Libro Energias Alternativas

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Introducción a las ENERGIAS ALTERNATIVAS con experimentos sencillos Miguel Vargas Palomeque ENERGIAS ALTERNATIVAS

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EXPERIMENTOS

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Introducción a las

ENERGIASALTERNATIVAS

con experimentos sencillos

Miguel Vargas Palomeque

ENERGIASALTERNATIVAS

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Introducción a lasENERGIAS ALTERNATIVAS

con experimentos sencillos

Autor: Miguel Antonio Vargas Palomeque

Derechos Reservados 2006 por Miguel A. Vargas Palomeque

Ninguna porción, pasaje o imagenes de este libro pueden ser reproducidos por ningúnmedio, sea este impreso, electrónico o mediante internet, sin la autorización expresa por

escrito de los editores.

La Paz, Bolivia, Sud América

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A Dios nuestro Señor y Padre ProtectorA mi esposa amada

A mis hijosa Mis padres

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INDICE

Pagina 5.- Las Energías AlternativasPagina 6.- BiomasaPagina 8.- Biodigestor Experimental CaseroPagina 10.- Energía SolarPagina 12.- Transformación en ElectricidadPagina 13.- Concentrador SolarPagina 15.- Energía Solar Pasiva y ActivaPagina 18.- Calentador SolarPagina 20.- Cocinas SolaresPagina 22.- Cómo Construir una Cocina SolarPagina 24.- Energía Solar FotovoltaicaPagina 26.- Auto SolarPagina 29.- Energía EólicaPagina 31.- Turbinas EólicasPagina 34.- Las Granjas de VientoPagina 36.- Construcción deTurbina SavoniusPagina 38.- Energía GeotérmicaPagina 41.- Turbina Geotérmica ExperimentalPagina 43.- Energía HidraúlicaPagina 47.- Generador Hidraúlico Experimental

INDICE

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Pagina 5.- Las Energías AlternativasPagina 6.- BiomasaPagina 8.- Biodigestor Experimental CaseroPagina 10.- Energía SolarPagina 12.- Transformación en ElectricidadPagina 13.- Concentrador SolarPagina 15.- Energía Solar Pasiva y ActivaPagina 18.- Calentador SolarPagina 20.- Cocinas SolaresPagina 22.- Cómo Construir una Cocina SolarPagina 24.- Energía Solar FotovoltaicaPagina 26.- Auto SolarPagina 29.- Energía EólicaPagina 31.- Turbinas EólicasPagina 34.- Las Granjas de VientoPagina 36.- Construcción deTurbina SavoniusPagina 38.- Energía GeotérmicaPagina 41.- Turbina Geotérmica ExperimentalPagina 43.- Energía HidraúlicaPagina 47.- Generador Hidraúlico Experimental

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LAS ENERGÍAS ALTERNATIVAS

El viento que hace girar las aspas del molino,es una consecuencia de la energía que nosproporciona el Sol

QUE SON LAS ENERGÍAS RENOVABLESTodas las fuentes de energía, salvo la geotérmica y la nuclear, proceden, en última instancia delsol, pero lo usual es identificar como energía solar la energía renovable obtenida con el empleodirecto de la energía del Sol en forma de luz o calor. Entendemos como energía renovableaquella cuya fuente de obtención se renueva constantemente, frente a las energías no renovablesque no se renuevan o que tienen unos períodos de renovación muy largos.

La energía que recibe la Tierra del Sol es enorme, si bien no nos damos cuenta ya que latenemos como cosa cotidiana. La energía solar recibida por la Tierra en un año es unas 10 000veces superior al consumo total de energía de la humanidad en un año, si bien se registrangrandes variaciones, desde menos de 1 500 Kcal por metro cuadrado al día en el norte deEuropa a los más de 7 000 en los trópicos. También existen grandes variaciones diarias por losdías claros o nublados o estacionales, por ejemplo verano - invierno.

La fotosíntesis es la utilización más importante de la energía solar, y la única fuente de materiaorgánica, alimentos y biomasa. La leña es una consecuencia de la fotosíntesis, y los combus-tibles fósiles no son más que energía solar almacenada a lo largo de millones de años. Bueno,también son un almacenamiento seguro para el CO², pero esta es otra cuestión.

La energía de las mareas es consecuencia de la acción combinada del sol y la luna, lahidroeléctrica del ciclo del agua, causado en última instancia por el sol, que es quién provee laenergía necesaria para evaporar agua del mar y elevarla a las montañas para que su fuerzapueda ser aprovechada al descender.

La energía del viento es proporcionada por el Sol al calentar desigualmente distintas masas deaire.

El aprovechamiento directo de la energía solar, al tratarse de una forma de energía difusa,variable y poco concentrada, entraña ciertas dificultades, que la tecnología se encarga desolucionar día a día ofreciendo continuamente mejoras. Básicamente hay dos tipos deaprovechamiento de la energía solar, la fotovoltaica, que convierte las radiaciones solares enelectricidad, y la térmica, que aprovecha el calor del sol.

Las radiaciones del Sol son gratuitas e inagotables, y su uso energético es rentable a medioplazo, permitiendo amortizar su instalación en un corto espacio de tiempo. Las energíasalternativas son, en muchas ocasiones, más económicas que las convencionales.

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BIOMASABiomasa, abreviatura de masa biológica, cantidad de materia viva producida en un áreadeterminada de la superficie terrestre, o por organismos de un tipo específico. Este término esutilizado con mayor frecuencia para referirse a la energía de biomasa, es decir, al combustibleenergético que se obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos.

Autobús alimentado con una mezcla de gasolina y alcohol obtenido del maíz

La energía de biomasa que procede de la madera, residuos agrícolas y estiércol, continúasiendo la fuente principal de energía de las zonas en desarrollo. En algunos casos también esel recurso económico más importante, como en Brasil, donde la caña de azúcar se transformaen etanol, y en la provincia de Sichuán, en China, donde se obtiene gas a partir de estiércol.Los combustibles derivados de la biomasa abarcan varias formas diferentes, entre ellas loscombustibles de alcohol , el estiércol y la leña. La leña y el estiércol siguen siendo combustiblesimportantes en algunos países en vías de desarrollo, y los elevados precios del petróleo hanhecho que los países industrializados vuelvan a interesarse por la leña. Los científicos estándedicando cada vez más atención a la explotación de plantas energéticas, aunque existe ciertapreocupación de que si se recurre a gran escala a la agricultura para obtener energía podríansubir los precios de los alimentos.

EL BIOGASEl ser humano tiene la tradicional virtud de producir desperdicios, por lo que se ha generado unimpulso para aprovechar la energía que tiene la masa de residuos (BIOMASA). El Biogasconocido como ¨Gas de los Pantanos¨ es producido por la fermentación anaeróbica (sin oxígeno)de residuos orgánicos e inorgánicos. Mezclados con agua y depositados en un recipiente cerradoe impermeable (Biodigestor) a temperaturas entre los 20 y 30 grados centígrados, sedescomponen debido a las bacterias anaeróbicas. Las primeras experiencias se hicieron aprincipios de siglo, evitando la polución que produce la eliminación por incineración y, ademásmotivadas por las dificultades que produjeron las guerras en el suministro de combustibles. Lamayor cantidad de Biodigestores, se construyeron en granjas.

ETAPASPara obtener biogas se presentan tres etapas principales: Hidrólisis, Fase Acida y FaseHidrogenada. Al finalizar las cuales se obtiene un GAS y un LIQUIDO.

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El GAS contiene un 55-70 % de Metano, 30-40 % de Dióxido de Carbono y Hidrogeno 1-3 % 2-5 % de otros Gases.

El LIQUIDO conocido como BIOFERTILIZANTE (inodoro) contiene 20 % de proteínas, un 14 %más de Nitrógeno y 20 % más de Potasio que igual mezcla de residuos procesadosaerobicamente, y con PH (acidez) de 7,5.

Otra característica de la BIODIGESTION es que el 99 % de los parásitos (amebas, colis, teniasetc... ) mueren en el proceso. No sólo resuelve problemas de saneamiento sino que ademásproduce combustible y un fertilizante que posibilita la independencia energética de la propiedadrural. El proceso digestivo se completa entre los 30 y 40 días produciéndose la mayor cantidadde BIOGAS.

El biogas es generado por los llamadosbiodigestores que convierten los desechosorgánicos en metano.

Se tienen que renovar los insumos (residuos) para mantener la producción. También se deberálimpiar el biodigestor ( 1 a 2 veces al año) cuando los residuos no digeribles alcanzan ciertamagnitud, vaciándolo totalmente en forma manual o por bombeo. Debe tener mecanismos paraextracción de los lodos y sobrenadantes, acumulación y expulsión de gases, eliminación de lossólidos y dispositivos de seguridad contra explosión y la purga del digestor.

En los últimos años se ha trabajado en la utilización de biodigestores plásticos tubulares deflujo continuo para la generación de biogas a partir del estiércol de los animales de granja,principalmente porcinos y bovinos.

En los primeros años, el objetivo principal para el establecimiento de biodigestores fue laproducción de biogas buscando disminuir el consumo de leña o electricidad. Sin embargo, enlos últimos años el biodigestor ha tomado una creciente importancia como parte fundamentaldel sistema de tratamiento de aguas negras de las explotaciones agropecuarias.

EL BIOGAS PARA GENERACIÓN DE ELECTRICIDADEl biogas puede ser utilizado como combustible para motores diesel y a gasolina, a partir delos cuales se puede producir energía eléctrica por medio de un generador. En el caso de losmotores diesel, el biogas puede reemplazar hasta el 80% del combustible, la baja capacidadde ignición del biogas no permite reemplazar la totalidad en este tipo de motores que carecende bujía para la combustión. Aunque en los motores a gasolina el biogas puede reemplazar latotalidad del mismo.

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BIODIGESTOR EXPERIMENTAL CASEROEl aparato que vamos a construir usa una botella grande de 18 litros como el biodigestor. Unamezcla de agua y desechos animales producirá el metano, el cual recogeremos en un globo degoma o de plástico. El frasco de 18 litros funciona como el estómago de un animal vivo y le daa las bacterias que producen el metano el ambiente cálido y húmedo que necesitan.

MATERIALES

- Botella de plástico de 18 litros.- Globo de goma extra grande o Pelota inflable.- Conector T de acuario- Manguera para acuarios- Válvula para acuarios (con llave)- Un corcho que quepa en la boca de la botella- Un mechero bunsen

CONSTRUCCION

Primero debemos preparar el sistema de recolección de biogas.

1.Cortamos unos 20 cm de la manguerita deplástico para acuario, luego insertamos uno delos extremos en el lugar por donde se infla lapelota de goma y sellamos lo mejor posible. Enla foto se puede ver un globo plateado que tieneuna pequeña manguerita por la cual se soplapara inflarla.

2. Comprobamos si al soplar por lamanguerita el globo se infla sin problema.Luego, tomamos el corcho y le hacemos unagujero en el centro para luego colocar en ésteel conector T para acuario. Lo aseguramos consilicona caliente.

3. Ahora conectamos otro trozo de 40 cm demanguera de plástico para acuario a una llavepara acuario. Esta sirve para cerrar o abrir laprovisión de aire del acuario y nos servirá comollave de paso para el metano. En la foto usamosuna llave de gas de cocina, la cual sin embargoes muy grande.

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4. En el dibujo al lado se puede ver como sehacen las diferentes conecciones. Notaremos quehemos usado unos conectores que son tubos decobre, que son los recomendados, pero soncaros y difíciles de conseguir. Todas lasconecciones se pueden hacer por medio demangueras de acuario que son bastante gruesasy resistentes. El globo o pelota de gomasimplemente sirve como recipiente del gas eimpide que el frasco se rompa con la presión deéste primero. Uno de los extremos de la válvulase conecta a una manguera sujeta a un mecherobunsen en el cual se quema el gas. También sepuede usar una pequeña cocina a gas.

PREPARACION DE LA MEZCLAPrimero debemos cortar una botella de gaseosadescartable para hacer un gran embudo,colocamos este en la boca del frasco biodigestory vertemos un poco de estiércol. Usamos un palitopara empujar el estiércol si este se bloquea en elembudo. Debemos hacer que llegue hasta lacuarta parte de la botella como máximo. Luegovertemos agua hasta que llegue casi al cuello dela botella, pero sin bloquear la boquilla delconector T que está en el corcho.

Con un palo largo removemos la mezcla de aguay estiércol dejando que escape cualquier burbujad aire que haya quedado atrapada. Finalmentetapamos la botella con el corcho y colocamos elbiodigestor en un lugar cálido como una ventanao al lado de un calentador. Si se coloca en unaventana, debemos tapar o pintar la botella denegro para evitar que crezcan algas en el inte-rior. Al cabo de unos días notaremos que el globoo la pelota se comienza a inflar, lo que denotaque se está produciendo gas metano. Debemostratar a este gas con mucho cuidado, pues seinflama fácilmente. En la foto se puede ver elaparato terminado en pleno funcionamiento.

Hacemos notar que se usó un globo de mylar(plateado) que se vende el día de losenamorados.

Tubo de goma

Tubos de goma Adaptador T

Tubo de Cobre

CorchoTapa

Globo

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Válvula

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ENERGÍA SOLAR

La energía solar es la energía radiante producida en el Sol como resultado de reaccionesnucleares de fusión; llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones.La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que laTierra está a una distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37× 106 ergios/s/cm², o unas 2 cal/min/cm². La intensidad de energía real disponible en la superficieterrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiaciónpor la interacción de los fotones con la atmósfera de la Tierra. La intensidad de la radiaciónsolar en el borde exterior de la atmósfera se llama constante solar

La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, deforma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud.Además, la cantidadde energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

TRANSFORMACIÓN NATURAL DE LA ENERGÍASOLARLa recogida natural de energía solar se produce en la atmósfera, los océanos y las plantas de laTierra. Las interacciones de la energía del Sol, los océanos y la atmósfera, por ejemplo, producenvientos, utilizados durante siglos para hacer girar los molinos. Los sistemas modernos de energíaeólica utilizan hélices que, cuando se unen a generadores, producen electricidad para usoslocales y especializados o para alimentar la red eléctrica de una región o comunidad.

Casi el 30% de la energía solar que alcanza el borde exterior de la atmósfera se consume en elciclo del agua, que produce la lluvia y la energía potencial de las corrientes de montaña y de losríos. La energía que generan estas aguas en movimiento al pasar por las turbinas modernas sellama energía hidroeléctrica.

Moderna planta hidroeléctrica, en la que la energía mecánica se transforma en energía eléctrica por medio degrandes generadores.

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Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal(biomasa) que, junto con la madera y los combustibles fósiles que desde el punto de vistageológico derivan de plantas antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combus-tibles como el alcohol y el metano también pueden extraerse de la biomasa. Asimismo, losocéanos representan un tipo natural de recogida de energía solar. Como resultado de suabsorción por los océanos y por las corrientes oceánicas, se producen gradientes detemperatura. En algunos lugares, estas variaciones verticales alcanzan 20 °C en distancias dealgunos cientos de metros. Cuando hay grandes masas a distintas temperaturas se puedecrear un ciclo generador de energía que extrae energía de la masa con mayor temperatura ytransferir una cantidad a la masa con temperatura menor. La diferencia entre estas energías semanifiesta como energía mecánica (para mover una turbina, por ejemplo), que puede conectarsea un generador, para producir electricidad. Estos sistemas, llamados sistemas de Conversiónde Energía Térmica Oceánica (CETO), requieren enormes intercambiadores de energía y otrosaparatos en el océano para producir potencias del orden de megavatios.

ENERGÍA SOLAR DIRECTAEs la energía del Sol sin transformar en otros tipos, que nos calienta e ilumina. Es una energíaque necesita sistemas de captación y de concentración; es constante e intermitente (por lo quese necesita sistemas de almacenamiento).

USO DE LA ENERGÍA SOLARUtilización directa: Se realiza mediante técnicas como acristalamientos, protecciones,receptores, etc.

TRANSFORMACIÓN EN CALORPara la conversión a baja temperatura (hasta 90ºC). Se utilizan los paneles solares que captanla energía del sol con una superficie oscura, y se utiliza para calentar agua.

Un ejemplo de concentrador solar usado para cocinarSi deseamos la conversión a temperaturas medias (90º-200ºC). Entonces debemos concentrardicha energía por medio de lupas y espejos, llamados concentradores solares.

En el caso de la conversión a altas temperaturas (+200ºC). Se utilizan grandes espejos,heliostatos orientables, que captan la luz. Esta energía calienta las calderas produciendo vaporque mueve una turbina y así produce electricidad.

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TRANSFORMACION EN ELECTRICIDADLas células solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semi-conductor en estado cristalino, convierten la radiación en electricidad de forma directa. Ahorase dispone de células con eficiencias de conversión superiores al 30%. Por medio de la conexiónde muchas de estas células en módulos, el costo de la electricidad fotovoltaica se ha reducidomucho.

Las celdas solares convierten la luz directamente en electricidad

VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAREntre las ventajas de la energía solar podemos citar las siguientes:- Es una fuente de energía inagotable.- Escaso impacto ambiental.- No produce residuos perjudiciales para el medio ambiente.- Distribuida por todo el mundo, y con más intensidad en las zonas con mayordeuda externa (tropicales).

- No tiene costos, una vez instalada.- No hay dependencia de las compañías suministradoras.- El mantenimiento es sencillo.

DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAREntre las desventajas podemos citar las siguientes:- Los paneles fotovoltaicos contienen agentes químicos peligrosos.- Puede afectar a los ecosistemas por la extensión ocupada por los paneles.

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Este es un sencillo horno solar del tipo deconcentración que puede generartemperaturas suficientemente altas como parafundir aluminio y otros metales. Siguiendo lasinstrucciones que se detallan más abajo sepuede construir un horno solar del tamaño quese desee.

Consiste de pequeños espejos que se peganen un extremo con silicona y luego se ajustanpor medio de unos pernos para que los rayosdel sol se dirijan hacia un solo punto o foco.Por tanto, el área total del concentrador es lasuma de todos los espejos, lo que permite quese alcancen altas temperaturas.

MATERIALES

Necesitaremos: 36 pequeños espejosde 3 cm por 3 cm

Una lámina o panel de madera venestagruesa de 30 x 30 cm

Pernos pequeños

Pegamento de silicona.

CONSTRUCCION

Primero debemos tomar cada uno delos espejitos y los colocamos sobre el tableropara ver la disposición de estos. Luegodebemos marcar y perforar en los lugaresdesignados para los pernos. El símbolo en laparte inferior izquierda denota el lugar dondese pegará con silicona.

CONCENTRADOR SOLAR

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Como se observa en el dibujo, debemoscolocar cada uno de los espejitos con una gotade silicona en uno de las esquinas, pero antesdebemos colocar debajo un trozo de palito demondadientes, luego sobre este dejamos caerla gota de silicona, esta gota nos servirá comobisagra para acomodar el espejo.

Cuanto más pequeños sean los espejosmayor será el calor que se obtenga en el foco.Para ajustar los espejos debemos tapar conpapel o cinta aislante todos los espejosexcepto uno que se encuentre cerca del centro.Este nos servirá de referencia para ajustar losotros. Tomamos el panel y lo sacamos a unlugar amplio y con sol, colocamos a unos 50cm un objeto o un trozo de cartulina blanca quenos servirá de blanco de referencia.Ajustamosel espejo sin cubrir (por medio de los pernos)hasta que esté horizontal con respecto al panel.Movemos todo el panel hasta que la luz que serefleja del espejo llegue al blanco de referencia.Ahora destapamos otro de los espejos yajustamos los tornillos hasta que la luz querefleja coincida con el reflejo del otro espejoen el blanco de referencia. Cubrimos esteespejo recién ajustado y destapamos otro,repitiendo el procedimiento. Luego hacemoslo mismo con todos los demás espejos.

Cuando todos los espejos se han ajustadopara que la luz que reflejan vayan a un solopunto, los destapamos y hacemos pequeñosajustes si es necesario.

Un panel de 6 por 6 espejos es bastanteseguro para experimentar, pero recordemosque puede hacer que una bolsa negra gruesapuede derretirse en segundos. Luegopodemos experimentar con paneles másgrandes y un mayor número de espejos. Sepuede intentar con un arreglo de 16 x 16espejos o hasta más grande.

NOTA DE SEGURIDAD

Si se construye un panel grande, estedebe estar cubierto cuando no seusa. Como el sol se mueve, el focodel panel puede causar un incendio.Además es recomendable usar gafasobscuras y guantes, pues lastemperaturas que se obtienen puedenllegar a ser muy altas

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ENERGÍA SOLAR ACTIVA Y PASIVALOS SISTEMAS SOLARES PASIVOSEstos sistemas implican diseños de estructuras que utilizan la energía solar para enfriar y calentar.Un sistema pasivo está únicamente basado en conceptos arquitectónicos o geométricos y tratade optimizar la energía que llega de manera natural, para lograr la mejor climatización posiblede un edificio (arquitectura solar o bioclimática).

Un diseño pasivo es un sistema que capta la energía solar, la almacena y la distribuye de formanatural, sin mediación de elementos mecánicos. Sus principios están basados en lascaracterísticas de los materiales empleados y en la utilización de fenómenos naturales decirculación del aire. Los elementos básicos usados por la arquitectura solar pasiva son:

Acristalamiento: capta la energía solar y retiene el calor igual que un invernadero.

Masa térmica: constituida por los elementos estructurales del edificio o por algún materialacumulador específico (agua, tierra, piedras, adobe). Tiene como misión almacenar la energíacaptada.

En la actualidad los hogares modernos combinan el uso de la energía solar activa y pasiva

Las aplicaciones más importantes de los sistemas solares pasivos son la calefacción y larefrigeración.

Un ejemplo de energía solar pasiva son los invernaderos, la energía solar recolectada como luzpasa por las ventanas de vidrio y absorbida por la estructura (o masa térmica). La masa térmicapuede ser hecha de concreto, ladrillo, adobe u otro material que absorbe el calor. La masa

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térmica absorbe el calor durante el día y la libera lentamente durante la noche.

La integración de colectores de aire, la utilización de paredes internas como muros acumuladoresde calor (muro «Trombe») y la aplicación de ventiladores, aumentan la eficacia de los sistemaspasivos. Se les conoce como «híbridos», ya que utilizan ciertos sistemas mecánicos activos.

En los últimos años, se han mejorado mucho los sistemas pasivos para actividades agrícolas(invernaderos, secaderos, establos), que permiten un considerable ahorro energético en lasdiferentes tareas agrícolas implicadas.

Como no hay ningún aparato mecánico que se usa para distribuir o recoger la energía solar, sellaman a estos ejemplos sistemas pasivos.

LOS SISTEMAS SOLARES ACTIVOSNecesitan un fluido que recoja y transporte la energía de origen solar. Los sistemas de calefacciónSOLARACTIVAincluyen equipos especiales que utilizan la energía del sol para calentar o enfriarestructuras existentes. Estos sistemas se caracterizan por forzar la circulación de un fluido quees calentado en un colector solar y luego se bombea a un tanque para luego usarlo para calentarambientes o para calentar agua.

APLICACIONES DOMESTICASLa energía solar térmica está cobrando cada día más importancia para usos domésticos. Seutiliza sobre todo para obtener agua caliente y como combustible de la calefacción.

La energía la recoge un colector plano (caja negra orientada al NORTE) que recibe la energíasolar a través de una cubierta transparente. El calor se retiene por efecto invernadero. El colectorplano contiene un tubo negro en zig zag que contiene el fluido que se calienta. Este colectorrecibe energía solar directa y difusa.

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El agua caliente que se obtiene sale a temperaturas de menos de 70ºC. Este agua caliente esútil no sólo para viviendas, sino también para hospitales, hoteles, piscinas, fábricas, etc.

Los sistemas típicos para casa - habitación emplean colectores fijos, montados sobre el tejado.En el hemisferio norte se orientan hacia el Sur y en el hemisferio sur hacia el Norte. El ángulo deinclinación óptimo para montar los colectores depende de la latitud. En general, para sistemasque se usan durante todo el año, como los que producen agua caliente, los colectores se inclinan(respecto al plano horizontal) un ángulo igual a los 15° de latitud y se orientan unos 20° latitud S(para las personas que se encuentran en el hemisferio norte) o 20° de latitud N, para los quevivimos al sur del ecuador.Además de los colectores de placa plana, los sistemas típicos de agua caliente y calefaccióntienen también bombas de circulación, sensores de temperatura, controladores automáticospara activar el bombeo y un dispositivo de almacenamiento. El fluido puede ser tanto el airecomo un líquido (agua o agua mezclada con anticongelante), mientras que un lecho de roca o untanque aislado sirven como medio de almacenamiento de energía.

Calentar agua por energía solar térmica es un proceso económico, tiene alto rendimiento, escasomantenimiento y es muy limpio (comparándolo con sistemas más convencionales como elpetróleo o el gas natural).

Otros ejemplos de aplicación doméstica de energía solar son las cocinas solares, losencendedores térmicos, etc.

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CALENTADOR SOLAR

Los calentadores solares son un tipo de sistema de energía solar activa. Este calentador solares solo un prototipo que sirve para experimentación y demostraciones, pero si se hace uno másgrande se le puede dar un uso práctico.

MATERIALES

Usaremos: Un tubo de metal (mejor si es de cobre), una caja de madera o de metal, vidrio delas dimensiones de la caja, manguera para acuario (también pueden servir las mangueritaspara sueros) y dos latas de leche en polvo una grande y otra que quepa en la primera.

CONSTRUCCION

1.Construiremos la caja de absorción decalor, que es simplemente una caja demadera o metal pintada de negro en su in-terior. En la parte interna de la caja secoloca unas tiras de metal o madera queservirán para evitar que el vidrio que tieneque colocarse en el interior se vaya hastaen fondo. Notemos unos agujeros en loscostados inferior y superior de la caja.

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Finalmente debemos hacer el tanque de agua, que en realidad consiste de dos latas de lecheen polvo, la pequeña metida dentro de la grande y aislada con plastoform o papel periódicopara evitar fugas de calor. El agua debe entrar por la parte de abajo. Lo mismo que el agua queentra por el colector (serpentín) puesto que el agua fría ocupa la parte inferior del tanque.

La caja colectora se coloca más abajo que el tanque para ayudar al efecto de termosifón quehará circular el agua sin necesidad de bombas. No damos medidas porque las dimensionesserán de acuerdo al material disponible.

2. Dentro de la caja se coloca el serpentínhecho de tubo de metal (generalmente decobre porque conduce mejor el calor). Sepuede hacer soldando trozos de tubo hastaobtener la forma deseada o se puede doblarun solo tubo que tenga la forma que semuestra en el dibujo. Los agujeros de loscostados de la caja deben tener el mismodiámetro que el tubo que se usa.

3. Luego de pintar el tubo de negro mateintroducimos los extremos por los agujeros dela caja y colocamos el vidrio para luegoasegurarlo con pegamento de silicona. Conesto ya tenemos lista nuestra caja colectora.

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COCINAS SOLARES

Calentar con la energía solar es una idea que ha sido utilizada desde tiempos remotos parasecar fruta, calentar agua y cocinar vegetales. Sin embargo, la primera cocina solar que utilizotecnologia moderna se atribuye a Horace de Saussure que, en 1767, fabricó una «caja solar»para cocinar.

Durante el siglo XVIII se fabricaron otros prototipos, pero con la llegada del combustible fósil,cayeron en el olvido. Su popularidad ha crecido a finales del siglo XX como resultado de ladesertificación ocurrida por la tala de bosques y el uso de arboles como leña.

VENTAJASEstas cocinas no necesitan madera, carbón, diesel, queroseno, parafina, ni electricidad. Ellohace evidente su utilidad en países subdesarrollados, que a su vez padecen a menudo deseria deforestación. También son útiles para promover un modo de vida sostenible en cualquierotro lugar.

Cocina solar del tipo parabólico, producen altas temperaturas

Al no producir humo, se evitan riesgos en el enfoque que concierne a la salud, especialmente enojos y pulmones.

Es muy económica, porque no utiliza combustible como carbón, madera, etc.

La cocina siempre es segura y fácil de usar. La construcción es sencilla y estable.

La comida no se quema y no necesita supervisión continua, permitiendo dedicar tiempo a otrastareas.

La comida permanece caliente varias horas después de haber sido cocinada.

DESVENTAJASNo funciona sin sol.

Las cocinas solares del tipo de caja necesitan mas tiempo para cocinar.

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No se puede freír la comida en las cajas solares.

Son mas complejas que los fuegos de tres piedras, tradicionales en países del «Tercer Mundo».

COMO FUNCIONAN LAS COCINAS SOLARESLas cocinas solares se pueden clasificar en varios grupos, siendo los más extendidos los detipo cajón, con o sin reflectores planos y los que concentran la luz mediante reflectores parabólicoso lentes fresnel.Básicamente una cocina solar es una doble caja, separadas ambas por un medio aislante, quees el mismo principio del mueble de las neveras, con una abertura, por donde penetra la luz delsol y cerrada por un cristal o medio transparente, a fin de que el aire caliente no salga alexterior. Esta apertura suele presentar un ángulo variable dependiendo de la latidud en que seencuentre. Al mismo tiempo se les dota de uno o mas reflectores que dirigen la luz al interior dela caja.

El reflector principal (el que se situa perpendicular al sol) puede hacerse graduable paraaprovechar más horas y más intensamente la luz solar. En el interior de estas cocinas se puedenalcanzar entre 140 y 150 ºC. y las necesidades de reorientación al Sol no son muy exigentes.

En las cocinas con reflectores parabólicos o lentes fresnel no es necesario el uso de una cajaaislada pues la temperatura en el foco sobrepasa los 600 ºC. Este tipo de cocinas necesitanser reorientadas con frecuencia para que la luz incida en la olla y no se desperdicie energía. Detodos modos es conveniente evitar pérdidas de calor cubriendo los recipientes con una campanade cristal.

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COMO CONSTRUIR UNA COCINA SOLAR

Esta cocina solar fue diseñada para sustituir a la cocina de Caja para pequeñas cantidades decomida. Las dimensiones que damos son apropiadas sólo para una persona.

Para cocinar, se puede usar una ensaladera de Pyrex o una bolsa de plástico para hornear,pero como en Bolivia no se pueden conseguir estos con mucha facilidad, simplemente usaremosuna cacerola de aluminio e incluso hasta simples latas de conservas y de leche en polvo conexcelentes resultados.

Nuestra cocina tiene cuatro paneles (ver figura 3 más abajo) la luz que se refleja en el cuartopanel va a parar a los paneles 1 y 2 desde donde se refleja al recipiente.

A este diseño se lo llama «caja abierta reflectora» (CAR) para distinguirlo del diseño original dela cocina solar de paneles (CSP).

La cocina solar terminada, en el interior se coloca el recipiente (que puede ser incluso una latadesechada) con los alimentos que deseamos cocinar.

COMO SE CONSTRUYE

1.Empezamos con una caja de cartón rect-angular bastante alta. En una de las carasanchas se traza una línea (BC) a 5 centímetros(aprox.) de la base.

2.Luego cortamos los lados de la caja (AB yDC) parando en B y C respectivamente.

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Doblamos el panel frontal ABCD hacia fuera,utilizando BC como bisagra. Pegamos unascuantas piezas rectangulares de cartón en labase de la caja, para subir la base hasta BC.

3.Cortamos y doblamos otra pieza de cartónde tal manera que la puedas meter en la cajapara formar los paneles 1 y 2 (figura 3). El ánguloformado por estos paneles debe ser ajustadoen el momento de la construcción. Cuando máspequeño sea el ángulo, más concentrará la luzsolar, pero, necesitará ser ajustado a cadamomento. Cualquier ángulo entre 60º y 90ºparece funcionar bien. Cubrimos esta pieza conpapel de aluminio, así como los reflectores 3 y4.

La cocina que se muestra en la fotografía tienelas siguientes dimensiones: Largo 46 cm; ancho:32 cm ; alto: 42 cm. Estas dimensionescorresponden a una área reflectiva de unos5.000 cm² que dan suficiente calor para cocinarpara dos personas.

Podemos usar un listón de madera para ajustarel panel frontal (figura 4). La muesca del listónque hay al lado del panel es para poder cerrarel panel para guardar la cocina. Se puedenponer piedras u objetos pesados en los agujerostriangulares que hay detrás de los paneles 1 y2, para hacer que la cocina sea más establecontra el viento, etc.

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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Fotovoltaica es la conversión directa de luz en electricidad. Algunos materiales presentan unapropiedad conocida como efecto fotoeléctrico que hace que absorban fotones de luz y emitanelectrones.

Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puedeser utilizada como electricidad.

El primero en notar el efecto fotoeléctrico fue el físico francés Edmundo Bequerel, en 1839. Élencontró que ciertos materiales producían pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuandoeran expuestos a la luz. En 1905, Albert Einstein describió la naturaleza de la luz y el efectofotoeléctrico, en el cual está basada la tecnología fotovoltaica. Por este trabajo, se le otorgómás tarde el premio Nobel de física. El primer módulo fotovoltaico fue construido en losLaboratorios Bell en 1954. Fue descrito como una batería solar y era más que nada unacuriosidad, ya que resultaba demasiado costoso como para justificar su utilización a gran escala.En la década de los 60, la industria espacial comenzó por primera vez a hacer uso de estatecnología para proveer la energía eléctrica a bordo de las naves espaciales. A través de losprogramas espaciales, la tecnología avanzó, alcanzó un alto grado de confiabilidad y se redujosu costo.

Típico ejemplode celda solar desilicio cristalino

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Las celdas solares están hechas de la misma clase de materiales semiconductores, tales comoel silicio, que se usan en la industria microelectrónica. Para las celdas solares, una delgadarejilla semiconductora es especialmente tratada para formar un campo eléctrico, positivo en unlado y negativo en el otro. Cuando la energía luminosa llega hasta la celda solar, los electronesson golpeados y sacados de los átomos del material semiconductor. Si ponemos conductoreseléctricos tanto del lado positivo como del negativo de la rejilla, formando un circuito eléctrico,los electrones pueden ser capturados en forma de una corriente eléctrica es decir, en electricidad.La electricidad puede entonces ser usada para suministrar potencia a una carga, por ejemplopara encender una luz o energizar una herramienta.

Un arreglo de varias celdas solares conectadas eléctricamente unas con otras y montadas enuna estructura de apoyo o un marco, se llama módulo fotovoltaico. Los módulos están diseñadospara proveer un cierto nivel de voltaje, como por ejemplo el de un sistema común de 12 voltios.La corriente producida depende directamente de cuánta luz llega hasta el módulo.

Varios módulos pueden ser conectados unos con otros para formar un arreglo. En general,cuanto más grande es el área de un módulo o arreglo, más electricidad será producida. Losmódulos y arreglos fotovoltaicos producen corriente continua (CC). Estos arreglos pueden serconectados tanto en serie como en paralelo para producir cualquier cantidad de voltaje o corrienteque se requiera.

Una ventaja del uso doméstico de las celdas solares es que el proceso fotovoltaico es totalmentede estado sólido y autónomo. No existen piezas móviles y no se consumen materiales.

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Este auto solar se construye con ayuda depocos materiales fáciles de obtener. El únicoproblema sería la celda solar que no seencuentra fácilmente en nuestro medio.Aunquese pueden usar celdas solares descartadas demáquinas calculadoras.Materiales

Trozos de plastoformRuedas de autos de jugueteArandelas pequeñasTubos de puntabola de plásticoMotor de auto de jugueteCables delgadosCelda solarPoleas

Trozos de alambre o palitos de pacumutu

Como se puede ver en la figura de arriba,debemos cortar un trozo rectangular deplastoform para hacer el chasis del auto solarsiguiendo las dimensiones que se indican. Sepuede hacer un auto de igual o menor tamaño.Luego se colocan en ambos extremos unosrectángulos de refuerzo y sobre estos unasarmellas.

Luego tomamos unas ruedas de juguetey les aseguramos a estas un eje de palo depacumuto o de alambre. Las ruedas traserasdeben tener una polea y espaciadores.

AUTO SOLARHecho con Materiales Caseros

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Como se puede ver en el dibujo de abajo,los espaciadores evitan que las ruedas haganfricción contra el chasis y se frenen. Se los hacede trozos de puntabolas de plástico. Laspoleas se las puede obtener de caseteras endesuso.

Como se ve la forma de colocar elmotorcito con su respectiva polea sobre elchasis. La correa de transmisión es de gomay se la obtuvo de la misma casetera de la quese quitaron las poleas. El motor se sujeta conun trozo de lata o simplemente usando siliconacaliente.

Luego se hacen las conecciones al mo-tor. Debemos tener cuidado con la “polaridad”es decir que el polo positivo y el negativo esténconectados de manera correcta al motor, nosea que al funcionar vaya hacia atrás.Debemos conectar una pila para asegurarnosque el motor gire en la dirección apropiada.

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En la foto podemos ver el carro solarcompleto y listo para funcionar. Como sepuede notar, estamos usando un panel solarbastante grande y es que el motorcito de autode juguete consume mucha corriente y nofuncionaría con un panel menor. En caso de notener a mano este tipo de panelesrecomendamos usar motorcitos de walkmanen desuso. Estos tiene además la ventaja deque vienen con su propia polea y funcionan conmuy poca corriente

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ENERGÍA EÓLICA

La energía eólica es la energía producida por el viento, su nombre proviene de la palabra “eolo”que es el dios griego de los vientos.

La primera utilización de la capacidad energética del viento la constituye la navegación avela. En ella, la fuerza del viento se utiliza para impulsar los barcos. Barcos con velas aparecíanya en los grabados egipcios más antiguos (3000 a.C.). Los egipcios, los fenicios y más tardelos romanos tenían que utilizar también los remos para contrarrestar una característica esencialde la energía eólica, su discontinuidad. Efectivamente, el viento cambia de intensidad y dedirección de manera impredecible, por lo que había que utilizar los remos en los periodos decalma o cuando no soplaba en la dirección deseada. Hoy, en los parques eólicos, se utilizan losacumuladores para producir electricidad durante un tiempo, cuando el viento no sopla.

Otra característica de la energía producida por el viento es su infinita disponibilidad en funciónlineal a la superficie expuesta a su incidencia. En los barcos, a mayor superficie vélica mayorvelocidad. En los parques eólicos, cuantos más molinos haya, más potencia en bornes de lacentral. En los veleros, el aumento de superficie vélica tiene limitaciones mecánicas (se rompeel mástil o vuelca el barco). En los parques eólicos las únicas limitaciones al aumento del númerode molinos son las urbanísticas.

MOLINOSLos molinos son máquinas que transforman el viento en energía aprovechable. Esta energíaproviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común.El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombearagua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe elnombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le llama generador deturbina de viento.

LOS PRIMEROS MOLINOSLos molinos movidos por el viento tienen un origen remoto. En el siglo VII d.C. ya se utilizabanmolinos elementales en Persia (hoy, Irán) para el riego y moler el grano. En estos primeros

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molinos la rueda que sujetaba las aspas era horizontal y estaba soportada sobre un eje vertical.Estas máquinas no resultaban demasiado eficaces, pero aún así se extendieron por China y elOriente Próximo.

En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterra y sedistribuyeron por el continente. Eran unas estructuras de madera, conocidas como torres demolino, que se hacían girar a mano alrededor de un poste central para levantar sus aspas alviento. El molino de torre se desarrolló en Francia a lo largo del siglo XIV. Consistía en una torrede piedra coronada por una estructura rotativa de madera que soportaba el eje del molino y lamaquinaria superior del mismo.

APLICACIONES Y DESARROLLOAdemás de emplearse para el riego y moler el grano, los molinos construidos entre los siglosXV y XIX tenían otras aplicaciones, como el bombeo de agua en tierras bajo el nivel del mar,aserradores de madera, fábricas de papel, prensado de semillas para producir aceite, así comopara triturar todo tipo de materiales. En el siglo XIX se llegaron a construir unos 9.000 molinosen Holanda.

El avance más importante fue la introducción del abanico de aspas, inventado en 1745, quegiraba impulsado por el viento. En 1772 se introdujo el aspa con resortes. Este tipo de aspaconsiste en unas cerraduras de madera que se controlan de forma manual o automática, a finde mantener una velocidad de giro constante en caso de vientos variables. Otros avancesimportantes han sido los frenos hidráulicos para detener el movimiento de las aspas y la utilizaciónde aspas aerodinámicas en forma de hélice, que incrementan el rendimiento de los molinoscon vientos débiles.

El uso de las turbinas de viento paragenerar electricidad comenzó enDinamarca a finales del siglo pasado yse ha extendido por todo el mundo.

Los molinos para el bombeo de aguase emplearon a gran escala durante elasentamiento en las regiones áridas deloeste de Estados Unidos.

Moderna turbina del tipo Savonius

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TURBINAS DE VIENTO MODERNASLas modernas turbinas de viento se mueven por dos procedimientos: el arrastre, en el que elviento empuja las aspas, y la elevación, en el que las aspas se mueven de un modo parecido alas alas de un avión a través de una corriente de aire. Las turbinas que funcionan por elevacióngiran a más velocidad y son, por su diseño, más eficaces.

Las turbinas de viento pueden clasificarse en turbinas de eje horizontal, en las que los ejesprincipales están paralelos al suelo y turbinas de eje vertical, con los ejes perpendiculares alsuelo. Las turbinas de ejes horizontales utilizadas para generar electricidad tienen de una a tresaspas, mientras que las empleadas para bombeo pueden tener muchas más. Entre las máquinasde eje vertical más usuales destacan las Savonius, cuyo nombre proviene de sus diseñadores,y que se emplean sobre todo para bombeo; y las Darrieus, una máquina de alta velocidad quese asemeja a una batidora de huevos.

Turbina de eje vertical del tipo Savonius

Turbina de eje vertical del tipo Darrieus, con los ejes perpendiculares al sueloPagina 31

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MOLINO PARA BOMBEAR AGUAEs un molino con un elevado momento de torsión y de baja velocidad, se emplean sobre todopara drenar agua del subsuelo. Estas máquinas se valen de una pieza rotatoria, cuyo diámetrosuele oscilar entre 2 y 5 m, con varias aspas oblicuas que parten de un eje horizontal. La piezarotatoria se instala sobre una torre lo bastante alta como para alcanzar el viento. Una largaveleta en forma de timón dirige la rueda hacia el viento. La rueda hace girar los engranajes queactivan una bomba de pistón. Cuando los vientos arrecian en exceso, unos mecanismos deseguridad detienen de forma automática la pieza rotatoria para evitar daños en el mecanismo.

GENERADORES ELÉCTRICOSLos científicos calculan que hasta un 10% de la electricidad mundial se podría obtener degeneradores de energía eólica a mediados del siglo XXI.

Para producir energía eléctrica a partir del viento se requiere un generador eólico. Se fundamentaen el mismo principio que los molinos de viento. Consiste en una turbina eólica cuya energía esproporcional al cubo de la velocidad del viento. Por lo tanto, sólo es de interés cuando el vientoes suficientemente fuerte (más de 20 km./hora) y sopla con regularidad.

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PARTES DEL GENERADOR EÓLICOUn generador eólico está constituido por:

1-2-3 Las Aspas: El aire pasa sobre la parte superior del aspa más rápido que sobre las parteinferior. La velocidad más alta sobre el aspa provoca un ascenso o tirón hacia arriba que lahace girar sobre el eje 5 que conecta al generador. Este principio es el que mantiene las avesy aeroplanos en vuelo.

11 Un generador de Electricidad: El movimiento rotatorio se transfiere directamente a travésdel eje al generador, de esta forma se induce una corriente eléctrica.

15 Torre de soporte: Es una estructura en la cual van montadas las aspas y el generador deelectricidad

Cables de tensión: Son cables que sirven de soporte para sostener la torre y que no sea derribadapor el viento.

Sistema de orientación de las palas del rotor: Capaces de variar su posición para que las palasestén siempre perpendiculares y así aprovechar su energía.

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12-13-14 Sistema de regulación: Permiten que las aspas del rotor giren siempre a velocidadconstante.Los generadores de turbina de viento tienen estos y otros componentes. El rotor convierte lafuerza del viento en energía rotatoria del eje, una caja de engranajes aumenta la velocidad y ungenerador transforma la energía del eje en energía eléctrica. En algunas máquinas de eje hori-zontal la velocidad de las aspas puede ajustarse y regularse durante su funcionamiento normal,así como cerrarse en caso de viento excesivo. Otras emplean un freno aerodinámico que convientos fuertes reduce automáticamente la energía producida. Las máquinas modernascomienzan a funcionar cuando el viento alcanza una velocidad de unos 19 km/h, logran su máximorendimiento con vientos entre 40 y 48 km/h y dejan de funcionar cuando los vientos alcanzan los100 km/h. Los lugares ideales para la instalación de los generadores de turbinas son aquellosen los que el promedio anual de la velocidad del viento es de cuando menos 21 km/h.

LAS GRANJAS DE VIENTO

La energía eólica, que no contamina el medio ambiente con gases ni agrava el efecto invernadero,es una valiosa alternativa frente a los combustibles no renovables como el petróleo. Losgeneradores de turbinas de viento para producción de energía a gran escala y de rendimientosatisfactorio tienen un tamaño mediano (de 15 a 30 metros de diámetro, con una potencia entre100 y 400 kW). Algunas veces se instalan en filas y se conocen entonces como granjas deviento. En California se encuentran algunas de las mayores granjas de viento del mundo y susturbinas pueden generar unos 1.120 MW de potencia (una central nuclear puede generar unos1.100 MW).El precio de la energía eléctrica producida por este medio resulta competitivo con otras muchasformas de generación de energía. En la actualidad Dinamarca obtiene más del 2% desuelectricidad de las turbinas de viento, también empleadas para aumentar el suministro deelectricidad a comunidades insulares y en lugares remotos. En España se inauguró en el año1986 un parque eólico de gran potencia en Tenerife, Canarias. Más tarde se hicieron otrasinstalaciones en distintos lugares de ese país. La energía eólica supone un 6% de la producciónde energía primaria en los países de la Unión Europea.

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Los generadores a veces se instalan en filas y se conocen entonces como granjas de viento

VENTAJAS DE LA ENERGÍA EÓLICAEntre las ventajas de este tipo de energía renovable podemos citar las siguientes:

- Evita la importación de carbón, petróleo y materiales radiactivos (favorece elautoabastecimiento).

- Evita grandes impactos ambientales como la lluvia ácida y el efecto invernadero.

- Es barata y no produce residuos.

- La tecnología necesaria para instalarla es sencilla.

- Crea puestos de trabajo.

- Los espacios ocupados pueden permitir la actividad agrícola.

- No depende del cambio del mercado internacional.

DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA EÓLICALas desventajas son realmente muy pocas, entre estas podemos citar:

- Los impactos sobre la fauna y flora.

- Seguridad para evitar los accidentes provocados al caer los aerogeneradores.

- Ruido.

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TURBINA SAVONIUSMateriales

· Botella de plástico de 1.5 litros· base de madera· Pegamento. Imanes. Trozo de alambre grueso. Un led. Alambre esmaltado de 0,4mm

CONSTRUCCIONEste es un sencillo aerogenerador del tiposavonius que se puede hacer con pocosmateriales. Se pueden usar los materiales quetengamos a la mano, por esta razón no se dandimensiones.1. Tomamos los imanes y los sujetamos pormedio de pegamento en la base de plàstico ocartón cortada en forma de disco. En la foto semuestra el uso de un disco de plástico en desuso.

2. Ahora tomamos el alambre de cobreesmaltado y sobre un trozo de cartón enrollamosunas 300 espiras del alambre.Debemos hacer cuatro de estas bobinas ysuejtarlas tal como se ve en la foto. Se conectancada una raspando los extremos de los alambrescon lija para quitar el esmalte. Se conecta elextremo exterior con el interio de la siguientebobina.Luego se sujetan todas las bobinas en una basede madera. Las terminales de dos de las bobinasse conectan a los extremos de un Led.

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3. Ahora se hacen las paletas del molin, paraesto tomamos dos trozos rectangulares decartulina o papel grueso y encolamos en unaforma con dos mitades semicirculares tal comose ve en la foto. Debido a que usamos plástico,hemos hecho unas hendiduras en el borde paraque el papel se sujete mejor con el pegamento.

4. Luego se toma una varilla de madera de formacilíndrica (nosotros usamos una varilla paracocinar carne a la parrilla) y la introducimos porel medio de las paletas y nos aseguramos queestén perfectamente equilibradas.Posteriormente se asegura todo el conjunto conpegamento de silicona caliente en barra.

5. Ahora tomamos un trozo de alambre grueso yhacemos un rizo al centro, en donde irá elextremo superior del eje (varilla de madera) delas paletas. Calculamos la altura de las paletas ydoblamos el alambre y sujetamos los extremosen la base de madera.Las paletas deben girar libremente y los imanesno deben quedar muy arriba de las bobinas nitampoco deben tocarlas. Antes de sujetardefinitivamente se coloca un cartón que sirve deespaciador. Luego comprobamos que laspaletas giren libremente tal como se ve en la foto.No nos olvidemoscomprobar la verticalidad delconjunto para qeu las paletas girencorrectamente.En la foto en que se muestra las paletas girandose puede apreciar que el led se enciende.

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ENERGÍA GEOTÉRMICA

La energía geotérmica usa la energía de los geíseres que expulsan agua caliente y las aguastermales.

QUE ES LA ENERGIA GEOTERMICASe llama energía geotérmica a la que se encuentra en el interior de la tierra en forma de calor,como resultado de la desintegración de elementos radiactivos y el calor permanente que seoriginó en los primeros momentos de formación del planeta.

Esta energía se manifiesta por medio de procesos geológicos como volcanes en sus fasespóstumas, los geíseres que expulsan agua caliente y las aguas termales.

Para poder extraer esta energía es necesaria la presencia de yacimientos de agua cerca deestas zonas calientes. La explotación de esta fuente de energía se realiza perforando el suelo yextrayendo el agua caliente.

Si su temperatura es suficientemente alta, el agua saldrá en forma de vapor y se podráaprovechar para accionar una turbina.

USOS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICABalnearios: Aguas termales que tienen aplicaciones para la salud.

Calefacción y agua caliente.

Electricidad: La conversión de la energía geotérmica en electricidad consiste en la utilizaciónde un vapor, que pasa a través de una turbina que está conectada a un generador, produciendoelectricidad.

Extracción de minerales: Se obtienen de los manantiales azufre, sal común, amoniaco, metanoy ácido sulfídrico.

Agricultura y acuicultura: Para invernaderos y criaderos de peces.

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VENTAJAS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA- Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior.

- Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originadospor el petróleo, carbón, etc.

DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA- Emisión de ácido sulfídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandescantidades no se percibe y es letal.

- Emisión de CO², con aumento de efecto invernadero.

- Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoniaco, etc.

- Contaminación térmica.

- No se puede transportar.

COMO SE APROVECHA LA ENERGÍAGEOTÉRMICALas plantas geotérmicas aprovechan el calorgenerado por la tierra. A varios kilómetros deprofundidad en tierras volcánicas los geólogos hanencontrado cámaras magmáticas, con roca a varioscientos de grados centígrados. Además en algunoslugares se dan otras condiciones especiales comoson capas rocosas porosas y capas rocosasimpermeables que atrapan agua y vapor de agua aaltas temperaturas y presión y que impiden que éstossalgan a la superficie. Si se combinan estascondiciones se produce un yacimiento geotérmico.

El vapor continúa hacia las turbinas que con surotación mueve un generador que produce energíaeléctrica. Después de la turbina el vapor escondensado y enfriado en torres y lagunas.

La geotermia es una alternativa energética que debería incrementarse, aprovechando endiferentes procesos, como en cascada, el agua cada vez menos caliente que se saca delsubsuelo. Podría usarse en procesos industriales la energía que desprende el líquido a altatemperatura, agua menos caliente en algunos tratamientos textiles o de la industria de alimentosy tibia para llevarla a balnearios sin necesidad de utilizar combustibles ni electricidad paracalentar en calderas.

La energía geotérmica se convierte en electricidad usando el vapor, que pasa a través de unaturbina que está conectada a un generador, produciendo electricidad

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En centrales geotérmicas, el vapor y el calor y el agua caliente de las reservas geotérmicasproporcionan la fuerza que hace girar los generadores de turbina y produce electricidad. Elagua geotérmica utilizada es posteriormente devuelta a inyección al pozo hacia la reserva paraser recalentada, para mantener la presión y para sustentar la reserva.

Las plantas geotérmicas, como las eólicas o solares, no queman combustibles para producirvapor que gire las turbinas. La generación de electricidad con energía geotérmica ayuda aconservar los combustibles fósiles no renovables, y con el menor uso de estos combustibles,reducimos las emisiones que ensucian nuestra atmósfera. Hay un aire sin humo alrededor delas plantas geotérmicas, de hecho algunas están construidas en medio de granjas de cerealeso bosques, y comparten tierra con ganado y vida silvestre local.

El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipode plantas. Las instalaciones geotérmicas no necesitan intervenir ríos o talar bosques, y no hayinstalaciones mineras, túneles, piscinas de desecho ni fugas de combustible.

Desde que la primera electricidad generada geotérmicamente fue producida en Larderello,Italia, en 1904, el uso de la energía geotérmica para electricidad ha crecido a lo largo del mundohasta 7.000 MW en 21 países. Sólo Estados Unidos produce 2.700 MW de electricidad porenergía geotérmica, electricidad comparable a la producida quemando 60 millones de barrilesde petróleo al año.

Magma

Fluido

Silenciador

Separador Generador Silenciador

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TURBINAGEOTERMICAEXPERIMENTAL

Este es un modelo de la forma en que funcionauna turbina en una central geotérmica.

MATERIALESLos materiales que usaremos son los siguientes:un trozo de lata, una lata pequeña de pintura, untrozo de alambre grueso y accesorios de meccano(opcional).

CONSTRUCCION1. El primer paso consiste en construir la ruedapelton de un trozo de lata. Trazamos un círculo enla lata, alrededor del eje central y luego otro másgrande. Luego dividimos el círculo en ocho partesiguales y cortamos con unas tijeras para lata elcírculo mayor. Obtendremos un disco al que hayque cortar a lo largo de las divisiones, hacia elcentro.

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2. Torcemos cada aleta obtenida hacia la izquierda enun ángulo de unos 70 grados. Hacemos un agujero almedio en donde deberá caber el alambre grueso, queserá el eje. Debe estar bien al centro para que no seproduzca vibración al girar. El disco se sujeta al alambrecon soldadura..

3. Se usan dos barras de un juego de meccano de unalongitud igual a la altura de la lata que usaremos. Si nodisponemos de estas barras se pueden usar dos tirasde metal, latón grueso o incluso doslistones gruesos de madera. En un extremo se deberáperforar un agujero por le cual pasará el alambre quehace de eje. La manera más fácil de asegurar las barrasconsiste en atarlas con alambre delgado, las barras nose pueden soldar a la lata porque el calor podría derretirla soldadura. Antes de asegurar las barras se coloca larueda haciendo pasar su eje por los agujeros, luegohacemos subir y bajar las barras hasta que la ruedapelton quede bien horizontal. La rueda debe estar a unos5 cm de la tapa de la lata de pintura o de leche en polvo(la caldera). Debemos hacer una perforación en la tapade la caldera, la que además debe ser a presión y NO arosca. Este agujero debe tener un diámetro no mayorque la cabeza de un alfiler y quedar justo por debajo delas aletas de la rueda pelton y un poco por delante. Elbuen funcionamiento de la turbina depende de laposición de este orificio lo cual se logra experimentando.

FUNCIONAMIENTOLlenamos la lata (o caldera) con agua hasta la mitad ydespués de taparla bien la colocamos sobre unahornalla.Al hervir el agua saldrá un chorro de vapor queserá dirigido contra las aletas, lo que hará girarvelozmente a la rueda pelton.

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ENERGÍA HIDRÁULICA

QUE ES LA ENERGÍA HIDRÁULICALa energía hidráulica es la que seobtiene de la caída del agua desdecierta altura a un nivel inferior, lo queprovoca el movimiento de ruedashidráulicas o turbinas. La hidroelectricidades un recurso natural disponible en las zonasque presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiereconstruir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas yequipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas dedinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo sonbaratos, aunque el coste de mantenimiento de una central térmica, debido al combustible, seamás caro que el de una central hidroeléctrica.

COMO SE APROVECHAEl aprovechamiento de la energía hidráulica se lleva a cabo en las centrales hidroeléctricas,normalmente situadas en los embalses. Una central hidroeléctrica consta de las siguientes partes:

Embalse: Lugar donde se acumula el agua del río. Además regula el caudal del río.

Tuberías forzadas: Enlazan el embalse con la sala de máquinas, y soportan gran presión.

Canal de descarga: Canal por el que se redistribuye el agua al río.

Central o sala de máquinas: Edificio donde se sitúan:

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- Turbinas: Máquinas en las que se transforma energía cinética del agua en energía de rotación.- Generador- alternador: Dispositivo unido a la turbina que convierte la energía de rotación enenergía eléctrica.

- Transformador: Transforma la energía que se produce en el generador en una corriente debaja intensidad, para transportarla a largas distancias de la central.

Embalse

Tuberías forzadas Canal de descarga

Central o sala de máquinas

Turbinas

Generador

Transformador

RepresaLineas deDistribucion

VENTAJAS DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICALas ventajas de la energía hidráulica son: que es renovable, no contaminante y que producemucha energía.

DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICALos inconvenientes de la energía hidráulica son: que es muy caro construir sus infraestructuras,depende de los factores climáticos, supone un impacto medioambiental ya que se inundanvalles.

QUIENES LAINVENTARONLos antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedashidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales decarga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes

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ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos. Laenergía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, queconstruyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.

La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó lasindustrias textil y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX.Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la maderapoco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevasciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales amediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio. Las presas y los canaleseran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el desnivel eramayor de cinco metros.

DESARROLLO DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICALa primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. Elrenacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguidodel perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidada principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importantede la producción total de electricidad. La tecnología de las principales instalaciones se hamantenido igual durante el siglo XX.

Los generadores están situados justo encimade las turbinas y conectados con árbolesverticales. El diseño de las turbinas dependedel caudal de agua; las turbinas Francis seutilizan para caudales grandes y saltos mediosy bajos, y las turbinas Pelton para grandessaltos y pequeños caudales.

Turbina o rueda Peltondel tipo moderno

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Además de las centrales situadas en presas de contención, que dependen del embalse degrandes cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la caída natural delagua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman de agua fluente. Una de ellases la de las Cataratas del Niágara, situada en la frontera entre Estados Unidos y Canadá.

A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidaderan Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centraleshidráulicas.

Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%),Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil yParaguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Comoreferencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 Mw y es una de lasmás grandes.

En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entreun kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presasson la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando estesistema con buenos resultados.

GENERADOR

Estator

Rotor Eje de la Turbina

Paletas

Flujo deAgua

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GENERADOR HIDRAULICOEste generador hidráulico experimental se construye con materiales fáciles de conseguir por lacasa. La turbina pelton en sí está hecha de cucharas de plástico y el generador es un arreglo debobinas e imanes cuya interacción generan la electricidad.

COMO FUNCIONAN LOS GENERADORES

En 1831 el científico Miguel Faraday realizó unexperimento el siguiente experimento: cuandomovía un imán en una bobina de alambre, seproducía electricidad en el alambre. Laelectricidad sólo se producía cuando se movíael imán dentro de la bobina de alambre, si elimán permanecía inmóvil no se producíaelectricidad. Este efecto se conoce como“Inducción electromagnética” o “efecto faraday”.

MATERIALES

Usaremos: Alambre esmaltado No.30 AWG,imanes, plástico o cartón, un corcho mediano,cucharas de plástico, un trozo de alambregrueso o palito de pacumuto y una brújula(opcional).

CONSTRUCCION

1. Primero debemos construir el generador deelectricidad. Este consiste de cuatro bobinasde alambre esmaltado, cada una de 300 a 400vueltas de alambre esmaltado No. 30 o másdelgado, aunque se puede usar cualquieralambre esmaltado que se encuentre a mano.Debemos envolver éste sobre una formacilíndrica, como un trozo de cartón enrollado oun envase de plástico.

2. Luego tomamos el alambre enrollado yaseguramos los costados con cinta aislantepara que éste no se desenrolle. Necesitaremoscuatro bobinas.

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3. Ahora debemos limpiar el esmalte de los extremosdel alambre de las bobinas (con papel de lija) y unirlasen serie, es decir unir extremo con extremo formandouna “cadena”. Luego comprobamos con un tester silos alambres están bien conectados entre sí.

4. Una vez comprobadas las coneccionesprocedemos a sujetar con silicona caliente lasbobinas a un disco de cartón o, mejor aún, deplástico.

5. Conseguimos cuatro imanes obtenidos deparlantes en desuso o similares y con ayuda de unabrújula encontramos el polo norte de cada uno deellos. Si no tenemos una brújula a mano,simplemente tomamos una aguja pequeña y lafrotamos contra un imán, luego la colocamos sobreun trocito de papel y hacemos flotar en un plato conagua. Con esta brújula casera podremos que todoslos polos de cada imán coincidan.

6. Encolamos los imanes en un disco con las mismasdimensiones y el material que el anterior disco. Paraesto usamos la silicona caliente. Los imanes debencoincidir en el polo que va hacia abajo.

7. Como podemos ver en la fotografía, se colocanlos imanes en la misma posición en la que secolocaron las bobinas en el otro disco. Pero dejandoun espacio con relación al borde. Posteriormente,cada imán debe ir sobre la parte central de lasbobinas.

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8. Luego tomamos un corcho de tamaño medianoy le hacemos 8 marcas espaciadasuniformemente. Para esto hacemos unas marcasen una hoja de papel cuidando que estas seencuentren a igual distancia unas de otras, luegocolocamos el corcho sobre la plantilla y hacemosla marcas. Posteriormente perforamos unosagujeros grandes en cada una de las marcas.

9. Tomamos 8 cucharillas de plástico, lescortamos el mango dejando unos 3 cm, afilamosun poco las puntas con una cuchilla e insertamoscon cuidado cada una de ellas en lasperforaciones hechas en el corcho. Con esto yatendremos lista una turbina pelton.

10. Ahora necesitamos hacer el contenedor detodo el conjunto, el cual no es más que un bidónde plástico de forma aplanada. Con ayuda de unastijeras cortamos la base del bidón y hacemos unaperforaciones a los costados para que entre enestas el eje de alambre grueso o varilla de maderapara sujetar carne a la parrilla.

11. Luego perforamos el corcho por el medio, lomismo que los dos discos. El disco con lasbobinas debe tener un agujero más grande puestoque el eje debe girar en este libremente y sin hacerfricción. Luego encolamos el disco con las bobinashaciendo coincidir con uno de los agujeros delcostado del bidón, tal como se ve en la foto al lado.

12. Tomamos la turbina pelton , la introducimosen el bidón y hacemos pasar el eje de alambre opalito de pacumuto tal como se ve en el dibujo.Para evitar que la turbina se vaya a los costadoshay que colocar unos tubos de plástico, que seobtienen de puntabolas en desuso.

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13. El rotor, que es la parte que gira con ayuda de laturbina es el disco con los imanes. El disco con lasbobinas se llama estator. Debemos cuidar de que losimanes estén cerca de las bobinas, pero no debentocarlas ni interferir en el giro. Si esto ocurre sepueden aplanar un poco las bobinas.

Finalmente solo queda hacer ingresar agua por laboquilla del bidón con ayuda de una manguera ydirigiendo el chorro hacia las cucharas. El bidóncumple la función de evitar que el agua salpique ytambién funciona como soporte para todo el aparato.La corriente producida pueda que no sea lo suficientecomo para encender un foquito pero si puede hacerfuncionar un Led. De todas maneras hay quecomprobar primero su funcionamiento con ayuda deun tester.

Bidon

Bobinas

Imanesen disco

Tubos de plástico

Eje

Cucharas

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Usemos la energía renovable que es mas barata.

Podemos y debemos aprovechar lo que Dios nos da paravivir en paz con su creación.

Miguel Vargas

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Este libro se terminó en la ciudad de La Paz, Bolivia en el año 2006.Todos los Derechos Reservados

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sin el permiso por escrito del autor.

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