Fundamentos de Energías Renovables y Propiedades de Materiales: Un Vistazo Completo

Energías Renovables y Sostenibilidad Energética

Concepto de Energías Renovables

Las energías renovables son aquellas fuentes energéticas que no se agotan, es decir, no existe riesgo de que se agoten a medio ni largo plazo. Su uso contribuye significativamente a la conservación del medio ambiente y a la preservación de la salud de las personas, además de evitar la dependencia del petróleo y la inestabilidad de su precio.

Fuentes de Energía Renovable Específicas

Aprovechamiento Hidroeléctrico

El aprovechamiento hidroeléctrico consiste en transformar en energía eléctrica la energía potencial de una masa de agua mantenida a desnivel entre un embalse y la central eléctrica situada aguas abajo. En la central, una turbina acoplada a un generador convierte la energía mecánica de un salto de agua en energía eléctrica.

Partes de una Central Hidroeléctrica:

• Agua embalsada
• Presa
• Reja filtradora
• Tubería forzada
• Conjunto turbina-alternador
• Líneas de transporte de energía eléctrica
• Transformadores

Potencia de las Minicentrales Hidroeléctricas:

La potencia de las minicentrales hidroeléctricas está comprendida entre 1 kW y 5 MW. Para potencias mayores, se consideran ya centrales hidroeléctricas convencionales.

Biomasa: Energía de Origen Orgánico

La biomasa es el conjunto de materia orgánica, tanto de origen vegetal como animal, susceptible de ser utilizada con fines energéticos.

Ventajas de la Obtención de Energía a partir de la Biomasa:

• Tiene un balance neutro de CO2.
• No emite azufre ni nitrógeno (responsables de la lluvia ácida) ni partículas sólidas.
• Procede de materiales residuales (basuras, desechos agrícolas, etc.) que es necesario eliminar.
• Ofrece ventajas para el sector agrícola, ya que los cultivos energéticos pueden sustituir a los cultivos excedentarios en el mercado de alimentos.

Células Fotovoltaicas: Conversión de Luz Solar en Electricidad

Las células fotovoltaicas son elementos encargados de convertir la luz del sol en energía eléctrica. Están hechas de dos láminas muy finas (0,1 mm de espesor) de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino y purísimo. Los paneles solares están constituidos por miles de estas células.

Energía Nuclear de Fusión: El Futuro Energético

La energía nuclear de fusión es la unión de dos núcleos de isótopos de átomos ligeros para producir un núcleo de un elemento más pesado, con el consiguiente desprendimiento de energía. Es el proceso que tiene lugar en las estrellas y, actualmente, se encuentra en fase de investigación. Se considera una energía renovable y no presenta los peligros de contaminación por radiactividad de la energía nuclear de fisión.

Propiedades Fundamentales de los Materiales

Cohesión

La cohesión es la resistencia que oponen los átomos o partículas elementales a separarse unas de otras.

Elasticidad

La elasticidad es la capacidad que tienen los cuerpos de recobrar su forma primitiva cuando cesa la causa que los deforma.

Plasticidad

La plasticidad es la capacidad que tienen los cuerpos de adquirir deformaciones permanentes.

Aleaciones

Una aleación es una mezcla de dos o más elementos, uno de los cuales es un metal, y que presenta carácter metálico.

Metalurgia y Tratamientos Térmicos

Influencia del Tamaño de Grano en Metales

Para lograr un tamaño de grano lo menor posible en metales, se deben considerar los siguientes factores:

• Un enfriamiento rápido tiende a afinar el grano, porque se producen más granos al principio.
• En los procesos térmicos a los que se somete el metal, el tamaño del grano crece con la temperatura.

Tipos de Tratamientos Térmicos en Metales

Los principales tratamientos térmicos aplicados a metales son:

• Recocidos
• Normalizados
• Temples
• Revenidos

Temple y Revenido: Mejora de Propiedades Mecánicas

El temple busca aumentar la dureza y la resistencia de las aleaciones. Consiste en un calentamiento que transforma el acero en austenita. Las variables clave en este proceso son: la velocidad de calentamiento, la temperatura límite y la permanencia a dicha temperatura.

El revenido es un tratamiento posterior al temple, diseñado para mitigar las deformaciones y grietas que pueden surgir debido a los cambios de volumen durante los calentamientos y enfriamientos sucesivos. Este tratamiento, realizado a una temperatura inferior a la del temple, busca subsanar estas anomalías y mejorar la tenacidad de las piezas templadas, aunque a costa de una ligera pérdida de dureza. Cuanto más se aproxima la temperatura de revenido a la del temple y mayor es la permanencia, mayor es la disminución de la dureza y el aumento de la tenacidad.