Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ingeniería

Colegio “Ingeniería Mecánica y Eléctrica”

DHTIC

108C-305

"Energías alternativas"

Gutiérrez Cruz Mario Alberto

Lic. Juan Carlos Carmona Rendón

Otoño 2012

Resumen

El presente trabajo es una recopilación de datos sobre energías alternativas, su

historia, beneficios y su futuro.

El texto inicia dando un preámbulo del significado y uso de las energías

convencionales; continua con la presentación de las llamadas “energías

alternativas” donde cabe aclarar que se excluyó la energía nuclear y la gran

hidroeléctrica, dado que ambas han generado debate y polémica por la

contaminación y consecuencias que genera su aplicación.

El motivo principal es dar a conocer la existencia de otro tipo de energía, para

generar conciencia sobre uso, potencial y beneficios a la sociedad, así como

fomentar su uso a gran escala en nuestro país.

Abstract

This work is a collection of data about alternative energies, its history, benefits,

effectiveness and their future.

It starts giving a preamble of the meaning and use of conventional energy sources;

within the alternative energy is excluded the large hydroelectric, and nuclear power

because both have generated debate and controversy, generated pollution and the

consequences that it application generates.

The main reason is to publicize the existence of other types of energy, to generate

awareness about use, potential and benefits to society, also encourage their use

on a large scale in our country.

Índice

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................4

I.ENERGÍA CONVENCIONAL..................................................................................6

o PETRÓLEO...................................................................................................7

o CARBÓN.......................................................................................................7

o GAS NATURAL.............................................................................................7

o CONSECUENCIAS.......................................................................................8

II .ENERGÍAS ALTERNATIVAS.............................................................................10

o BIOENERGÍA..............................................................................................10

o ENERGÍA EÓLICA......................................................................................11

o ENERGÍA SOLAR.......................................................................................13

o ENERGÍA HIDRÁULICA..............................................................................14

III.CONCLUSIÓN...................................................................................................15

Referencias............................................................................................................17

INTRODUCCIÓN

A lo largo de su historia, el ser humano ha sufrido grandes transiciones

energéticas; talvez el momento más decisivo haya sido el descubrimiento y

adaptación del fuego, gracias a él, la humanidad fue capaz de controlar y modificar

procesos que hasta ese momento dependían solo de la naturaleza.

Por siglos, el sistema energético para proveer calor, luz y trabajo dependía

únicamente de flujos naturales; fue a partir de la Revolución industrial que el

sistema energético mundial sufrió dos grandes transiciones; la primera fue

iniciada por una innovación tecnológica radical: la máquina de vapor; con ella se

inició la primera conversión de recursos energéticos fósiles en trabajo.

La segunda transición fue “la creciente diversificación de las tecnologías de uso

final energético y de las fuentes de abastecimiento de energía” (Manzini, F. y

Macías, P., 2004), siendo la introducción de la electricidad el factor más

importante para esta diversificación, ya que la energía eléctrica podía ser

fácilmente convertía en luz, calor o trabajo.

Una segunda innovación fue el motor de combustión interna, el cual Revolucionó

los patrones de transporte; sin embargo, con ello se inició una creciente

dependencia del petróleo como energético primario, que cubría cada vez más las

necesidades de combustible para generación eléctrica y transporte.

Al llegar a la segunda mitad del siglo XX, la energía cotidiana se obtenía a partir

de plantas nucleares y de la quema de combustibles fósiles; sin embargo, a finales

de los años 80 la sociedad del mundo occidental sufrió un cambio de opiniones

acerca de la obtención de energía.(Domínguez, J., 2004) La crisis energética y

una nueva de mentalidad influyeron en este cambio, con lo que se consiguió que

la sociedad posara su atención en el desarrollo y uso de “nuevas energías” ,

energías alternativas.

Este tipo de energías se encuentran ligadas al hombre desde su origen, ya que

recibimos la energía de una estrella, que nos proporciona luz y calor sin generar

contaminación o deterioro del planeta.

En el primer capítulo del presente trabajo se dará un pequeño preámbulo sobre

las energías convencionales y las consecuencias que conlleva su uso.

Asimismo, en el segundo capítulo se da a conocer el presente de otro tipo de

energía , que en palabras de Domínguez (2004) se denominan erróneamente

“alternativas” ya que hoy en día la energía producida por este tipo de técnicas no

llega a cubrir las necesidades energéticas a las cuales el mundo está

acostumbrados; este tipo de energías no pueden sustituir las energías

convencionales, sin embargo, pensando en un futuro, su desarrollo e

implementación permitirían convertirlas en energías convencionales.

Al finalizar se aportan ideas y puntos de vista personales sobre el tema planteado,

esperando que el lector comparta opiniones y apoye la idea del bienestar que

significaría la implementación de energías alternativas en nuestro país

I.ENERGÍA CONVENCIONAL

A partir del siglo XVIII con el inició de la Revolución Industrial, la demanda de

combustibles para hacer funcionar la máquina de vapor aumento de manera

exponencial; la siguiente grafica muestra el crecimiento en la demanda de carbón

y el deterioro en el uso de biomasa para obtener energía.

Sin embargo, con la innovación que significo el motor de combustión interna y su

implementación en el rubro de los transportes, así como los múltiples usos y

productos derivados del petróleo, se fomentó que la demanda por este

hidrocarburo aumentara y sustituyera el lugar que anteriormente ocupaba el

carbón como combustible principal.

El gas natural sufrió un aumento en su requerimiento a partir de la primera mitad

del siglo XX, su uso principal, hasta nuestros días, es la generación de calor

mediante su combustión, aunque durante el siglo XXI se ha popularizado su uso

para generar electricidad en plantas termoeléctricas.

Gráfica 1. Evolución de las fuentes de energía primaría a nivel mundial

PETRÓLEO

Es un líquido negruzco y aceitoso originado hace millones de años

(aproximadamente 350, durante la era carbonífera). Este combustible fósil se

encuentra enterrado, en secciones llamadas yacimientos por lo que es necesario

realizar perforaciones para su extracción.

Del petróleo obtenemos propano, butano, gasolina, gasóleo, plástico y

alquitrán. La economía de muchos países se encuentra cimentada en la extracción

y venta de este combustible, su importancia y dependencia es tan grande que en

ocasiones se llega a considerar “oro negro”.

CARBÓN

Es un mineral fósil en forma de roca, originado por la transformación de troncos y

otros restos vegetales en un proceso que llevo aproximadamente 350 millones de

años. El carbón se encuentra en minas o en turberas. Para extraerlo, es

necesario realizar excavaciones en yacimientos subterráneos.

Se utiliza como combustible en diversas actividades del ser humano, va desde

generar fuego para aprovechar su calor, a generar electricidad en plantas

termoeléctricas.

GAS NATURAL

Es una mezcla de gases, principalmente metano; se originó de una forma

parecida al petróleo. Se halla en yacimientos parecidos a los del petróleo, por

lo que su extracción es similar; su transporte se hace mediante tuberías.

Se utiliza para obtener energía térmica, siendo su uso como combustible

domestico el más generalizado.

CONSECUENCIAS

A pesar de que en los últimos las energías alternativas se han presentado como

una nueva oportunidad, un gran número de países basan su crecimiento

económico en combustibles fósiles, como si estos fuesen inagotables (Manzini, F.

y Macías, P., 2004)

Es indudable que la era del petróleo ha acarreado grandes beneficios, mas no

podemos dejar de lado las numerosas consecuencias, que no siempre son

positivas.

En primer lugar, los países se han dividido en compradores y vendedores, siendo

estos últimos la minoría y en ocasiones manejados por empresas particulares, lo

que da partida a monopolios que cada día adquieren más poder.

En segundo lugar, la petrolizacion de las economías de la mayoría de países

exportadores de petróleo genera gran vulnerabilidad respecto a las fluctuaciones

de los precios en el mercado internacional (ver gráfica 1).

Como tercer punto se encuentra el hecho de que el petróleo no es un recurso

renovable y la mayor parte de reservas se encuentran concentradas en Medio

Oriente, lo que genera gran incertidumbre en el panorama mundial por los riesgos

políticos que ello implica (guerras y ocupaciones).

En cuarto lugar se encuentra la total dependencia que el rubro automotriz

mantiene respecto al petróleo, así como la incertidumbre del futuro a corto plazo

del motor de combustión interna.

Finalmente, y talvez lo más importante, es todo lo referente a las afectaciones que

los recursos energéticos fósiles generan sobre el ambiente y sobre la salud

humana” (Manzini, F. y Macías, P., 2004). Esto debido principalmente a dos

grandes sectores: las plantas termoeléctricas altamente dependientes del carbón,

petróleo y gas natural, así como el sector de transportes, que añade a su

dependencia por los combustibles fósiles, el carácter ubicuo y disperso de los

vehículos.

Por lo mencionado anteriormente es necesario informar y generar conciencia

acerca del uso de nuevas formas de producción energética. Como lo mencionada

J. Domínguez (2004), las energías alternativas no cubrirán las necesidades que

tenemos los humanos hoy en día, sin embargo, el cambio puede ser gradual, con

lo que un día las energías alternativas se convertirán en formas de producción

convencionales, lo que producirá beneficios al medio ambiente y la economía del

país.

II .ENERGÍAS ALTERNATIVAS

En primera instancia, resulta pertinente hacer la aclaración que energía

alternativa no es igual a energía renovable. Se llama energía renovable a aquella

que puede aprovecharse ilimitadamente, es decir su cantidad disponible no

disminuye a medida que se aprovecha; alternativa se define como fuentes de

producción de energía diferentes a otras tradicionales (petróleo, gas, carbón)

(Guillen, O., 2004).

El nombre de energías alternativas tiene un significado ideológico, el del proyecto

de dejar de utilizar un tipo de energía y utilizar otras formas que nos parezcan

mejor para la salud o para el medio ambiente (Domínguez, J., 2004).

A continuación se presentan cuatro tipos de energía alternativa, su descripción, su

estado actual y el potencial que poseen.

BIOENERGÍA

“La biomasa es la materia orgánica contenida en productos de origen animal y

vegetal (incluyendo los desechos), que puede ser capturada y usada como una

fuente de energía química almacenada” (Manzini, F. y Macías, P., 2004)

Los productos secundarios de la materia, ya sea en estado sólido, líquido o

gaseoso, generalmente se utilizan como portadores de energía, y más tarde se

utilizan para obtener biocalor, biolectricidad o biocombustibes; estos últimos hacen

referencia a los combustibles obtenidos de la biomasa y su uso se da en el

transporte; las especies que se cultivan con fin de generar combustibles reciben el

nombre de “plantaciones energéticas”

Este tipo de energía posee la ventaja de ser transportable, densa y no

intermitente, ya que puede ser utilizada en el momento que se desee.

La bioenergía genera una gran variedad de servicios; su uso se puede encontrar

en comunidades tradicionales, donde utilizan leña para cocinar sus alimentos, o

proveerse de calor en temporadas invernales; la biomasa “se utiliza además en

varias aplicaciones industriales: la energía contenida en productos de biomasa o

derivados de la biomasa tales como el bagazo de caña, el licor negro, el biogás y

distintos residuos agrícolas y agroindustriales son utilizados en industrias por

medio de calderas y otras tecnologías para la producción de calor y, en algunos

casos, electricidad” (Alatorre, C., 2009).

Como se mencionó anteriormente, la biomasa se utiliza para generar

biocombustibles, como el bioetanol a partir de cultivos de azúcar, feculentos y

celulósicos; el biodiesel se obtiene a partir de diferentes especies oleaginosas.

Las tecnologías modernas de energía de la biomasa satisfacen el 4% de la

demanda primaria de energía mundial, en forma de calor, electricidad y

combustibles líquidos. (Alatorre, C., 2009)

En México, el uso tradicional de la leña aporta el 3% de oferta interna y el 28% de

la energía consumida por el sector residencial. Se estima que una cuarta parte de

la población utiliza este combustible en forma de fogones tradicionales.

El potencial con que cuenta México es mayor del que se aprovecha, se calcula

que va de 3,000 a 4,500 PJ/año (1 PJ = 31,7 MW)

ENERGÍA EÓLICA

El calentamiento no uniforme de la atmosfera y superficie terrestre, resulta en una

distribución desigual de presión en la atmosfera, lo que genera el movimiento de

masas de aire, es decir viento (Manzini, F. y Macías, P., 2004).

Para generar energía a partir del movimiento de masas de aire, es necesario que

las turbinas eólicas transforman la energía cinética del viento en energía

mecánica, ya sea para mover directamente una maquina tal como una bomba de

agua, o bien para impulsar un generador eléctrico. (Alatorre, C., 2009)

Sin embargo para que el viento pueda ser aprovechado es necesario que su

intensidad tenga pocas variaciones y sea la adecuada para el generador/turbina;

se consideran vientos con velocidad optima aquellos que se encuentren en el

parámetro de 18 a 45 KPH.

El uso de energía eólica ofrece ventajas ambientales como la mitigación de

emisiones de gases infecto invernadero, se calcula que por cada 10000 MW

originados por centrales eólicas, se evitaría la emisión de 20 millones de toneladas

de CO2 por año.

La energía eólica se ha desarrollado a pasos acelerados en el mundo durante los

últimos años. En el año 2008, la capacidad instalada mundial llego a los 120,800

MW. En México existen en la actualidad 170 MW de capacidad eólica en

operación. (Alatorre, C., 2009)

En el caso de nuestro país, las posibilidades de desarrollo de la energía eólica en

el corto y en el mediano plazo dependen no solo del potencial físico, sino también

de la capacidad industrial y de la capacidad del sistema eléctrico para absorber la

electricidad generada sin poner en riesgo la seguridad y la estabilidad del sistema;

por lo que es necesario que las Universidades preparen profesionistas con la

capacidad de enfrentar los retos que implica la aplicación y aprovechamiento de

energía eólica en México.

ENERGÍA SOLAR

La energía solar puede aprovecharse mediante diversas tecnologías, para secado

de productos agrícolas, refrigeración de productos perecederos, calentamiento de

fluidos o generación eléctrica.

Según el uso que se les dé se clasifican como sistemas activos o pasivos; los

sistemas pasivos no requieren de sistemas mecánicos para su funcionamiento, los

sistemas activos si necesitan mecanismos captadores, donde se aprovecha la

radiación para calentar un fluido de trabajo.

Los sistemas de aprovechamiento se pueden dividir en tres grupos:

a) Colectores solares

b) Sistemas fototérmicos de concentración

c) Sistemas fotovoltaicos

El primer grupo se utiliza para transformar la energía del sol en calor,

aprovechable en casas, hospitales, industrias, etc. En el segundo grupo la

radiación solar calienta un fluido, que a su vez mueve una máquina térmica y un

generador eléctrico. El tercer grupo también es utilizado para generar electricidad,

al respecto Domínguez (2004) nos dice: “la generación de una fuerza

electromotriz por la absorción de cualquier tipo de radiación ionizante en un

material semiconductor se denomina efecto fotovoltaico”

El dispositivo unitario donde se lleva a cabo el efecto fotovoltaico se denomina

celda solar o celda fotovoltaica; el material semiconductor más utilizado en la

fabricación de celdas, es el silicio. Al unirse varias celdas en serie o paralelo se

forman los módulos fotovoltaicos, generadores de 2 a 100 watts (con insolación de

1000 w/m2 y temperatura de 20°C) ; para cubrir los requerimientos necesarios

para un lugar en especifico se interconeccionan módulos para formar arreglos

fotovoltaicos.

Alatorre comenta que la irradiación solar global en México es en promedio de 5

kW/día/m2, pero en algunas regiones del país se llega a valores de 6 kW/día/m2.;

suponiendo una eficiencia del 15%, bastaría un cuadrado de 25 km de lado en el

desierto de Sonora o Chihuahua para generar toda la energía eléctrica que

requiere hoy en día el país, esto da una idea del gran potencial que México posee

en materia de energía por irradiación solar.

ENERGÍA HIDRÁULICA

“La forma más común de hidroelectricidad consiste en el aprovechamiento de la

energía potencial al embalsar un rio, debido a la diferencia de alturas, se tiene

agua con alta presión que es conducida hacia una turbina hidráulica, desarrollando

en la misma un movimiento giratorio que acciona un alternador donde se genera

una corriente eléctrica” (Manzini, F. y Macías, P., 2004)

Toda las plantas hidroeléctricas utilizan el factor pluvial como recurso renovable,

sin embargo la construcción de grandes plantas hidroeléctricas (mayores a 15 m

de altura) generan grandes impactos ambientales, por lo que las pequeñas

centrales hidroeléctricas usualmente tienen mejor adaptación social.

Según su capacidad instalada, la generación a pequeña escala se divide en

pequeñas, mini y micro centrales hidroeléctricas.

Se estima que el potencial mundial mini hidráulico es de 1030 TWh; en nuestro

país se cuenta con la tecnología para su aprovechamiento, su aplicación contaría

con la ventaja de requerir mínimo mantenimiento y producir energía a bajo costo.

Se estima que nuestro país posee un potencial de 39 GW, sin embargo, es

necesario realizar mayores investigaciones para realizar proyectos y aprovechar al

máximo dicho potencial.

III.CONCLUSIÓN

Como se ha mostrado, las energías alternativas generan grandes beneficios a la

economía, la sociedad y el medio ambiente; sin embargo, aun existen grandes

impedimentos para que estas energías ocupen el lugar de los combustibles

fósiles.

En primer lugar existen grandes intereses políticos y económicos tras las

grandes empresas petroleras; como a la mayoría de negocios, solo les interesa

obtener capital, sin importar que consecuencias conlleven sus actos.

En segundo lugar, en nuestro país, como mencionan Manzini y Macías, existe un

vacío legal; esto a pesar de que en los últimos años se han generado diversas

leyes e iniciativas para la promoción de las energías alternativas (ver tabla 1).

Hoy México se encuentra mejor preparado para la aplicación de nuevas

tecnologías, existen gran número de proyectos, el reto consiste en encontrar

mecanismos para multiplicarlos y aplicarlos.

Para obtener resultados se necesitan leyes públicas que permitan cumplir los

siguientes puntos:

a) Reconocer y valorar los beneficios de las energías renovables.

b) Adaptar los sistemas y mercados energéticos a las particularidades de las

energías renovables, esto en vista de que los mercados de energía

actuales fueron diseñados para trabajar con energías no renovables.

c) Fomentar el flujo de información porque un mayor acceso a la información

permite reducir los riesgos y costos.

Es fundamental la participación Estado-Sociedad para la implementación de

nuevas energías amigables con el ambiente, por un lado se necesitan políticas

que permitan incentivar el desarrollo de energías alternativas; por otra parte se

necesitan profesionistas preparados, ingenieros con ganas de innovar y trabajar

por un mejor país.

Tabla 1. Políticas, programas y proyectos que fomentan el uso de energías

alternativas

Referencias

Alatorre, C., (2009) Energías para el desarrollo sustentable de México. Recuperado el 23 de Octubre de 2012, de http://www.energía.gob.mx/res/0/ER_para_Desarrollo_Sustentable_Mx_2009.pdf

Domínguez, J., (2004) Energías alternativas. España. Equipo Sirius.

Guillén, O. (2004). Energías renovables: una perspectiva ingenieril. México. Trillas

Manzini, F. y Macías, P. (2004) Nuevas energías renovables una alternativa energética sustentable para México (Análisis y propuesta.). Recuperado el 21 de septiembre de 2012, de http://xml.cie.unam.mx/xml/se/pe/NUEVAS_ENERG_RENOV.pdf