media temperatura.

Centrales solares termoeléctricas de torre y heliostatos

Estas instalaciones están formadas por un amplio campo de heliostatos (espejos móviles de grandes dimensiones) orientados automáticamente para reflejar y concentrar la luz solar hacia una caldera situada en lo alto de una torre central. En la caldera, el calor es absorbido por un fluido caloportador que alimenta un generador de vapor. El vapor a presión acciona un grupo turbina-alternador produciendo energía eléctrica. Finalmente, el vapor condensado en un aerocondensador se recircula de nuevo al circuito.

Placas solares fotovoltaicas

Cada módulo solar fotovoltaico está constituido por un ensamblado de células solares fabricadas principalmente con láminas semiconductoras de silicio. Cuando los fotones de la luz solar inciden sobre el semiconductor, liberan electrones y originan una diferencia de potencial eléctrico de aproximadamente 0,58 V entre sus bornes. Al asociar estas células en serie dentro del panel fotovoltaico, se obtiene una configuración comercial típica de salida de 18 V y una corriente continua con una intensidad aproximada de 2 A.