Energía renovable - Guía rápida

Renewable energyes un término que se utiliza para referirse a las formas de energía que se obtienen de forma natural del medio ambiente y de fuentes que se pueden reponer de forma natural. Estos incluyen energía solar, energía eólica, energía geotérmica, energía hidroeléctrica y biomasa.

El término energía renovable no debe confundirse con energía alternativa, que describe fuentes de energía fuera de las formas regulares como la gasolina que se consideran más amigables con el medio ambiente o menos dañinas.

Ventajas de las energías renovables

Las ventajas de utilizar fuentes de energía renovables son:

• Menor costo de mantenimiento ya que la mayoría de las fuentes implican pocas o ninguna parte móvil, por lo tanto, menos daños mecánicos.

• Son económicos y pueden reducir los costos gastados en combustibles fósiles.

• Emiten pocos o ningún desperdicio al medio ambiente.

• Las fuentes de energía renovable no se agotan. Por tanto, tienen mejores perspectivas de futuro.

Fuentes de energía solar

Este tutorial explica cinco fuentes principales de energía renovable. Cada fuente se revisará brevemente, aunque se proporcionará una discusión detallada en los capítulos siguientes.

• Solar energy- La energía del Sol se conoce como energía solar. La energía solar podría utilizarse como solar activa o solar pasiva. La energía solar activa se consume directamente en actividades como secar la ropa y calentar el aire. La tecnología ha proporcionado varias formas de utilizar este abundante recurso.

• Geothermal energy- Se refiere a la energía térmica almacenada bajo tierra durante millones de años a través de la formación de la tierra. Utiliza un rico almacenamiento de energía térmica no utilizada que existe debajo de la corteza terrestre.

• Hydro-power - Ésta es una de las principales fuentes de energía renovable que se utiliza hoy en día en todo el mundo para producir electricidad.

• Wind energy - En la antigüedad, la energía eólica se utilizaba para mover barcos al impactar en las velas.

• Biomass energy - En generación de energía, se refiere a plantas de residuos que se utilizan para generar energía por combustión.

La energía solar es la energía que se obtiene al capturar el calor y la luz del sol. La energía del Sol se conoce como energía solar. La tecnología ha proporcionado varias formas de utilizar este abundante recurso. Se considera una tecnología verde porque no emite gases de efecto invernadero. La energía solar está disponible en abundancia y se ha utilizado desde hace mucho tiempo como electricidad y como fuente de calor.

La tecnología solar se puede clasificar en términos generales como:

• Active Solar- Las técnicas solares activas incluyen el uso de sistemas fotovoltaicos, energía solar concentrada y calentamiento solar de agua para aprovechar la energía. La energía solar activa se consume directamente en actividades como secar la ropa y calentar el aire.

• Passive Solar - Las técnicas solares pasivas incluyen orientar un edificio hacia el Sol, seleccionar materiales con masa térmica favorable o propiedades de dispersión de la luz y diseñar espacios que hagan circular el aire de forma natural.

Conversión de energía solar

La energía solar es la energía que se obtiene al capturar el calor y la luz del sol. El método de obtención de electricidad a partir de la luz solar se conoce como método fotovoltaico. Esto se logra utilizando un material semiconductor.

La otra forma de obtener energía solar es a través de tecnologías térmicas, que dan dos formas de métodos de aprovechamiento de energía.

• La primera es la concentración solar, que concentra la energía solar para impulsar turbinas térmicas.

• El segundo método son los sistemas de calefacción y refrigeración que se utilizan en el calentamiento solar de agua y el aire acondicionado, respectivamente.

El proceso de convertir la energía solar en electricidad para utilizar su energía en las actividades diarias se detalla a continuación:

• Absorción de partículas portadoras de energía en los rayos solares llamados fotones.

• Conversión fotovoltaica, dentro de las células solares.

• Combinación de corriente de varias celdas. Este paso es necesario ya que una sola celda tiene un voltaje de menos de 0.5 V.

• Conversión de la CC resultante en CA.

En el próximo capítulo, aprenderemos el método fotovoltaico de convertir la energía solar en electricidad.

Es esencial que tengamos algunos conocimientos básicos de las uniones PN antes de pasar a aprender el concepto de efecto fotovoltaico.

El cruce PN

El PN Junction fue inventado por Russell de los laboratorios Bell en los EE. UU. Se refiere a una unión entre dos semiconductores, es decir, tipo P y tipo N. Russell descubrió que los dos semiconductores tienen un comportamiento interesante en la unión que provoca la conducción en una sola dirección.

Un semiconductor de tipo P tiene agujeros (ausencia de electrones) como portadores de carga mayoritarios. Un semiconductor de tipo N tiene electrones como portadores de carga mayoritarios.

En el diagrama dado arriba, en el cruce -

• Las cargas adicionales se difunden a través de las uniones opuestas, de modo que las positivas en el lado p obtienen cargas negativas y las neutralizan.

• De manera similar, los negativos en el lado N obtienen cargas positivas y las neutralizan.

• Esto forma un margen (m) a cada lado donde se agota la carga adicional para hacer esta región neutral y en un estado de equilibrio. Esta región se conoce comodepletion layer y ningún cargo de ninguno de los lados cruza.

• La capa de agotamiento ofrece una barrera potencial y, por lo tanto, requiere voltaje externo para superarla. Este proceso se llamabiasing.

• Para realizar, en forward biasing, el voltaje aplicado debe bombear electrones (negativos) desde la unión n hacia el lado p de la unión. El flujo continuo de corriente garantiza un movimiento constante de electrones para llenar los huecos, por lo tanto, la conducción a través de la capa de agotamiento.

• Invertir el voltaje aplicado, en un proceso llamado reverse biasing, hace que los huecos y los electrones se separen, aumentando la capa de agotamiento.

• Una carga externa está conectada a una celda solar con un terminal positivo conectado a las obleas del lado N y el terminal negativo a las obleas del lado P. Una diferencia de potencial es creada porphotovoltaic efecto.

La corriente obtenida por electrones desplazados por fotones no es suficiente para dar una diferencia de potencial significativa. Por lo tanto, la corriente está contenida para causar más colisiones y liberar más electrones.

Efecto fotovoltaico

Una celda solar utiliza el concepto de unión pn para capturar la energía solar. La siguiente figura muestra el nivel de fermi de un semiconductor.

Para que un semiconductor conduzca, los electrones deben cruzar la brecha de energía desde la banda de valencia hasta la banda de conducción. Estos electrones requieren algo de energía para desprenderse y moverse a través de la brecha de valencia. En las células solares, los fotones emitidos por el Sol proporcionan la energía necesaria para superar la brecha.

Un fotón incidente en la superficie podría ser absorbido, reflejado o transmitido. Si se refleja o se transmite, no ayuda a desalojar un electrón y, por lo tanto, se desperdicia. Por lo tanto, se debe absorber un fotón para proporcionar la energía necesaria para desalojar y mover electrones a través del espacio de valencia.

Si E _ph es la energía de un fotón y EG es la energía umbral para cruzar la brecha de energía, entonces los posibles resultados, cuando el fotón golpea la superficie de un semiconductor son:

• E_ph < E_G - En este caso, el fotón no alcanza el umbral y simplemente lo atravesará.

• E_ph = E_G - El fotón tiene el umbral exacto para desalojar un electrón y crear un par de electrones huecos.

• E_ph > E_G- La energía de los fotones supera el umbral. Esto crea un par electrón-hueco, aunque es un desperdicio, ya que el electrón retrocede por el espacio de energía.

Absorción de radiación solar

En la mayoría de los casos, el coeficiente de absorción del semiconductor se utiliza para determinar la eficiencia de absorción de energía del sol. Coeficiente bajo significa absorción deficiente. Por lo tanto, qué tan lejos llega un fotón es un factor tanto del coeficiente de absorción ( α ) como de la longitud de onda de la radiación ( λ ).

$$\alpha\:=\:\frac{4\pi k}{\lambda}$$

Donde, k es el coeficiente de extinción.

Para construir un panel solar, se requieren varias células solares hechas de silicio dopado, como se ha discutido anteriormente. Estas celdas están conectadas en serie para sumar la corriente resultante. Esto proporciona tiras de celdas agrupadas llamadas módulo. Un solo módulo podría construirse en un panel solar o combinarse con otros en los casos en que se requiera un panel grande.

Un panel solar consta de varias capas que intercalan las células fotovoltaicas. Estas capas se utilizan para proteger las células frágiles.

A continuación se muestra una ilustración de las capas:

Las capas constan de las siguientes partes:

• Cover Glass- Esta es la cubierta superior y es transparente para permitir la entrada de luz. Evita que las células sufran daños mecánicos. Está hecho de vidrio duro para evitar que se raye.

• Non-reflective layer- El silicio puede reflejar la mayor parte de la luz solar. Por lo tanto, esta capa se utiliza para contrarrestar esto y garantizar la máxima absorción de fotones. En otras palabras, ayuda a maximizar la absorción.

• Contact grid- En esta capa, todos los contactos que se unen de arriba a abajo de las celdas están conectados entre sí. El contacto se extiende a las partes externas del panel como controlador de carga, caja de combinación y almacenamiento de batería o sistema de rejilla.

• P and N Silicon plates- Esta capa es en realidad una combinación de dos capas: la capa de silicio dopado N y la capa de silicio dopado P. Esta capa le da al panel solar su color.

• Back plate- Se trata de una capa dura para soportar los paneles fotovoltaicos cristalinos. A veces, se pueden usar fibras sintéticas flexibles para paneles de tipo película delgada.

El marco de aluminio se utiliza para enmarcar el panel y hacerlo resistente a la intemperie. Los beneficios son:

• El marco proporciona un medio para montar el panel en superficies como tejados.

• El marco es lo suficientemente ajustado para proteger el panel contra condiciones climáticas extremas, como tormentas.

El panel solar también debe estar bajo cuidado constante para evitar que las partículas de polvo descansen sobre él. Durante el proceso de instalación, los paneles deben fijarse en ángulo para recibir la máxima luz. Se debe colocar una batería proporcional en los casos de no uso directo, para evitar desperdicios.

La eficiencia se refiere a la relación entre la entrada de energía y la salida de energía. En el caso de una fotovoltaica, la eficiencia es la relación entre la producción de energía en términos de electricidad y la energía solar incidente en la celda.

Ahora, Potencia de salida, p _m = Voltaje (v) * corriente (I) en el circuito (valor máximo).

Y, Potencia de entrada P _i = Energía incidente G (Wm ^-2 ) * Área de superficie de la celda, A (m ² ).

Por lo tanto, la eficiencia se calcula como:

$$\eta\:=\:\frac{P_{m}}{G\: \times\:A_{c}}$$

Donde, P _m debe ser la potencia máxima del circuito. Se obtiene usando el voltaje en circuito abierto (V _oc ) y la corriente en cortocircuito (I _sc ) y el factor de llenado (FF).

$$P_{max}\:=\:V_{OC}I_{SC}FF$$

Estas medidas deben medirse en condiciones estándar, es decir, 25 ° C, masa de aire de 1,5 gm ^-3 y energía incidente, G de 1000Wm ^-2 .

Los factores que afectan la producción de una celda fotovoltaica incluyen:

• La longitud de onda de la luz incidente.
• Recombinación de electrones y huecos.
• Resistencia eléctrica
• Temperature
• Factor de llenado
• Factor de reflexión del material

Por lo tanto, para maximizar la potencia, la celda debe construirse para tener un mayor relleno, es decir, una superficie utilizada. El posicionamiento de una celda solar también determina su salida por dos razones. Primero, el ángulo determina el nivel de reflexión en la celda y, en segundo lugar, el posicionamiento determina la cantidad de luz solar capturada desde las 9 am hasta las 3 pm. Para una máxima eficiencia, es importante evitar sombras en las células.

La tecnología fotovoltaica utiliza dos tecnologías; la forma cristalina y el silicio amorfo. Lo amorfo es todavía una exploración nueva y puede llevar más tiempo lograr un rendimiento óptimo.

Células cristalinas

La tecnología de silicio cristalino proporciona dos tipos de células fotovoltaicas:

• Mono-crystalline cells- La célula solar monocristalina se construye a partir de un cilindro de cristal único cortado para producir todas las obleas de la matriz. Las obleas son de forma circular, aunque a veces se pueden cortar en otras variaciones de forma para fines de utilidad de cristal. Se caracteriza por un color azul uniforme. Otras características incluyen:

  • Eficiencia relativamente alta, entre todas las tecnologías fotovoltaicas, disponibles en la actualidad.

  • Las células más caras porque se desarrollan a partir del mismo cristal puro.

  • Las celdas son rígidas y deben estar bien posicionadas y montadas sobre un respaldo rígido.

• Poly-crystalline cells- Estas también se conocen como células cristalinas de malta y se fabrican echando el silicio en un molde cuadrado. El molde resultante se corta luego en varias obleas cuadradas. El bloque cuadrado está formado por varios cristales compuestos por matrices de variaciones azules. Esta es la tecnología detrás de la superficie brillante, similar a una piedra preciosa, de algunos paneles solares en el mercado actual. Las células policristalinas tienen características distintivas que incluyen:

  • Ligeramente menos eficiente en comparación con las células monocristalinas.

  • Más barato que el monocristalino.

  • Menos desperdicio de material (silicio purificado).

  • Dados los paneles solares de la misma especificación, el panel policristalino es ligeramente más ancho que el contraparte monocristalino.

Células amorfas

Thin-Film PVs- El uso de formas amorfas de silicio para fabricar células fotovoltaicas es una nueva técnica que los expertos aún están investigando para frenar los desafíos de las formas cristalinas. Las características de esta tecnología incluyen:

• Son mucho más baratos que las dos formas cristalinas.

• Son flexibles. Por lo tanto, deben tener un montaje móvil para utilizar mejor esta característica. Sin embargo, la forma de la superficie debe adaptarse al panel por motivos de seguridad.

• Menos susceptible a la pérdida de energía debido al desprendimiento de células. Además, son más potentes en un entorno con poca luz.

• Menos duradero. Degeneran gradualmente en términos de producción de energía, especialmente durante el primer mes antes de ganar estabilidad.

• Menos eficiente en la producción de energía y, por lo tanto, cubre un espacio más grande

• La nueva tecnología hace posible que el panel se monte en cristales y superficies curvas.

Propiedades del circuito fotovoltaico

A continuación se muestra un circuito equivalente de una célula fotovoltaica:

Corriente obtenida, I _ph = Área de la celda * Intensidad de la luz, H * factor de respuesta, ξ.

Dado, Pérdida debida a la resistencia del conductor = R _p

Pérdida por conductores no ideales = R _s

Si la celda produce corriente I a un voltaje V, entonces, La relación entre I y U de una sola celda se expresa como -

Actual, $I\:=\:I_{ph}-I_{o}[\exp\lgroup\frac{\lgroup U_{cell}+I_{cell}R_{s}\rgroup}{U_{t}}-1\rgroup]-\frac{\lgroup U_{cell}+I_{cell}R_{s} \rgroup}{R_{p}}$

Donde la tensión térmica viene dada por $U_{t}\:=\:\frac{qkT}{e}$

La temperatura está en Kelvin y K = 1,38 ^-23 (constante de Bowman), e = 1,602e ^-19 .

Obteniendo la máxima I y U, podemos obtener la máxima potencia.

I _max se obtiene cuando V = 0, es decir, cortocircuito, mientras que V _máx se obtiene cuando I = 0, es decir, circuito abierto.

Note - Las celdas en paralelo agregan corriente mientras que las celdas en serie agregan voltaje.

La energía geotérmica se refiere a la energía térmica almacenada bajo tierra durante millones de años a través de la formación de la tierra. Utiliza un rico almacenamiento de energía térmica no utilizada que existe debajo de la corteza terrestre.

Geothermal energyes específico para el sitio, pero puede ser muy económico, especialmente cuando se usa para calefacción directa. Es un desafío estimar la energía de esta fuente, ya que se encuentra bajo tierra a temperaturas extremadamente altas.

La corteza terrestre tiene una inmensa energía térmica (térmica) almacenada durante millones de años. Existe una enorme diferencia de temperatura entre la corteza terrestre y la superficie. La diferencia de temperatura se conoce comogeothermal gradient. Esta energía es suficiente para derretir la roca. La roca fundida, llamada magma, a veces entra en erupción a través de grietas en la superficie de la tierra como volcanes. La energía geotérmica se convierte para producir en electricidad.

La presencia de depósitos geotérmicos en forma de fluido geotérmico caliente es señal de un buen sitio. El sitio debe tener un acuífero poco profundo para permitir la inyección de agua. El producto geotérmico inherente debe estar a unos 300o F.

Ventajas de la energía geotérmica

Las principales ventajas incluyen:

• No se quema combustible ya que el calor se deriva de un abundante depósito subterráneo. La fuente de energía renovable podría solucionar el riesgo de quedarse sin combustibles fósiles.

• No tiene emisiones y produce un 10% de dióxido de carbono, que es muy poco comparado con la cantidad consumida por las plantas.

• A diferencia de otras fuentes de energía renovable (solar, eólica y hídrica), no se ve afectado por si estará disponible y siempre estará disponible durante todo el año.

• La energía geotérmica es relativamente menos costosa, especialmente cuando se usa directamente, por ejemplo, como fuente de calor en invernaderos.

La única desventaja de la energía geotérmica es la liberación de sulfuro de hidrógeno identificado por el característico olor a huevo podrido.

Fuentes geotérmicas mejoradas (EGS)

En algunas fuentes geotérmicas, se inyecta agua en los pozos que contienen depósitos geotérmicos. Dentro de estos depósitos, el agua se sobrecalienta y, por lo tanto, se convierte en vapor. El agua se bombea a una presión muy alta para eliminar las fisuras de la roca.

Parte de la energía geotérmica de temperatura más baja se utiliza directamente como calor. Los invernaderos pueden ser alimentados con esta energía como regulador de temperatura. Esta técnica también se utiliza en la pesca y la recuperación de minerales.

El principio es utilizar energía térmica mediante el calentamiento del agua para convertirla en vapor. La energía geotérmica utiliza altas temperaturas por debajo de la corteza terrestre. El vapor o agua caliente calienta un fluido que a su vez se expande para hacer girar turbinas que generan electricidad.

Hay tres formas que se utilizan. Son los siguientes:

Centrales eléctricas de vapor seco

Básicamente, las estaciones de vapor seco utilizan el vapor que sale de los geodepósitos para calentar un fluido secundario que hace girar turbinas para generar electricidad. El vapor emerge a una temperatura de hasta 150 grados, lo suficientemente caliente como para expandir el fluido en la planta geotérmica. Esta es una de las técnicas más antiguas de electricidad geotérmica. La expansión del fluido secundario produce la energía mecánica necesaria para hacer girar las turbinas para generar electricidad.

Centrales eléctricas de vapor flash

El agua de los pozos sometidos a alta presión se extrae a una región de menor presión. Este cambio de presión vaporiza el agua que emite vapor a alta temperatura. Este vapor se separa del agua y se utiliza para calentar el fluido que hace girar las turbinas del generador. A esta presión, el gas está a una temperatura muy alta.

Centrales eléctricas de ciclo binario

La explotación de la diferencia en los puntos de ebullición, determinada por la densidad, es el método utilizado más recientemente. En el sistema se utiliza un fluido con un punto de ebullición mucho más bajo que el agua. Este método utiliza agua a temperaturas de 58 grados para calentar un fluido secundario de un punto de ebullición más bajo. El agua calienta el fluido y hace que se vaporice, debido a un punto de ebullición más bajo, y hace girar las turbinas para generar electricidad.

La geofísica es un campo de la ciencia que se ocupa de las propiedades de la tierra y sus entornos. Es el estudio de los campos magnéticos y gravitacionales, las propiedades internas de la tierra, los ciclos del agua, la formación de depósitos minerales y las relaciones solares terrestres.

La geofísica se especializa en encontrar recursos debajo de la corteza terrestre y determinar las amenazas potenciales como los terremotos. También implica un análisis cualitativo para identificar los mejores sitios para la minería, la perforación petrolera y los depósitos geotérmicos.

Ramas de la geofísica

Varias ramas de la geofísica son:

• Study of solid earth- Las propiedades de la tierra sólida van desde el estudio tectónico hasta el análisis sísmico de terremotos. Esta rama estudia los depósitos de petróleo y minerales. Las muestras de suelo se analizan en busca de depósitos o texturas inusuales.

• Study of water- Este es el estudio del agua dulce y del agua debajo de la superficie terrestre. El estudio del agua lo realizan hidrólogos que analizan los ciclos del agua y las capas freáticas. La oceanografía, el estudio de los océanos y el suelo debajo, también entra en esta categoría.

• Study of air- El aire es un componente importante de la tierra. El estudio del aire ayuda a predecir las condiciones climáticas y protege contra condiciones extremas como los huracanes.

• Life and geophysics- La interacción de los organismos y la tierra es un factor importante. Es importante señalar que los depósitos de petróleo son el resultado principalmente de la materia en descomposición. Se estudian las condiciones subterráneas para evaluar su efecto sobre la existencia de organismos.

Acuíferos

Algunas rocas, llamadas acuíferos, proporcionan un buen entorno para que el agua fluya de forma natural. Estas rocas son porosas y filtran el agua que corre. Los acuíferos son los mejores sitios donde se perforan pozos para proporcionar un flujo de agua constante. Las rocas que forman buenos acuíferos son arena, granito, conglomerado, arenisca y cal fracturada.

Los acuíferos se encuentran debajo del nivel freático, de modo que las precipitaciones reponen inmediatamente el agua bombeada de los pozos. Los acuíferos son muy importantes para mantener el ciclo del agua en la tierra. Los pozos se perforan en acuíferos rodeados de roca no porosa. Estas rocas generan presión que ayuda a bombear el agua. Este tipo de pozos se conocen como pozos artesianos.

Pruebas de hidrogeología

La hidrogeología utiliza varias pruebas en acuíferos para capturar sus características. Estas pruebas se realizan en ambientes controlados llamados pozos de control.

Las tres pruebas principales son:

• Pumping test- El agua se extrae y se bombea de nuevo al pozo a intervalos constantes. El comportamiento de los pozos vecinos se registra como resultado de los cambios. Esta prueba ayuda a determinar la permeabilidad de los acuíferos que rodean el pozo.

• Slug test- Slug significa un cambio rápido en el nivel del agua. En esta prueba se mide el efecto en los pozos vecinos y el tiempo que tarda en recuperar su nivel original. Esto se podría lograr extrayendo agua del lago o se podría bombear agua al pozo para cambiar drásticamente el nivel.

• Constant-head test- Esto se hace usando un pozo experimental llamado pozo de control. En un pozo de control, la reducción térmica se puede mantener a un nivel. El efecto se registra para los pozos vecinos. Sacar del pozo con regularidad puede dañar el nivel freático. Esto puede causar depresión y causar un flujo anormal.

La energía hidroeléctrica (HEP) es una importante fuente de energía renovable que se utiliza en todo el mundo hoy en día para producir electricidad. Utiliza las leyes básicas de la física. La caída de agua a alta presión tiene una alta energía cinética. En una estación HEP, el agua que cae hace girar las turbinas. Mediante inducción magnética, el generador convierte la energía mecánica de las turbinas en electricidad.

Estación de energía hidroeléctrica

Es la técnica de utilizar agua de presa que cae desde una altura para hacer girar las turbinas de un generador. La energía mecánica se convierte en forma eléctrica y se alimenta al sistema de red nacional. El siguiente diagrama muestra un esquema de una central hidroeléctrica.

La ubicación de una central hidroeléctrica debe ser analizada por un experto para determinar la altura efectiva para la máxima eficiencia. Los sistemas hidráulicos también se utilizan para utilizar el concepto en corrientes de agua más lentas y lentas.

Una ventaja de la energía hidroeléctrica es que el agua está disponible para otro uso después de la generación. Un río con gran caudal y altura de agua es una mejor fuente de energía hidroeléctrica.

La tasa de flujo significa la velocidad a la que el agua pasa por un punto particular del río por segundo. La altura se refiere a la distancia vertical desde la parte superior de la pendiente hasta la central eléctrica.

Se construye una presa con una gran caída para aumentar la energía potencial del agua. La entrada se coloca en la parte inferior donde la presión es más alta. Luego, el agua fluye por gravedad a través de la compuerta. En este nivel, la energía cinética es suficiente para hacer girar las turbinas.

Estimación de potencia

La potencia en una presa se puede estimar por dos factores: el flujo del agua y la cabeza.

• Flowsignifica el volumen que pasa por una sección determinada de un río en un momento dado. El flujo está dado por m ³ / s.

• Head es la distancia vertical por la que cae el agua.

Teóricamente, el poder es directamente proporcional a los factores antes mencionados, es decir

P = Q*H*c

Dónde,

• P - potencia esperada

• Q- el caudal en m ³ / s

• H - Cabeza en m

• c - constante (densidad * gravedad)

Por lo tanto, tomando la densidad del agua como 1000gm ^-3 y la gravedad 1.9 -

P = 1000*1.9*Q*H

Se requiere energía para hacer girar las turbinas de un generador y provocar una inducción electromagnética.

El almacenamiento por bombeo es una técnica que se utiliza para reciclar el agua después de que ha pasado por las turbinas. En particular, el almacenamiento por bombeo mejora la eficiencia general de la presa.

Una central hidroeléctrica tiene tres componentes principales. Ellos son -

• La primera es la presa que crea la cabeza de agua. El agua cae desde la base de la presa a gran velocidad y proporciona energía cinética para hacer girar las turbinas.

• El segundo componente es el depósito. El depósito de agua es el lugar detrás de la presa donde se almacena el agua. El agua del embalse se encuentra más alta que el resto de la estructura de la presa. La altura del agua en el depósito decide cuánta energía potencial posee el agua. Cuanto mayor sea la altura del agua, mayor será su energía potencial.

• El tercer componente es la planta eléctrica donde se produce la electricidad y se conecta a la red.

Evaluación de recursos para instalaciones pequeñas

Antes de instalar una mini-central hidroeléctrica, es importante identificar los recursos cercanos que se pueden aprovechar. Un buen arroyo con un caudal bastante constante (m ³ / s) es un recurso que vale la pena explotar.

Un río con buen caudal puede utilizar la velocidad del agua para hacer girar la rueda hidráulica. Las laderas de montañas o colinas son las más adecuadas para la generación hidroeléctrica. Como se mencionó anteriormente, es necesario considerar tanto la cabecera como el caudal del río para determinar la potencia de salida aproximada.

Conociendo los parámetros, la potencia aproximada se determina de la siguiente manera:

Head in feet * flow in gallons per meter / 10 = power in Watts

La cabeza también podría tener las unidades de Presión para un río parejo.

Método del tubo de manguera

Esta técnica se utiliza para determinar la altura en una corriente baja para una turbina sumergida.

Los requisitos para un método de manguera incluyen una tubería flexible (caballo de jardín preferido), un embudo y un material de medición. El arroyo debe ser lo suficientemente poco profundo para que uno pueda atravesarlo (verifique la profundidad del río antes de comenzar). El procedimiento para instalar un método de tubo de manguera se describe a continuación.

Primero, estire la manguera desde el punto donde el arroyo comienza a inclinarse. En segundo lugar, levante el extremo de la manguera hasta que el agua deje de fluir. Tome la distancia vertical y repita lo mismo para otras secciones hasta llegar al sitio preferido. La siguiente figura ilustra los distintos cabezales de cada sección.

Determining head

Determinar el flujo

El flujo de una corriente normal para una energía hidroeléctrica doméstica podría determinarse mediante los dos métodos siguientes:

• Float method- en esta técnica, se libera un flotador de peso medido en una parte uniforme de la corriente y se registra el tiempo necesario para cubrir la distancia medida. La distancia en metros se divide por el tiempo que se tarda en segundos en obtener la velocidad. Vale la pena señalar que el flotador no debe tocar el suelo. En caso de que sea demasiado pesado como para tocar el lecho del arroyo, se puede elegir un flotador más pequeño.

• Bucket method- Esto se logra represando el arroyo y desviándolo en un balde. A continuación, se registra la velocidad que tarda en llenarse. Esto se hace en galones por segundo. Use un balde con una medida estándar para ser más preciso.

Hay dos grandes clasificaciones de turbinas, a saber, turbinas de impulso y turbinas de reacción. La elección de las turbinas depende de la altura y el caudal. Otros factores a considerar son la profundidad, el costo y la eficiencia requerida.

Turbinas de impulso

En las turbinas de impulso, la velocidad del agua golpea los cubos de la rueda de la turbina para crear energía mecánica. El agua sale por la parte inferior de la turbina después de girar la rueda.

En las turbinas de impulso, la velocidad del agua golpea los cangilones en la rueda de la turbina para crear energía mecánica. El agua sale por la parte inferior de la turbina después de girar la rueda.

Tipos de turbinas de impulso

Las turbinas de impulso son de dos tipos:

• Pelton wheel- Este tipo de rueda tiene chorros que dirigen el agua a un espacio aireado. El agua cae sobre los cubos del corredor y provoca un momento de giro. Esta rueda no requiere tubos de tiro. Se desarrolló una variación llamada turgo-rueda que parece paletas de ventilador encerradas en los bordes. El agua simplemente corre a través de los ventiladores y provoca la rotación. Está diseñado para carga alta y flujo bajo.

• Cross-flow- la rueda tiene una sección en forma de tambor con boquilla alargada y forma rectangular. Las paletas de guía de apertura dirigen el agua hacia el corredor. El agua fluye a través de las cuchillas dos veces cuando entra y sale.

Turbinas de reacción

En las turbinas de reacción, la energía se desarrolla tanto a partir de la presión como del impacto del agua en movimiento porque el corredor está ubicado en el centro de la corriente. En su mayoría, son adecuados para un mayor caudal y menor altura. El agua golpea todas las cuchillas en lugar de una cuchilla individual a la vez.

Las turbinas de reacción son de tres tipos:

• Propeller turbinestener un corredor con tres a seis palas. El agua golpea todas las palas constantemente a una presión constante para equilibrar el corredor. Hay variaciones de turbina de hélice, es decir, bulbo, Kaplan, tubo y straflo.

• Francis turbineusa un corredor con nueve o más cubos fijos. Se permite que el agua fluya justo por encima de la turbina para crear un movimiento giratorio constante.

• Free-fallLas turbinas utilizan la energía cinética del agua y no la energía potencial utilizada por la mayoría de las turbinas. Es por eso que estos se conocen comúnmente comokineticturbinas. Operan en un entorno natural de arroyos y ríos. También pueden operar con mareas oceánicas.

La energía hidroeléctrica podría utilizarse para consumo doméstico cuando hay un flujo de agua constante. En la mayoría de los casos, el flujo y la caída no proporcionan suficiente energía para hacer girar las turbinas convencionales. Para resolver este problema, hoy en día se encuentran disponibles en el mercado pequeños sistemas denominados microhidráulicos. Los sistemas están compuestos por pequeños generadores instalados en los ríos o arroyos y funcionan con turbinas de impulso. De hecho, la mayoría usa la rueda Pelton.

Componentes de una central hidroeléctrica

Los siguientes son los componentes principales de una microcentral hidroeléctrica:

• Intake- La posición del generador debe estar cerca de una entrada. Esto podría lograrse represando el agua para establecer la altura necesaria y aumentar la presión.

• Penstock- Es una región de caída gravitacional de la ingesta. Para proyectos microhidráulicos, se utilizan tuberías desde la entrada hasta el corredor de la turbina.

• Turbines- El tipo de turbina a utilizar depende del tamaño de la corriente y la salida deseada. Para la mayoría de las hidros pequeñas, una rueda de pelton es eficiente. En casos de carga baja, se pueden usar turbinas de reacción sumergibles, en cuyo caso la presión del agua hace girar las palas.

• Controls- Los controles evitan la sobrecarga de la batería. Regulan esto al desviar el exceso de potencia a la carga de descarga.

• Dump load- Este es simplemente un destino alternativo de alta resistencia que se utiliza cuando la batería está completamente recargada. Pueden incluir calentadores de agua o incluso sistema de aire acondicionado.

• Battery- Los sistemas microhidráulicos no producen una gran potencia como los sistemas de CA convencionales. Para utilizarlo para una serie de necesidades de energía, es necesaria la acumulación de energía. Las baterías proporcionan un medio para almacenar la energía en la cantidad deseada. También proporcionan energía durante cortes en el suministro del sistema.

• Metering- Esto es importante para monitorear el uso de energía con respecto a la fuente de alimentación. Esto puede ayudar a comprender las características importantes del sistema, así como a identificar fallas.

• Disconnect- En cualquier sistema de cableado eléctrico, debe haber una protección contra el exceso de suministro de energía. Se debe instalar un dispositivo de disyuntor en la red para proteger contra daños en cualquier dispositivo conectado a la fuente de agua.

Una bomba de ariete hidráulico funciona según las leyes básicas de la física para elevar el agua contra la atracción gravitacional a una altura superior a la de la fuente. Esta bomba funciona sin ningún suministro de energía externo, como la quema de combustible. La única energía es la energía cinética del agua que se bombea. Cuanto mayor sea la cabeza, mayor será la distancia bombeada.

¿Cómo funciona?

Para comprender cómo funciona la bomba de ariete, es importante conocer el principio del golpe de ariete.

Fluid hammer- El efecto de golpe de fluido se produce cuando un fluido (en este caso agua) se detiene con fuerza o su dirección cambia repentinamente. Se experimenta un choque de presión y la onda se conduce de regreso a la fuente del fluido. Este podría ser un fenómeno peligroso que hace que los neumáticos y las tuberías exploten o colapsen.

• El agua fluye hacia la bomba a través de la entrada (5) con algo de energía cinética del cabezal y cierra la válvula (6).

• Con 6 cerrados y 3 inicialmente cerrados, el agua desarrolla un zumbido de agua que acumula presión en la tubería y abre la válvula (3) enviando algo de agua a través de la salida (1).

• Como el flujo es cuesta arriba, el agua fluye lentamente y luego vuelve a caer cerrándose 3.

• El golpe de ariete se acumula y se replica a través de la tubería produciendo una fuerza de succión que abre la válvula de desagüe 6.

El proceso se repite aumentando la presión cada vez.

La etiqueta 2 es un controlador de presión que contiene aire. Amortigua el impacto cada vez que 6 se acerca y se empuja el agua a través de 3. Ayuda a proteger la tubería del impacto que podría provocar una explosión, así como también ayuda al efecto de bombeo. El ariete tiene una eficiencia del 60 al 80 por ciento. Esto no refleja directamente la proporción de agua bombeada, ya que depende de la altura vertical del agua bombeada. En otras palabras, esta es la eficiencia del efecto de bombeo a energía del efecto de hummer del agua.

Ejemplo resuelto 1

Calcule la potencia estimada para una turbina con una eficiencia del 85 por ciento. El caudal del río es de 80 metros cúbicos por segundo y la toma de los arroyos se sitúa a 147 metros de la ubicación de las turbinas generadoras.

Solution -

La potencia viene dada por W = Eficiencia * altura * flujo * densidad * gravedad

Al convertir la densidad específica del agua a unidades SI, obtenemos 1000 kgm ^-3

Sustituyendo los valores en la fórmula -

P = 0,85 * 1000 * 80 * 9,81 * 147

P = 97 megavatios

Ejemplo resuelto 2

Dado que la potencia real recibida en un día en particular fue de 1.440.000kWh; Calcule la eficiencia del generador. Suponga que la gravedad es de 9,81 ms ^-2 . Densidad específica del agua 1 gcm ^-3 .

Solution -

Dado: 1 día de suministro = 288000 kWh

Potencia = 1440000/24

= 60 mW

Eficiencia = Fuente de alimentación / potencia esperada * 100

= 60/97 * 100

El sistema tiene una eficiencia del 66,67%.

En la antigüedad, el viento se utilizaba para mover las velas de los barcos. En este capítulo, veremos cómo se utiliza la energía eólica para generar electricidad.

UN turbineconvierte la energía cinética del viento en energía mecánica útil. Esta energía podría utilizarse en forma mecánica o hacer girar turbinas generadoras y proporcionar electricidad. Al igual que en los sistemas hidroeléctricos, la energía eólica se aprovecha mediante la conversión de la energía cinética del viento en energía mecánica.

Las turbinas eólicas se clasifican en gran medida en dos tipos: turbinas eólicas de eje horizontal y turbinas eólicas de eje vertical. Grandes superficies instaladas con aerogeneradores, es decir, los parques eólicos están surgiendo cada vez más en la actualidad.

Características del viento

Hay características generales del viento, mientras que otras son más específicas del sitio. Algunas de las características específicas del sitio incluyen:

• Mean wind speed - Esto estima el rendimiento eólico anual aunque no da las distribuciones.

• Wind speed distribution- Hay tres aspectos a saber, características anuales, diurnas y estacionales. Es necesario comprender las variaciones de la velocidad del viento y la propagación al elegir un sitio.

• Turbulance- Este es el movimiento caótico del viento en patrones impredecibles. La turbulencia es el resultado de las propiedades cambiantes del movimiento del viento que afectan la producción de energía y la fatiga de las palas.

• Long term fluctuation- El viento irregular provoca un suministro de energía impredecible. Antes de instalar una turbina eólica, se debe estudiar el área para un flujo de viento constante.

• Distribution of wind direction - Esto es más significativo en el posicionamiento de las palas, especialmente para los tipos de eje horizontal.

• Wind shear - El cizallamiento es el cambio en la dirección del viento, la velocidad o la altura a la que se produce la velocidad máxima.

Patrones de velocidad del viento

Los patrones de viento son importantes y a menudo se analizan mediante un wind spectrum. Un valor alto del espectro del viento representa un gran cambio en la velocidad del viento en el intervalo de tiempo dado. Si se representan en un gráfico, los picos representan turbulencias que ocurren con el tiempo.

Distribución de la velocidad del viento

Hay tres distribuciones:

• Diurnal - Provocada por la diferencia de temperaturas durante el día y la noche.

• Depressions - Ocurren con intervalos de cuatro días a lo largo de la región costera.

• Annual - La distribución depende de la latitud.

Para comprender la energía eólica, nos suscribimos a la teoría de conservación de la masa y conservación de la energía. Se supone que un conducto que se muestra a continuación representa el viento que entra y sale de las palas de la turbina.

Se supone que la velocidad V _a es el promedio de V ₁ y V ₂ . La energía cinética en la boca del tubo viene dada por:

KE = 1/2 mV ²

KE de energía cambiada = 1/2 mV ₁ ² - 1/2 mV ₂ ²

1/2 m (V ₁ ² - V ₂ ² )

Como m = pAV _a entonces KE cambia, Pk = 1/2 pAV _a (V ₁ ² - V ₂ ² )

En una mayor simplificación, la energía eólica estimada se da como:

KE, pk = 0,5925 * 1 / 2pAV ₁ ³

Teoría del elemento de la hoja

La teoría del elemento de pala asume que el flujo en una parte dada de una pala de turbina eólica no afecta las partes adyacentes. Esta subdivisión en la hoja se llama anillo. El impulso se calcula para cadaannulus. Todos los valores resultantes se suman luego para representar la pala y, por lo tanto, toda la hélice.

En cada anillo, se supone que se ha inducido una velocidad igualmente distribuida.

Coincidencia dinámica

Se incorporó el modelo dinámico de flujo de entrada para mejorar las estimaciones de la teoría Blade Element y Momentum. El concepto de dinámica básica en la teoría del flujo ayuda a estimar el efecto de la turbulencia de las palas. El área barrida recibe un estado dinámico para ayudar a derivar la velocidad media estimada.

La teoría BEM proporciona estimaciones solo con viento constante, pero es obvio que deben ocurrir turbulencias. Sin embargo, esto se explica por el modelo básico de flujo de entrada dinámico para proporcionar una estimación más realista.

Se sabe que la energía eólica producida, especialmente en el tipo de eje horizontal, es el producto de la velocidad de la punta, el número total de palas utilizadas y la relación de sustentación / arrastre del lado con perfil aerodinámico. El reajuste a un nuevo estado estable de equilibrio se explica bien por laDynamic Inflow Method (DIM).

Método de entrada dinámica

DIM también se conoce como teoría de la estela dinámica y se basa en el flujo inducido, que normalmente no es estable. Calcula la entrada vertical al rotor teniendo en cuenta su efecto sobre el flujo dinámico.

Esto simplemente toma en consideración el efecto de estela o simplemente la velocidad del aire alineado verticalmente con los rotores causado por el giro de las palas. Sin embargo, asume que la velocidad tangencial es constante. Esto se conoce como elWake effect y su resistencia reduce la eficiencia de una turbina eólica.

Generación eléctrica

La energía cinética del viento se convierte en electricidad mediante turbinas eólicas. Utilizan el concepto antiguo utilizado en los molinos de viento, aunque con tecnología inherente, como sensores, para detectar la dirección del viento. Algunas turbinas eólicas tienen un sistema de frenado para detenerse en caso de vientos fuertes para proteger el rotor y las palas de daños.

Hay engranajes conectados al eje del rotor para acelerar las palas a una velocidad adecuada para el generador. Dentro del generador, se produce la inducción electromagnética (el método básico de conversión de energía mecánica en electricidad). El eje hace girar un imán cilíndrico contra una bobina de cable eléctrico.

Toda la electricidad de las turbinas de una estación de energía eólica se asimila a un sistema de red y se convierte en un alto voltaje. En realidad, esta es la técnica convencional de transmisión de electricidad en el sistema de red.

Se necesitan hojas grandes con punta de superficie, aunque esto debe estar determinado por el ruido que resulta de las hojas anchas. Un parque eólico puede tener hasta 100 generadores, lo que generará más ruido.

Hay dos amplias clasificaciones de turbinas eólicas:

• Turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT)
• Turbinas eólicas de eje vertical (VAWT)

Analicemos estos dos tipos de turbinas eólicas con un pequeño detalle.

Aerogeneradores de eje horizontal

Se trata de turbinas con forma de molino de viento con la parte superior del eje apuntando hacia la dirección del viento. Dado que deben apuntar hacia el viento, las turbinas más pequeñas son dirigidas por veletas montadas en la estructura. Las turbinas más grandes tienen sensores de viento con servo para hacer girar las turbinas.

También están equipados con cajas de cambios para acelerar la rotación lenta y hacerla lo suficientemente fuerte para las turbinas del generador. Las palas son lo suficientemente rígidas para evitar romperse o doblarse debido al momento de giro del viento.

Este tipo está montado en una torre; de ahí que experimenten vientos de alta velocidad. Están ligeramente dobladas para reducir el área de barrido. Un área de barrido más baja reduce la resistencia, lo que puede causar fatiga y fallas.

Turbinas eólicas de eje vertical

La raíz principal está montada en el eje vertical. Esto elimina las dificultades asociadas con las turbinas eólicas horizontales. Los subtipos incluyen:

Turbina de viento Darius

Esto también se conoce como la turbina batidora de huevos y se asemeja a una enorme batidora de huevos. Es eficiente pero puede tener más tiempos de inactividad y, por lo tanto, menos confiable. Para mejorar la solidez (área de las palas sobre el área del rotor) se deben usar tres o más palas.

Aerogenerador Savonious

Estos tipos tienen una mayor confiabilidad que las turbinas Darius. El problema es que no se pueden montar encima de torres. Por lo tanto, están expuestos a patrones de viento turbulentos e irregulares. Dado que son turbinas de tipo arrastre, son menos eficientes en comparación con las HAWT. La ventaja es que pueden soportar turbulencias extremas.

La mayoría de VAWT no pueden iniciarse por sí mismos y requieren energía externa para darles una sacudida. Para un rendimiento óptimo, los VAWT deben montarse en los techos. El techo canaliza el viento hacia las aspas.

Biomasssignifica organismos vivos y aquellos que murieron recientemente. No incluye los organismos que ya se han convertido en combustibles fósiles. En generación de energía, se refiere a plantas de residuos que se utilizan para generar energía por combustión.

Los métodos de conversión a biocombustible son numerosos y en gran parte clasificados como chemical, thermal y biochemical. Esta es la fuente de energía renovable más antigua y más difundida. Tiene una variedad de métodos de conversión.

Direct combustionse practicaba tradicionalmente utilizando leña. Procesos avanzados comopyrolysis(el proceso de elaboración del carbón vegetal), la fermentación y la digestión anaeróbica convierten estas fuentes en formas más densas y fáciles de transportar, como el aceite y el etanol. El carbón es un producto del proceso de pirólisis, que fortalece la materia al quemarla en ausencia de oxígeno.

Bio-fueles un término que se refiere al combustible derivado de la biomasa. Como se mencionó anteriormente, la biomasa es cualquier materia orgánica, tanto viva como muerta, y abarca desde plantas hasta desechos orgánicos. En la mayoría de los casos, la biomasa rica en aceite o azúcar es ideal para la producción de energía.

El termino bio-energyse refiere a la energía obtenida de organismos vivos o muertos. Esto no incluye los combustibles fósiles. Podríamos clasificar el biocombustible por sus fuentes o por generación.

Clasificación de biocombustible por fuente

• Wood fuel- Derivado de árboles, arbustos o arbustos. Los ejemplos de combustible de madera incluyen carbón vegetal y madera.

• Agro-fuels- Obtenido de biomasa de productos agrícolas como cultivos muertos o de otras partes de plantas como cereales. El agrocombustible se deriva principalmente de cultivos de azúcar y aceite.

• Municipal by-products- Derivado de residuos recogidos en las principales localidades. Hay dos categorías de residuos municipales. El biocombustible de residuos sólidos se deriva de la combustión directa de residuos sólidos de industrias o instituciones comerciales. El biocombustible residual líquido / gaseoso se obtiene a partir de la fermentación de los residuos recogidos.

Clasificación de biocombustibles por generación

• First generation- Procesado a partir de azúcar, aceite vegetal y grasas animales prensado en aceite para combustión en motores o fermentado y procesado en etanol con el mismo fin. Los productos finales son aceites, biodiesel, alcohol, gas de síntesis, biocombustible sólido y biogás.

• Second generation- Derivado de celulosa y desechos (no alimenticios). Estos desechos se derivan de tallos de cultivos y madera, biohidrógeno, bioalcohol, dimetilformamida DMF, diesel de madera, mezclas de alcohol y biodimetiléter DME.

• Third generation- Se encuentra en las algas, se cree que produce un alto rendimiento de energía a bajo costo. La energía de las algas se conoce como aceite-gae.

El material orgánico se convierte en una forma utilizable conocida como bioenergía. Los materiales utilizados en el proceso de producción de energía se denominan materia prima.

Para comprender mejor la biomasa, primero exploraremos las diversas fuentes.

La producción de biomasa se refiere al aumento de la cantidad de materia orgánica. Es la adición de materia orgánica en un área o población determinada. La biomasa se considera energía renovable porque se repone a medida que crecen las plantas y los animales.

Hay dos formas de producción:

• Primary productionse refiere a la generación de energía por parte de las plantas a través de la fotosíntesis. El exceso de energía generada se almacena y se suma a la biomasa total del ecosistema. La producción primaria podría estimarse a partir de la cubierta forestal total en un año determinado.

• Secondary productiones la absorción de materia orgánica como tejidos corporales por los organismos. Incluye la ingestión por animales, es decir, la alimentación, ya sea de otros animales o de plantas. También implica la descomposición de materia orgánica por microorganismos. La producción secundaria podría estimarse como la carne total producida por año.

Aunque la biomasa podría medirse como la masa de organismos vivos y muertos en un entorno determinado, la producción es más difícil de estimar. Solo se puede estimar como el aumento de volumen, aunque parte de la biomasa adicional puede haber sido reemplazada a través de procesos naturales.

Combustión directa para generar calor

La combustión directa para obtener calor es el método más antiguo de conversión de biomasa en energía desde las primeras civilizaciones. La conversión termoquímica (combustión) podría lograrse de varias formas utilizando materias primas variadas.

Combustión autónoma

Los generadores de biomasa utilizan diesel derivado de aceites vegetales para alimentar generadores diesel. Los generadores queman el diesel orgánico para producir energía para producir electricidad.

• Se sabe que las plantas combinadas de calor y energía cogeneran electricidad y energía térmica útil. Las industrias cerámicas utilizan el calor para secar productos como las tejas de arcilla.

• Algunas plantas de energía utilizan biomasa para calentar agua y producir vapor para la generación de electricidad. La biomasa se quema para producir suficiente calor para hervir el agua.

• Las plantas de residuos sólidos municipales queman residuos sólidos para generar electricidad. Este tipo es propenso a las críticas, ya que los desechos sólidos contienen principalmente gases tóxicos de plásticos y fibras sintéticas.

Cocombustión de biomasa

Además de la combustión autónoma, la biomasa podría mezclarse con otros combustibles fósiles y quemarse para generar energía. Esto se llama co-disparo.

• La biomasa se puede quemar directamente como carbón. Esto se conoce como co-combustión directa.

• En otros casos, la biomasa se procesa primero en gas y luego se convierte en gas de síntesis.

• El tercer caso es cuando se quema combustible fósil en un horno diferente y la energía producida se utiliza para precalentar el agua en una planta de energía de vapor.

Tipos de combustión

Los distintos tipos de combustión son:

• Fixed bed combustion - Este es un método en el que la biomasa sólida se corta primero en trozos pequeños y luego se quema en una superficie plana fija.

• Moving bed combustion- En este método, se establece una rejilla para moverse constante y uniformemente dejando cenizas. El combustible se quema en niveles de combustión.

• Fluid-bed combustion- El combustible se hierve a alta presión mezclado con arena. La arena sirve para distribuir el calor de manera uniforme.

• Burner combustion - En este método, el polvo de madera y el polvo fino se colocan en un quemador similar al del combustible líquido.

• Rotary furnace combustion- Se utiliza un horno de horno para quemar materia orgánica con alto contenido de humedad. De esta manera se queman desechos como restos de comida u otros desechos agrícolas húmedos.

Pirólisis

Pyrolysises otra forma de procesar biocombustibles quemándolos a temperaturas muy altas sin oxígeno, lo que podría provocar una combustión completa. Esto provoca cambios físicos y químicos irreversibles. La ausencia de procesos de oxidación o halogenaciones da como resultado un biocombustible muy denso que podría usarse en combustión, cocombustión o convertirse en gas.

• Slow pyrolysisocurre a unos 400oC. Es el proceso de elaboración de carbón vegetal sólido.

• Fast pyrolysisse produce entre 450oC y 600oC y produce gas orgánico, vapor de pirólisis y carbón vegetal. El vapor se procesa por condensación a forma líquida como bioaceite. Esto debe hacerse dentro de 1 segundo para evitar más reacciones. El líquido resultante es un líquido marrón oscuro más denso que la biomasa de madera y tiene el mismo contenido en términos de energía.

El bioaceite tiene una serie de ventajas. Es más fácil de transportar, quemar y almacenar. Se pueden procesar muchos tipos de materias primas mediante pirólisis para producir bioaceite.

El diagrama que se muestra a continuación explica el proceso de conversión de energía a una forma utilizable a partir de biocombustibles a través de la pirólisis.

Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica es el proceso que convierte los azúcares en celulosa. El proceso da como resultado etanol y dióxido de carbono como subproductos. Este proceso se considera anaeróbico ya que tiene lugar en ausencia de oxígeno. Además de la panificación y la fabricación de bebidas alcohólicas, este proceso produce combustible alcohólico. La fórmula química para la fermentación alcohólica viene dada por:

$C_{6}H_{12}O_{6}+yeast\longrightarrow\:2C_{2}H_{5}OH+2CO_{2}$

La caña de azúcar es la principal materia prima para este proceso, especialmente en ambientes secos. Los trozos de maíz o azúcar se utilizan en zonas templadas.

Aplicación de productos

Los productos tienen las siguientes aplicaciones:

• Acetone es un producto utilizado para la producción de aditivos alimentarios, disolventes de cola, dilución de pinturas, desengrasantes y en productos cosméticos.

• Hydrogense utiliza como agente refrigerante en la industria energética. También se utiliza en pilas de hidrógeno para la producción de energía.

• Butanolproporciona mejor combustible que el etanol. También se utiliza como ingrediente en pinturas, productos cosméticos, resinas, tintes, extracciones de polímeros y en la fabricación de fibra sintética.

• Ethanolse utiliza como combustible, componente de pintura y aditivo en antisépticos. También se utiliza en bebidas alcohólicas.

Digestión anaeróbica de biogás

Anaerobic digestiones el proceso biológico mediante el cual se descompone la materia orgánica para producir biogás en ausencia de oxígeno. Los microorganismos como las bacterias acidogenéticas y los acetógenos convierten la materia biodegradable en biogás. Además de ser una fuente de energía, también es un método de depósito de residuos y una técnica de conservación del medio ambiente.

La ecuación principal para esta conversión que produce dióxido de carbono y metano es la siguiente:

$C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow\:3CO_{2}+3CH_{4}$

El proceso paso a paso se explica a continuación:

• Step 1- Desglose de materia orgánica en moléculas considerables para su conversión. Este proceso se conoce como hidrólisis.

• Step 2- Los acidógenos actúan sobre la materia descompuesta convirtiéndolas en ácidos grasos volátiles (AGV) junto con amoniaco, CO2 y sulfuro de hidrógeno. El proceso se llama acidogénesis.

• Step 3 - Los AGV se descomponen en ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno.

• Step 4 - La etapa final es la combinación de las emisiones anteriores para producir metanol, dióxido de carbono y agua.

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