Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR)

1. Pretratamiento

• Pozo de Gruesos: Primer sistema del proceso. Con forma tronco-piramidal invertida, permite decantar sólidos y arenas, que se extraen con cucharas anfibias.
• Desbaste: Separa sólidos grandes (piedras, plásticos, ramas) mediante rejas gruesas (5–15 cm), rejas finas, tamices (0,2–6 mm) y tornillos de Arquímedes.
• Desarenado y Desengrasado: Elimina partículas inertes (>200 µm) que pueden obstruir equipos. En el mismo proceso se eliminan grasas mediante diferencias de densidad, utilizando rasquetas para llevarlas a un cajón de recogida. Hay desarenadores estáticos y aireados.

2. Tratamiento Primario

• Objetivo: Eliminar sólidos en suspensión. Poco efectivo con la materia orgánica.
• Decantación Primaria: por gravedad. El agua entra desde el fondo del decantador y circula lentamente hacia el exterior. Las partículas sedimentan y se recogen con rasquetas. Los fangos se dirigen al espesador.
• Tratamiento Físico-Químico Adicional: En algunos decantadores se aplican procesos similares a coagulación-floculación para eliminar partículas coloidales, con diseño más complejo (zonas de agitación rápida, floculación y sedimentación). Se usa en zonas industriales o turísticas.
• Decantadores Lamelares: Utilizan placas inclinadas que favorecen la sedimentación.

3. Tratamiento Secundario (Biológico)

• Objetivo: Eliminar materia orgánica (DBO5 y DQO), nitrógeno, fósforo y parte de los patógenos.
• Componentes:
  • Reactor Biológico: Microorganismos consumen contaminantes como alimento.
  • Decantador Secundario: Sedimentan los flóculos formados por bacterias filamentosas unidas en bioflóculos.
• Sistemas de Cultivo:
  • Cultivo en Suspensión: Biomasa flotante en el agua.
  • Cultivo Fijo: Biomasa adherida a soportes (grava/plástico), formando biopelícula (1–2 mm).
• Eliminación de Nitrógeno: Transformaciones químicas (amonio → nitrito → nitrato → nitrógeno gas) mediante bacterias aeróbicas (nitrificación) y anóxicas (desnitrificación).
• Eliminación de Fósforo:
  • por absorción biológica (bacterias lo almacenan).
  • por precipitación química con iones metálicos (Fe³⁺, Fe²⁺, Al³⁺) para formar sales insolubles.

4. Tratamiento Terciario

• Objetivo:
  • Eliminar sólidos suspendidos o coloidales restantes.
  • Eliminar nutrientes (N y P).
  • Eliminar microorganismos patógenos.
• Etapas:
  • Filtración:
    • Material granular (arena, <15 m/h).
    • Membranas (cada vez más frecuentes).
  • Coagulación-Floculación-Sedimentación: igual que en ETAP, para eliminar partículas coloidales no separadas por filtración.
  • Desinfección:
    • Cloración: Añadir cloro y circular en canales.
    • Ozonización: Burbujeo de ozono (generado en planta).
    • Radiación Ultravioleta: Lámparas UV en canal (efectivo, pero caro).

5. Tratamiento de Fangos

• Origen:
  • Fangos Primarios: Materia orgánica no tratada.
  • Fangos Secundarios: Biomasa generada en el proceso biológico.
• Características de los Fangos:
  • 95% agua → alto volumen y coste de transporte.
  • Materia orgánica sin tratar → riesgo de putrefacción y malos olores.
  • Nutrientes (N y P).
  • Patógenos.
• Objetivos:
  • Reducir Volumen: Eliminar agua para facilitar transporte y reducir tamaño de instalaciones.
  • Estabilizar: Eliminar patógenos y materia orgánica para evitar olores y enfermedades.
• Etapa Inicial:
  • Espesamiento: Reduce el contenido de agua por decantación o flotación, especialmente en los primarios.

Jabones

Usados desde el Antiguo Egipto, aunque su uso generalizado comenzó en el siglo XVIII.

• Se producen mediante saponificación, una reacción química entre una grasa y una base fuerte.
• Estructura: molécula anfifílica:
  • Cola hidrofóbica (cadena hidrocarbonada, 16-18 carbonos): se une a grasas y aceites.
  • Cabeza hidrofílica (iónica): se une al agua, que es polar.
• Esta dualidad permite formar micelas: estructuras donde las colas hidrofóbicas se agrupan en el interior, atrapando la grasa, mientras que las cabezas se orientan hacia el agua → facilita el enjuague.

Problemas del Jabón

• En aguas duras (con iones Ca²⁺ o Mg²⁺), los jabones precipitan → se necesita mayor cantidad para lograr limpieza.
• Los jabones son también surfactantes: reducen la tensión superficial del agua al alterar los puentes de hidrógeno en la interfaz aire-agua. Lo hacen situando la cabeza en el agua y la cola fuera de ella.

Detergentes

• Surgen tras la Segunda Guerra Mundial, junto con la invención de la lavadora.
• Ventaja frente al jabón: no precipitan en aguas duras.
• Se sintetizan a partir de compuestos del petróleo.
• Generalmente son sulfonatos de cadena larga (RSO₃Na): solubles y resistentes a aguas duras.
• Uno de los primeros detergentes fue el sulfonato de alquilbenceno ramificado, pero sus ramificaciones dificultaban su degradación biológica → contaminación y toxicidad.
• A partir de 1965 se introducen detergentes biodegradables, como el p-dodecilbencenosulfonato sódico, cuya estructura lineal permite su descomposición por microorganismos.

Tipos de Detergentes (Según Polaridad y Carga)

• Aniónicos: como el p-dodecilbencenosulfonato sódico.
• Catiónicos: como el cloruro de hexadeciltrimetilamonio.
• No Iónicos: como el di(etilenglicol)dodecileter (cola no polar y cabeza polar).

Contaminación Asociada a los Detergentes

• No proviene solo del tensioactivo principal.
• Otros componentes contaminantes:
  • Coadyuvantes, potenciadores, aditivos: antiespumantes, blanqueadores, suavizantes, fragancias.
  • Fosfatos, fosfonatos y percarboxilatos: actúan como fertilizantes de algas, favoreciendo la eutrofización.

¿Por qué Contaminan?

• Jabones:

  Menor impacto ambiental.

  Pero en aguas duras, precipitan formando residuos (ej. escamas blancas en grifos).

• Detergentes:

  Contaminan más, sobre todo por dos razones:

  Difícil biodegradación (especialmente los antiguos, como los ramificados).

  Aditivos contaminantes: blanqueadores, fragancias, suavizantes, fosfatos…

  Los fosfatos actúan como fertilizantes acuáticos → causan eutrofización (crecimiento excesivo de algas → consumo de oxígeno → muerte de peces).

Purines, Nitratos y Nitritos

Los purines son excrementos animales mezclados con agua. Se utilizan como fertilizante, al igual que el estiércol, pero si se aplican incorrectamente pueden contaminar el agua superficial y subterránea con nitratos (NO₃⁻).

• Si los nitratos superan 50 mg/L, el agua deja de ser potable por riesgo para la salud.
• Aunque los nitratos NO₃⁻ no son tóxicos directamente, pueden transformarse en compuestos dañinos:
  • Nitritos (NO₂⁻): tóxicos, ya que oxidan la hemoglobina, impidiendo el transporte de oxígeno en la sangre.
  • Nitrosaminas: compuestos de fórmula R₁R₂–N–N=O, que se forman al reaccionar nitratos o nitritos con aminas, y la mayoría son cancerígenas.

Centrales de Ciclo Combinado

¿Qué Son?

Una central de ciclo combinado es una planta que genera electricidad combinando dos ciclos termodinámicos distintos:

• Ciclo Brayton (turbina de gas).
• Ciclo Rankine (turbina de vapor).

El objetivo es aprovechar al máximo la energía del combustible (normalmente gas natural) y aumentar la eficiencia de generación.

Funcionamiento (Dos Etapas)

1. Primer Ciclo: Turbina de Gas (Ciclo Brayton)

   • El gas natural se comprime junto con aire en un compresor.
   • Se quema en una cámara de combustión, generando gases muy calientes.
   • Estos gases expanden una turbina de gas, que mueve un generador eléctrico.
   • Los gases de escape, aún calientes, no se desechan.

2. Segundo Ciclo: Turbina de Vapor (Ciclo Rankine)

   • Los gases de escape se redirigen a una caldera de recuperación de calor.
   • Allí se calienta agua, que se convierte en vapor a alta presión.
   • El vapor acciona una turbina de vapor acoplada a otro generador.
   • Después, el vapor se enfría en un condensador y se recicla hacia la caldera.

Componentes Principales

• Turbina de Gas
  • Compresor: presuriza el aire.
  • Cámara de Combustión: mezcla aire y gas, se produce combustión.
  • Turbina: se expande el gas caliente, se genera electricidad.
• Caldera de Recuperación de Calor (HRSG):
  Aprovecha el calor de los gases de escape para generar vapor de agua.
• Turbina de Vapor
  • Se divide en tres etapas: alta, media y baja presión.
  • Transforma energía térmica del vapor en energía mecánica.
• Condensador
  • Enfría el vapor tras su uso en la turbina.
  • Puede usar aire, torres de refrigeración o agua de mar.

Ventajas

• Alta Eficiencia: Se aprovecha tanto la energía térmica como la residual → más electricidad con el mismo combustible.
• Menor Contaminación: Emite menos CO₂ por kWh producido (especialmente con gas natural).
• Flexibilidad: Puede operar a distintas cargas según necesidad.
  Ejemplo: una planta con tres turbinas de gas y una de vapor puede usar solo algunas si baja la demanda.

Tecnología Avanzada: GICC

• Gasificación Integrada en Ciclo Combinado (GICC)
  • Aplica el ciclo combinado al carbón, tras convertirlo en gas (gasificación).
  • Reduce emisiones contaminantes y mejora el rendimiento energético frente a centrales térmicas tradicionales.

Centrales Nucleares

¿Qué es una Central Nuclear?

Una central nuclear es una instalación industrial que utiliza combustible nuclear fisible (como uranio-235 o plutonio-239) para generar calor mediante fisión nuclear controlada. Este calor se emplea en un ciclo termodinámico (generalmente el ciclo Rankine) para accionar alternadores que transforman la energía mecánica en electricidad.

Componentes del Reactor

• Núcleo del Reactor: contiene el combustible en una vasija protegida con materiales aislantes como grafito u hormigón.
• Reflector: mejora la eficiencia al devolver neutrones escapados al núcleo.
• Barras de Control: regulan la reacción nuclear, hechas de boro o cadmio, y pueden insertarse o extraerse según necesidad.
• Sistema de Refrigeración: evita el sobrecalentamiento.
• Blindaje: protege del escape de radiaciones (neutrones, rayos gamma, partículas alfa y beta).

Ventajas e Inconvenientes

• Ventaja: No emite gases de efecto invernadero.
• Inconveniente: Produce residuos nucleares que requieren gestión y almacenamiento especiales.

Componentes Principales de una Central Nuclear

• Reactor Nuclear: donde se produce la fisión.
• Generador de Vapor: transfiere calor al agua, que se convierte en vapor.
• Turbina de Vapor: se mueve con el vapor generado.
• Condensador: enfría el vapor y lo convierte nuevamente en agua.

Refrigeración

Las centrales suelen ubicarse cerca de fuentes naturales de agua (ríos, lagos o mar) para refrigeración mediante torres o sistemas directos.

Tipos de Reactores Más Comunes

Reactores de Agua a Presión (PWR)

• Tipo más extendido (más del 60% del total mundial).
• Utilizan agua a alta presión como refrigerante y moderador.
• El agua no hierve dentro del reactor por la alta presión (≈150 atm), aunque llega a ≈300 °C.
• Se usa un generador de vapor que transfiere el calor a un circuito secundario, donde se genera el vapor que mueve la turbina.
• El vapor no entra en contacto con el combustible radiactivo.
• Las barras de control se insertan desde la parte superior.
• Alta fiabilidad y seguridad, basado en diseños de submarinos nucleares.

Circuitos

1. Primario: contiene el agua presurizada que circula por el núcleo; incluye un presionador para mantener la presión.
2. Secundario: convierte el agua en vapor que mueve la turbina.
3. Terciario: sistema de enfriamiento externo (torres de refrigeración, agua de mar, etc.).

Ventajas del PWR

• Mayor aislamiento de la radiactividad.
• Seguridad en caso de emergencias.
• Mantenimiento más sencillo en el sistema de turbinas.
• Estabilidad operativa y generación continua.

Inconvenientes

• Diseño más complejo.
• Costes más altos en construcción y mantenimiento.
• Alta presión implica exigencias técnicas estrictas.

Reactores de Agua en Ebullición (BWR)

• Segundo tipo más común.
• El agua hierve directamente dentro del núcleo, y el vapor generado se dirige a la turbina.
• No hay circuito secundario: diseño más simple.
• El vapor sí ha estado en contacto con material radiactivo, por lo que requiere medidas adicionales.

Características del BWR

• Usa óxido de uranio enriquecido como combustible.
• El agua actúa simultáneamente como refrigerante, moderador y generador de vapor.
• Requiere separadores y secadores de vapor para proteger las turbinas.
• Las barras de control se insertan desde abajo mediante sistemas hidráulicos.

Ventajas del BWR

• Diseño más simple.
• Menor coste de construcción.
• Alta eficiencia energética.

Inconvenientes

• Mayor exposición de componentes externos a radiactividad.
• Necesidad de sistemas adicionales de seguridad.
• Manejo más complejo del calor residual tras apagado.

Energía Eólica

La energía eólica es una fuente renovable clave en la transición energética. En España, la Ley 7/2021 establece como meta que en 2030 el 42 % del consumo final de energía provenga de fuentes renovables y el 74 % de la electricidad sea generada por estas fuentes. El Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 prevé 50 GW de potencia instalada eólica para 2030, lo que representa un reto por el envejecimiento de los aerogeneradores existentes.

La energía eólica transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica mediante aerogeneradores, que funcionan por la diferencia de presión generada por el movimiento del aire. Las palas del rotor capturan esta energía, giran y accionan un generador. Las turbinas suelen tener eje horizontal, palas de materiales compuestos y están optimizadas para eficiencia y durabilidad.

El viento depende de factores como la topografía, la rugosidad del terreno y la altitud. A mayor altura, mayor velocidad del viento, aunque esto implica mayores costes de estructura. Se evalúa el recurso eólico mediante torres y estaciones meteorológicas durante al menos un año. Los datos obtenidos permiten predecir la producción energética y optimizar la colocación de aerogeneradores.

Impactos Ambientales

No emite CO₂ durante la operación, pero puede afectar la fauna (especialmente aves y murciélagos) y generar molestias visuales y acústicas. A nivel económico, los costes han disminuido notablemente gracias a mejoras tecnológicas, escalado industrial y mejores diseños.

La energía eólica marina (offshore) permite aprovechar vientos más constantes en alta mar. Las turbinas flotantes permiten su instalación en aguas profundas, aunque enfrentan retos técnicos como la transmisión eléctrica y condiciones climáticas adversas.

Se usa principalmente para generar electricidad conectada a redes eléctricas. También se usa en sistemas aislados, a menudo con energía solar. Hay instalaciones domésticas cuyos excedentes son comprados por distribuidoras.

Partes del Aerogenerador

1. Cimientos: estructura de hormigón que sostiene el aerogenerador.
2. Torre: normalmente de acero o madera, aloja el cableado.
3. Rotor: parte giratoria formada por:
   • Palas: generan movimiento rotativo gracias al viento.
   • Buje: une palas con el sistema mecánico.
   • Cono: aerodinámico, orientado al viento.
4. Góndola: aloja componentes mecánicos y eléctricos:
   • Generador: convierte la energía mecánica en eléctrica.
   • Tren de Engranajes: aumenta la velocidad de rotación.
   • Eje de Baja Velocidad: conecta buje con multiplicador.
   • Eje de Alta Velocidad: conecta multiplicador con generador.
   • Sistema de Frenos: para mantenimiento o emergencias.
   • Unidad de Guiñada: orienta la góndola al viento.

Obtención de Energía

La energía cinética del viento (E) depende de la masa de aire y su velocidad. La potencia del viento se expresa como:

P = (1/2) · ρ · A · V³,
donde:

• ρ: densidad del aire,
• A: área barrida por las palas,
• V: velocidad del viento.

El factor más influyente es la velocidad del viento (al cubo). La potencia aprovechada se mide mediante el coeficiente de potencia (Cp), que es la relación entre potencia captada y potencia disponible. El límite teórico de aprovechamiento es del 59,26 % (límite de Betz).

Los aerogeneradores actuales tienen palas de paso variable, lo que permite ajustar el ángulo para optimizar la captación de energía y mejorar la eficiencia.

Parámetros Clave de Funcionamiento

• Velocidad de Arranque: mínima para generar electricidad.
• Velocidad Nominal: donde se alcanza la potencia máxima continua.
• Velocidad de Corte: máxima antes de detenerse por seguridad.
• Potencia Nominal: máxima potencia continua que puede entregar.

Energía Solar Fotovoltaica

Introducción a la Energía Solar Fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica convierte la radiación solar directamente en electricidad mediante el efecto fotovoltaico, donde ciertos materiales semiconductores generan corriente eléctrica cuando absorben luz solar.

Tipos de Células Fotovoltaicas

Células de Silicio Monocristalino

• Hechas de un solo cristal de silicio con alta pureza.
• Muy eficientes (15–25,4 %).
• Caras, pero con larga vida útil (>20 años).
• Mejor rendimiento por superficie y en condiciones de poca luz (mejor aún con tecnología PERC).

Células de Silicio Policristalino

• Formadas por múltiples cristales de silicio.
• Más baratas y fáciles de fabricar, pero menos eficientes (13–20,4 %).
• Vida útil similar a las monocristalinas.
• Buena opción cuando no hay restricciones de espacio.

Células de Capa Fina

• Muy ligeras y flexibles, aplicables en superficies curvas o móviles.
• Menor eficiencia (7–18 %), pero más baratas.
• Hechas de materiales como silicio amorfo, CdTe, CIGS o GaAs.
• Algunas son tóxicas (Cd), otras caras (GaAs), pero permiten innovación y uso en satélites.

Células de Multiunión

• Compuestas por varias capas semiconductoras que captan distintas longitudes de onda.
• Muy eficientes (más del 40 %, hasta 47 % en laboratorio).
• Muy caras; se usan solo en aplicaciones especiales (espacio, defensa).
• Fabricadas con materiales III-V como GaAs, GaP y Ge.

Características de los Paneles Solares

Parámetros clave:

• Isc: intensidad de cortocircuito (máxima intensidad).
• Voc: tensión en circuito abierto (máxima tensión).
• MPP/Wp: potencia máxima bajo condiciones estándar (potencia nominal).
• η (eficiencia): % de radiación solar convertida en electricidad.
• Coeficientes de Temperatura: indican cómo varían los parámetros con el calor.
• NOCT: temperatura típica de operación (cuanto más baja, mejor).
• FF (Factor de Llenado): indica calidad y pérdidas internas del panel.

Otros datos comunes:

• Tamaño, peso, tipo de célula, número de diodos bypass, curvas V-I, certificaciones, resistencia mecánica.

El Inversor Fotovoltaico

Convierte la corriente continua generada en los paneles en corriente alterna compatible con la red.

Tipos y características:

• PWM (modulación por ancho de pulso): más simple, en desuso.
• MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia): ajusta para máxima eficiencia.
• Realiza modulación mediante transistores y filtros LC para lograr onda sinusoidal pura.
• En sistemas conectados a red sincroniza frecuencia, amplitud y fase.
• En sistemas aislados actúa como generador autónomo.
• Incluye protecciones eléctricas y sistemas de control remoto.

Tipos de Instalaciones Solares Fotovoltaicas

Instalaciones Aisladas

• No están conectadas a la red eléctrica.
• Incluyen módulos, regulador de carga, baterías (almacenamiento), inversor off-grid y sistema de control.
• Se usan en lugares remotos (bombeo, electrificación rural, etc.).

Instalaciones Conectadas a Red

• Sí están conectadas a la red.
• No necesitan baterías, aunque pueden tenerlas opcionalmente.
• Incorporan inversores on-grid que sincronizan con la red y pueden desconectarse en caso de fallo (anti-isla).
• Utilizan medidores bidireccionales para registrar energía consumida y energía inyectada.
• Sistemas de control permiten supervisión remota y optimización.

Preguntas de Repaso

• ¿Qué tratamiento de agua NO se utiliza específicamente para eliminar contaminantes químicos?
Respuesta: Filtración

• ¿Cuál es el propósito de la jerarquía de gestión de residuos?
Respuesta: Promover prácticas sostenibles como la prevención, la reutilización, y el reciclaje

• ¿Qué define un residuo según la OECD?
Respuesta: Materiales sin valor comercial o monetario en su contexto de producción

• ¿Cuál es el objetivo del desarrollo sostenible?
Respuesta: Desarrollo sostenible

• ¿Qué es la edafología?
Respuesta: La ciencia que estudia el suelo

• ¿Qué caracteriza a los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAP)?
Respuesta: Son compuestos orgánicos con múltiples anillos aromáticos

• ¿Qué estudia la ecología?
Respuesta: Las relaciones entre los seres vivos y su entorno

• ¿Qué proceso mejora la fertilidad del suelo?
Respuesta: Rotación de cultivos

• ¿Cuál es el principal método para determinar la salinidad del agua?
Respuesta: Medición de la conductividad eléctrica

• ¿Qué factor no contribuye a la erosión del suelo?
Respuesta: Fotosíntesis

• ¿Qué proceso se utiliza para tratar residuos mediante la aplicación de microorganismos en condiciones aeróbicas?
Respuesta: Compostaje

• ¿Cuál es el objetivo principal de la gestión de residuos?
Respuesta: Reducir la contaminación y proteger la salud pública

• ¿Qué efecto tiene el aumento de la temperatura del agua sobre la solubilidad de los gases?
Respuesta: Disminuye la solubilidad de los gases

• ¿Cuál fue uno de los resultados clave de la Conferencia de Estocolmo (1972)?
Respuesta: La formación del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA)

• ¿Qué término acuñó Ernst Haeckel?
Respuesta: Ecología

• ¿Cuál es la principal fuente de dióxido de azufre (SO₂) en la atmósfera?
Respuesta: La quema de combustibles fósiles que contienen azufre

• ¿Qué factor no contribuye a la erosión del suelo?
Respuesta: Fotosíntesis

• ¿Qué parámetro se usa para estimar la cantidad de materia orgánica biodegradable en el agua?
Respuesta: Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)

• ¿Qué práctica NO es recomendable para reducir la emisión de COV en el hogar?
Respuesta: Incrementar el uso de aerosoles y productos basados en solventes

• ¿Qué tipo de contaminante es el ozono a nivel del suelo (troposférico)?
Respuesta: Contaminante secundario

• ¿Qué tipo de destilación se usa para fraccionar los componentes más pesados del petróleo?
Respuesta: Destilación al vacío

• ¿Qué tipo de panel solar fotovoltaico suele tener una mayor eficiencia?
Respuesta: Monocristalino

• ¿Qué gas es el principal responsable del efecto invernadero derivado de la combustión de combustibles fósiles?
Respuesta: Dióxido de carbono

• ¿Cuál es la principal ventaja de las energías renovables?
Respuesta: Son sostenibles e inagotables

• ¿Qué proceso de refinado convierte hidrocarburos pesados en productos más ligeros?
Respuesta: Craqueo catalítico

• ¿Qué biocarburantes se mencionan como alternativas sostenibles para reducir emisiones?
Respuesta: Bioetanol y biodiésel

• ¿Qué tipo de biocombustible se obtiene a partir de la fermentación de azúcares?
Respuesta: Bioetanol

• ¿Cuál es la función de las barras de control en un reactor nuclear?
Respuesta: Absorber neutrones para regular la reacción

• ¿Qué tipo de combustibles se producen combinando hidrógeno con CO₂ capturado?
Respuesta: Combustibles sintéticos

• ¿Cuál es el principal componente del gas natural?
Respuesta: Metano

• ¿Qué combustibles tienen una estructura química basada en hidrocarburos de cadena larga?
Respuesta: Combustibles líquidos

• ¿Qué convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica en un aerogenerador?
Respuesta: El generador

• ¿Qué elemento fisionable se usa principalmente en las centrales nucleares?
Respuesta: Uranio-235

• ¿Qué fuente de energía renovable se basa en el movimiento del agua por la atracción lunar y solar?
Respuesta: Energía mareomotriz

• ¿Qué proceso produce hidrógeno a partir de carbón, generando mucho CO₂?
Respuesta: Gasificación

• ¿Qué método de producción de hidrógeno genera carbono sólido en vez de CO₂?
Respuesta: Pirólisis del metano

• ¿Qué sistema de almacenamiento es más común en hidroeléctricas reversibles?
Respuesta: Bombeo de agua

• ¿Qué inconveniente tienen las presas de marea?
Respuesta: Alto costo económico e impacto ambiental considerable

• ¿Qué país es pionero en energía eólica marina?
Respuesta: Dinamarca

• ¿Qué sustancia se añade a la gasolina para aumentar su contenido de oxígeno?
Respuesta: Etanol

• ¿Cómo afecta la temperatura a la eficiencia de los paneles fotovoltaicos?
Respuesta: A mayor temperatura, menor eficiencia

• ¿Qué ocurre con la cantidad de energía solar disponible a medida que aumenta la latitud?
Respuesta: Disminuye

• ¿Qué tecnología solar térmica concentra la radiación mediante helióstatos?
Respuesta: Tecnología de torre central

• ¿Qué mide un piranómetro?
Respuesta: La radiación solar global sobre una superficie horizontal

• ¿Qué tipo de intercambiador de calor se usa en sistemas solares térmicos grandes?
Respuesta: Intercambiador de placas

• ¿Qué tipo de radiación filtra la capa de ozono?
Respuesta: Ultravioleta

• ¿Qué se utiliza en los colectores cilindroparabólicos para reducir pérdidas térmicas?
Respuesta: Tubos de vacío

• ¿Qué tipo de radiación solar es más afectada por la absorción atmosférica?
Respuesta: Ultravioleta

• ¿Valor promedio de radiación solar sobre la superficie terrestre?
Respuesta: 340 W/m²

• ¿Qué gas tiene mayor impacto en la absorción de radiación solar en la atmósfera?
Respuesta: Vapor de agua

• ¿Qué valor de inclinación se recomienda para un panel solar en invierno?
Respuesta: Latitud + 10°

• ¿Qué parámetro determina la energía que puede absorber un captador solar?
Respuesta: I0, Ac, τ y α

• ¿Qué fenómeno permite que la Tierra mantenga unos 14 °C de media?
Respuesta: Efecto invernadero

• ¿Cuál no es una tecnología de concentración solar térmica?
Respuesta: Panel fotovoltaico

• ¿De qué está compuesto principalmente el Sol?
Respuesta: Hidrógeno y helio

• ¿Cómo se llama el dispositivo que regula el flujo de energía en un sistema fotovoltaico?
Respuesta: Controlador de carga

• ¿Qué fenómeno causa los equinoccios?
Respuesta: La inclinación de la Tierra

• ¿En qué unidad se mide la irradiancia solar?
Respuesta: W/m²

• ¿Qué parámetro mide la eficiencia óptica de un captador solar?
Respuesta: FR(τα)

• ¿Cómo se denomina la irradiancia solar medida perpendicular al sol?
Respuesta: Irradiancia normal directa (DNI)

Fundamentos Teóricos

Capítulo 1: Consumo Energético Global

El Consumo Energético Mundial

• El consumo global ha crecido exponencialmente desde la Revolución Industrial.
• Los países desarrollados consumen más energía per cápita que los países en desarrollo.
• Hay desigualdad en el acceso a la energía: casi 800 millones de personas carecen de electricidad.

Fuentes de Energía

• Se clasifican en renovables (solar, eólica, hidráulica, biomasa, geotérmica) y no renovables (carbón, petróleo, gas natural, nuclear).
• Las renovables son sostenibles y generan menos emisiones.
• Las no renovables siguen siendo predominantes en el mix energético mundial.

Problemas Asociados al Uso de la Energía

• Impactos ambientales: contaminación del aire, agua y suelo; cambio climático; pérdida de biodiversidad.
• Impactos sociales: conflictos por recursos, pobreza energética, desigualdad.
• Riesgos tecnológicos: accidentes nucleares, derrames de petróleo, agotamiento de recursos.

Tendencias y Perspectivas Futuras

• Transición energética hacia sistemas más sostenibles, eficientes y descentralizados.
• Crecimiento de las energías renovables gracias a avances tecnológicos y reducción de costes.
• Electrificación de sectores como transporte y calefacción.
• Papel clave del almacenamiento energético y la digitalización.

Consumo de Energía en las Actividades Humanas

• Transporte: consume principalmente derivados del petróleo; objetivo actual es electrificar el transporte.
• Industria: utiliza energía térmica y eléctrica; sectores intensivos como el químico, cementero o metalúrgico son grandes consumidores.
• Agricultura: emplea energía en maquinaria, fertilizantes (energía fósil), riego, etc.
• Servicios y Residencial: electricidad y gas para iluminación, climatización, electrodomésticos, etc.

Factores que Influyen en el Consumo Energético

• Económicos: crecimiento del PIB y del nivel de vida incrementan la demanda energética.
• Demográficos: el crecimiento poblacional conlleva mayor demanda.
• Tecnológicos: mejoras tecnológicas pueden aumentar o reducir el consumo.
• Geográficos y Climáticos: regiones frías demandan más calefacción, zonas cálidas más refrigeración.
• Culturales y Sociales: hábitos de consumo energético.

Tipos de Demanda Energética

• Demanda Final: energía consumida por usuarios (calefacción, transporte, etc.).
• Demanda Primaria: energía total necesaria (antes de transformaciones), incluyendo pérdidas.
• Demanda Útil: energía efectivamente aprovechada (por ejemplo, el calor útil tras la combustión).
• La eficiencia energética busca reducir la diferencia entre demanda primaria y útil.

Indicadores Energéticos

• Se utilizan para analizar la relación entre consumo energético y actividad humana:
  • Consumo de Energía per Cápita
  • Intensidad Energética (energía consumida por unidad de PIB)
  • Huella Energética (energía total necesaria para satisfacer un estilo de vida)
  • Emisiones de CO₂ por Energía

Evolución Histórica del Consumo Energético

• Desde la Revolución Industrial, el consumo energético ha aumentado exponencialmente.
• Se pasó de fuentes renovables tradicionales a combustibles fósiles.
• En el siglo XXI, comienza la transición energética hacia renovables.

Transición Energética

• Cambio del modelo basado en fósiles a otro sustentado en renovables y eficiencia.
• Impulsada por:
  • Agotamiento de recursos fósiles.
  • Problemas ambientales (emisiones, cambio climático).
  • Avances tecnológicos en renovables.
• Se busca un modelo descentralizado, digitalizado y sostenible.

Perspectivas Futuras

• Tendencia hacia electrificación y digitalización del sistema energético.
• Rol clave de tecnologías como redes inteligentes, almacenamiento, hidrógeno verde, eficiencia energética.
• La educación y concienciación social son fundamentales para un uso responsable.

Capítulo 3: Contaminación del Agua

Introducción

• El agua es esencial para la vida, pero está cada vez más amenazada por la contaminación.
• Esta contaminación puede ser de origen físico, químico o biológico.

Tipos de Contaminación del Agua

Contaminación Física

• Cambios en la temperatura, turbidez o presencia de sólidos en suspensión.
• Ej: vertidos térmicos de centrales eléctricas que alteran la temperatura de ríos.

Contaminación Química

• Sustancias disueltas o suspendidas que alteran la calidad del agua.
• Puede incluir metales pesados, pesticidas, detergentes, hidrocarburos.

Contaminación Biológica

• Presencia de microorganismos patógenos: bacterias, virus o protozoos.
• Provienen principalmente de aguas residuales urbanas o ganaderas.

Principales Fuentes de Contaminación

Vertidos Industriales

• Pueden contener metales pesados, ácidos, disolventes, etc.

Aguas Residuales Urbanas

• Aportan materia orgánica, nutrientes (N y P), microorganismos patógenos.

Agricultura y Ganadería

• Uso de fertilizantes y pesticidas provoca lixiviación de nitratos y fosfatos.
• Los purines (excrementos animales líquidos) son una fuente importante de nitratos y nitritos.

Compuestos Nitrogenados

• Nitratos (NO₃⁻): no son tóxicos directamente, pero pueden transformarse.
• Nitritos (NO₂⁻): tóxicos; oxidan la hemoglobina.
• Nitrosaminas: compuestos cancerígenos formados por reacción con aminas.

Contaminantes Emergentes

• Incluyen medicamentos, hormonas, microplásticos, cosméticos.
• Difíciles de eliminar con tratamientos convencionales.

Jabones y Detergentes

Jabones

• Se obtienen por saponificación de grasas con una base fuerte.
• Moléculas anfifílicas: parte hidrofílica (interactúa con agua) y parte hidrofóbica (con grasa).
• Forman micelas que atrapan grasa.

Problemas del Jabón

• En aguas duras, precipitan con Ca²⁺ o Mg²⁺.

Detergentes

• Sintéticos, derivados del petróleo.
• No precipitan en aguas duras.
• Algunos como los sulfonatos ramificados no eran biodegradables → contaminación.

Impacto Ambiental de los Detergentes

• Aditivos de detergentes (fosfatos, blanqueantes, perfumes) pueden contribuir a la eutrofización.

Eutrofización

• Exceso de nutrientes (N y P) en el agua → crecimiento excesivo de algas → disminución de oxígeno.
• Consecuencias: muerte de peces, malos olores, pérdida de biodiversidad.
• Causada principalmente por vertidos agrícolas y aguas residuales sin tratar.

Capítulo 4: Contaminación del Aire

Introducción

• La atmósfera permite la vida, pero está amenazada por actividades humanas.
• La contaminación atmosférica afecta la salud, el clima y el medioambiente.

Composición del Aire

• Aire limpio: 78 % nitrógeno, 21 % oxígeno, 0,03 % CO₂ y trazas de otros gases.
• Contaminantes: cualquier sustancia que altere esta composición natural.

Tipos de Contaminantes

Contaminantes Primarios

• Emitidos directamente a la atmósfera.
• Ejemplos: CO, CO₂, SO₂, NO, NO₂, partículas, COV (compuestos orgánicos volátiles).

Contaminantes Secundarios

• Se forman por reacciones químicas en la atmósfera.
• Ejemplos: ozono troposférico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, PAN.

Principales Contaminantes y su Origen

• CO (Monóxido de Carbono): por combustión incompleta.
• SO₂ (Dióxido de Azufre): combustión de carbón y petróleo.
• NOₓ (Óxidos de Nitrógeno): motores y procesos industriales.
• COVs: disolventes, combustibles, pinturas.
• Material Particulado: polvo, hollín, cenizas.
• O₃ (Ozono): contaminante secundario en la troposfera.

Efectos de la Contaminación del Aire

En la Salud Humana

• Enfermedades respiratorias, cardiovasculares, alergias.
• Grupos vulnerables: niños, ancianos, personas con afecciones crónicas.

En el Medioambiente

• Lluvia ácida: daña ecosistemas acuáticos, bosques, monumentos.
• Smog fotoquímico: mezcla de ozono y otros contaminantes, afecta ciudades.

Cambio Climático y Efecto Invernadero

• El CO₂ y otros gases atrapan el calor → efecto invernadero.
• Otros gases importantes: CH₄ (metano), N₂O (óxido nitroso), CFCs.
• Consecuencias del calentamiento global: derretimiento de polos, aumento del nivel del mar, fenómenos climáticos extremos.

Medidas de Prevención y Control

Legislación

• Normativas europeas y nacionales sobre emisiones.
• Red de vigilancia de calidad del aire.

Tecnologías

• Filtros en chimeneas, convertidores catalíticos, reducción del uso de combustibles fósiles.

Educación y Concienciación

• Promoción del transporte público, energías limpias, consumo responsable.

Capítulo 5: Contaminación Atmosférica

Introducción

• La contaminación atmosférica afecta la salud, el clima y los ecosistemas.
• Se define como la presencia en el aire de sustancias que alteran su calidad.

Composición del Aire Limpio

• Aire limpio: 78% nitrógeno, 21% oxígeno, resto otros gases (argón, CO₂, vapor de agua).
• Variaciones naturales de algunos componentes como el CO₂, vapor de agua o el ozono.

Clasificación de los Contaminantes Atmosféricos

• Primarios: emitidos directamente a la atmósfera (SO₂, CO, NO, COVs, partículas).
• Secundarios: formados por reacciones químicas en la atmósfera (ozono troposférico, HNO₃, H₂SO₄).
• También se dividen en gases y partículas.

Principales Contaminantes y sus Fuentes

• Dióxido de Azufre (SO₂): combustión de carbón y petróleo, causa lluvia ácida.
• Monóxido de Carbono (CO): combustión incompleta, altamente tóxico.
• Óxidos de Nitrógeno (NOx): tráfico, centrales térmicas. Precursores del ozono troposférico.
• Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs): disolventes, pinturas, gasolina.
• Partículas en Suspensión (PM10 y PM2.5): procedentes de combustión, suelos, procesos industriales.
• Ozono Troposférico (O₃): contaminante secundario generado por fotólisis de NO₂ en presencia de COVs.
• Plomo: combustibles, industria. Tóxico para sistema nervioso.
• Metano (CH₄): ganadería, vertederos, cultivos. Gas de efecto invernadero.

Efectos de la Contaminación

Sobre la Salud Humana

• Enfermedades respiratorias, cardiovasculares, cáncer, mortalidad prematura.

Sobre los Ecosistemas

• Acidificación, eutrofización, daño a la vegetación.

Sobre el Clima

• Gases de efecto invernadero contribuyen al calentamiento global.

Sobre Materiales y Construcciones

• Corrosión y degradación.

Fenómenos Atmosféricos Relacionados

• Smog Fotoquímico: mezcla de ozono, COVs, NOx y partículas en zonas urbanas soleadas.
• Lluvia Ácida: ácido nítrico y sulfúrico formados en la atmósfera. Daña ecosistemas y edificios.
• Islas de Calor: aumento de temperatura en zonas urbanas por actividad humana.
• Efecto Invernadero: fenómeno natural intensificado por emisiones de GEI (CO₂, CH₄, N₂O, etc.).

Medición y Control de la Calidad del Aire

• Redes de Vigilancia: miden concentraciones de contaminantes y comparan con umbrales legales.
• Normativas: Directiva 2008/50/CE, normativa española de calidad del aire.
• Medidas Correctoras: reducción de emisiones industriales, restricciones de tráfico, eficiencia energética.

Protocolo de Kioto y Acuerdo de París

• Protocolo de Kioto (1997): compromiso de reducción de emisiones GEI de países industrializados.
• Acuerdo de París (2015): mantener el aumento de temperatura media global por debajo de 2°C.

Capítulo 6: Energía Nuclear

Introducción

• La energía nuclear proviene de las reacciones en el núcleo de los átomos, principalmente de fisión nuclear.
• Se considera energía no renovable porque depende de minerales como el uranio.
• Ventaja: gran densidad energética. Inconvenientes: residuos radiactivos, riesgo de accidentes.

Fisión Nuclear

• Es la reacción en la que un núcleo pesado (como el Uranio-235) se divide en dos núcleos más ligeros, liberando energía y neutrones.
• Estos neutrones pueden inducir nuevas fisiones: se genera una reacción en cadena.
• La energía liberada se utiliza para calentar agua y generar vapor, que mueve turbinas acopladas a generadores eléctricos.

Componentes Principales de una Central Nuclear

• Reactor Nuclear: donde ocurre la fisión. Contiene el combustible nuclear (barras de U-235).
• Barras de Control: absorben neutrones para regular o detener la reacción.
• Moderador: ralentiza los neutrones (agua, agua pesada o grafito).
• Refrigerante: transporta el calor fuera del reactor (agua o gases).
• Generador de Vapor: transforma el calor en vapor para mover la turbina.
• Condensador: enfría el vapor para volver a convertirlo en agua.
• Sistema de Contención: evita la fuga de radiación al exterior.

Ciclo del Combustible Nuclear

1. Extracción de Uranio (U₃O₈ o «yellowcake»).
2. Conversión a gas UF₆.
3. Enriquecimiento en U-235.
4. Fabricación del Combustible: pastillas que se introducen en tubos metálicos.
5. Uso en el Reactor.
6. Gestión del Combustible Gastado:
   • Almacenamiento Temporal.
   • Reprocesamiento o Almacenamiento Geológico Profundo.

Tipos de Reactores Nucleares

• PWR (Reactor de Agua a Presión): más común. Agua como refrigerante y moderador.
• BWR (Reactor de Agua en Ebullición): el vapor se genera directamente en el reactor.
• PHWR (Agua Pesada Presurizada): como el canadiense CANDU.
• Otros: Reactores Rápidos, de Gas, de Sales Fundidas, etc.

Ventajas e Inconvenientes de la Energía Nuclear

Ventajas

• Alta producción de energía con poca materia prima.
• No emite CO₂ durante la operación.
• Estabilidad de producción.

Inconvenientes

• Gestión de residuos radiactivos.
• Riesgo de accidentes (Chernóbil, Fukushima).
• Coste elevado y complejidad técnica.
• Problemas de aceptación social y seguridad.

Energía de Fusión

• Reacción contraria a la fisión: unión de núcleos ligeros (como el deuterio y tritio) para formar uno más pesado, liberando gran energía.
• Aún en fase experimental.
• Requiere temperaturas extremas (100 millones °C).
• Ejemplo: proyecto internacional ITER.

Capítulo 7: Fuentes de Energía Renovables

Introducción

• Las energías renovables son aquellas que se obtienen de fuentes naturales inagotables o que se regeneran rápidamente.
• Ayudan a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y disminuyen las emisiones de gases de efecto invernadero.
• Son clave para un modelo energético sostenible.

Energía Solar

Energía Solar Térmica

• Aprovecha la radiación solar para calentar un fluido.
• Usos: agua caliente sanitaria, calefacción o generación de electricidad.
• Tipos:
  • Baja Temperatura (captadores planos).
  • Media Temperatura (colectores cilindroparabólicos, Fresnel).
  • Alta Temperatura (torres solares).

Energía Solar Fotovoltaica

• Convierte directamente la radiación solar en electricidad mediante paneles solares.
• Componentes: células fotovoltaicas (generalmente de silicio), inversores, baterías (opcional).
• Tipos de instalaciones: conectadas a red y aisladas.

Energía Eólica

• Generada por el movimiento del viento que hace girar las palas de aerogeneradores, produciendo energía eléctrica.
• Partes: rotor, multiplicadora, generador, torre y sistemas de control.
• Puede ser:
  • Eólica Terrestre (Onshore).
  • Eólica Marina (Offshore): mayor potencia pero más costosa.

Energía Hidráulica

• Aprovecha la energía potencial del agua en movimiento (ríos, embalses) para mover turbinas.
• Tipos:
  • Grandes Presas (mayor impacto ambiental).
  • Pequeña Hidroeléctrica (<10 MW).
  • Minicentrales (<1 MW).
• Ventajas: regulación de caudal, almacenamiento de energía (bombeo).
• Inconvenientes: impacto ecológico y desplazamiento de población.

Energía de la Biomasa

• Proviene de materia orgánica: residuos agrícolas, forestales, industriales o urbanos.
• Usos:
  • Biomasa Sólida (leña, pellets) → calor o electricidad.
  • Biogás (digestión anaerobia) → electricidad o calor.
  • Biocarburantes:
    • Bioetanol: fermentación de azúcares (sustituto de gasolina).
    • Biodiésel: a partir de aceites vegetales (sustituto de diésel).

Energía Geotérmica

• Aprovecha el calor interno de la Tierra para generar electricidad o climatizar edificios.
• Tipos según la temperatura:
  • Alta Entalpía (>150°C): generación eléctrica.
  • Media Entalpía (100–150°C): usos mixtos.
  • Baja Entalpía (<100°C): climatización.
• Usos: Islandia es ejemplo destacado.

Energía del Mar

Energía Mareomotriz

• Aprovecha el movimiento de las mareas.
• Infraestructuras: presas de marea, turbinas submarinas.

Energía Undimotriz

• Captura el movimiento de las olas (boyas, columnas de agua oscilantes).

Energía por Gradiente Térmico o Salino

• Tecnología aún experimental. Usa diferencias de temperatura o salinidad.

Almacenamiento de Energía

• Es esencial para compensar la intermitencia de renovables.
• Tipos:
  • Bombeo Hidráulico (más común).
  • Baterías (litio, plomo-ácido, etc.).
  • Hidrógeno Verde (electrólisis del agua).
  • Almacenamiento Térmico y Volantes de Inercia.

Capítulo 8: Combustibles y Combustión

Concepto de Combustión

• Combustión: Reacción química exotérmica entre un combustible y un comburente (habitualmente oxígeno), que genera calor y, en muchos casos, luz.
• Productos Principales: dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O), además de compuestos contaminantes.

Tipos de Combustibles

• Clasificación según su estado físico:

Sólidos

• Carbón (antracita, hulla, lignito, turba).
• Biomasa (leña, pellets).

Líquidos

• Petróleo y Derivados (gasóleo, gasolina, queroseno, fueloil).
• Biocarburantes Líquidos (bioetanol, biodiésel).

Gaseosos

• Gas Natural (principalmente metano).
• GLP (Butano, Propano).
• Biogás.
• Hidrógeno.

Composición del Gas Natural

• Principal componente: metano (CH₄).
• Otros: etano, propano, butano, CO₂, nitrógeno, etc.
• Uso: doméstico, industrial y generación eléctrica.

Poder Calorífico

• Energía liberada al quemar completamente un combustible.
• Dos tipos:
  • Poder Calorífico Superior (PCS): incluye la energía del vapor condensado.
  • Poder Calorífico Inferior (PCI): excluye esa energía (más utilizado en la práctica).
• Se mide en kJ/kg o kWh/kg.

Combustibles Alternativos

Biocombustibles

• Bioetanol: fermentación de azúcares o almidón.
• Biodiésel: transesterificación de aceites vegetales.
• Ventajas: renovables, reducción de emisiones.

Hidrógeno

• Hidrógeno Verde: producido por electrólisis con energía renovable.
• Puede usarse en pilas de combustible o motores de combustión.
• Desafíos: almacenamiento y distribución.

Combustibles Sintéticos

• Fabricados combinando CO₂ capturado con hidrógeno.
• Permiten descarbonizar sectores difíciles.

Emisiones de la Combustión

• Contaminantes Principales:
  • CO₂: principal gas de efecto invernadero.
  • NOx: óxidos de nitrógeno, causan lluvia ácida y ozono troposférico.
  • SO₂: dióxido de azufre, contaminante ácido.
  • CO: monóxido de carbono, tóxico.
  • Partículas: afectan al sistema respiratorio.
  • COV: compuestos orgánicos volátiles, precursores de ozono.
  • HAP: hidrocarburos aromáticos policíclicos, algunos cancerígenos.

Eficiencia de la Combustión

• Importante minimizar pérdidas energéticas.
• Factores que influyen:
  • Proporción aire-combustible.
  • Temperatura de la combustión.
  • Presencia de inquemados.
• Se pueden usar analizadores de gases para ajustar la combustión.

Tecnologías de Combustión Limpia

• Filtros de Partículas.
• Desulfuración.
• Recirculación de Gases de Escape (EGR).
• Postcombustión Catalítica.
• Captura y Almacenamiento de Carbono (CCS).

Centrales Térmicas

• Plantas donde se genera electricidad mediante combustión.
• Tipos:
  • Centrales Térmicas Convencionales: usan carbón, gasóleo o gas natural.
  • Centrales de Ciclo Combinado:
    • Ciclo Brayton (gas).
    • Ciclo Rankine (vapor).
    • Alta eficiencia (>55%) al aprovechar el calor residual de la turbina de gas para generar vapor que impulsa una segunda turbina.
  • GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado):
    • Usa carbón para producir un gas de síntesis que alimenta una turbina de gas.
    • Reduce emisiones contaminantes.

Capítulo 9: Disponibilidad Solar

Irradiación Solar en la Tierra

• La Tierra recibe energía solar continuamente desde el Sol en forma de radiación electromagnética.
• La constante solar es la potencia media por unidad de área recibida en la atmósfera exterior: aprox. 1367 W/m².
• La atmósfera reduce esta energía debido a fenómenos como:
  • Dispersión
  • Reflexión
  • Absorción

Tipos de Radiación Solar

• Radiación Directa: Llega sin desviarse directamente del Sol.
• Radiación Difusa: Es dispersada por partículas en la atmósfera.
• Radiación Reflejada: Proviene de la reflexión en superficies terrestres.
• Radiación Global: Suma de directa y difusa.

Factores que Afectan la Disponibilidad Solar

• Latitud: A mayor latitud, menor radiación recibida.
• Estación del Año: Verano = más radiación; invierno = menos.
• Hora del Día: Máxima al mediodía solar.
• Condiciones Atmosféricas: Nubes, polvo y contaminación reducen la radiación.
• Inclinación y Orientación: Superficies orientadas al ecuador reciben más energía.

Medición de la Radiación Solar

• Se mide con piranómetros (para radiación global) y pirheliómetros (para radiación directa).
• Se expresa en W/m² o kWh/m²/día.
• Las mediciones se usan en climatología, agricultura y energía solar.

Bases de Datos Solares

• Se han generado a través de satélites y estaciones meteorológicas.
• Algunas bases destacadas:
  • NASA SSE
  • PVGIS
  • SolarGIS
  • Permiten evaluar el potencial solar de una localización.

Aplicaciones de la Disponibilidad Solar

• Diseño de Sistemas Solares Fotovoltaicos y Térmicos.
• Dimensionamiento de Instalaciones Solares.
• Modelos de Predicción Solar: permiten estimar la producción de energía.
• Mejora la eficiencia energética en edificios (arquitectura bioclimática).

Capítulo 10: Energía Solar Térmica y Fotovoltaica

Introducción a la Energía Solar

• La radiación solar que llega a la Tierra puede transformarse en calor (solar térmica) o en electricidad (fotovoltaica).
• Se define el aprovechamiento solar pasivo (diseño arquitectónico) y activo (tecnologías específicas).

Energía Solar Térmica

Principio de Funcionamiento

• Transforma la radiación solar en calor para calentar fluidos (normalmente agua).
• Utiliza captadores solares para absorber la radiación.

Captadores Solares Térmicos

• Captadores Planos: los más comunes, con vidrio transparente y una superficie absorbente.
• Captadores de Tubos de Vacío: mejor aislamiento, mayor rendimiento.
• Concentradores Solares: espejos que enfocan la radiación en un punto o línea.

Aplicaciones

• Agua caliente sanitaria (ACS), calefacción, climatización de piscinas.
• En la industria: procesos que requieren calor a baja o media temperatura.

Ventajas y Limitaciones

• Ventajas: tecnología madura, baja huella ambiental, ahorro económico.
• Limitaciones: dependencia de la radiación solar, necesidad de almacenamiento o apoyo con energía auxiliar.

Energía Solar Fotovoltaica

Principio de Funcionamiento

• Conversión directa de la luz solar en electricidad mediante células solares.
• Efecto fotovoltaico: los fotones liberan electrones en un material semiconductor (silicio).

Tipos de Células Fotovoltaicas

• Monocristalinas: alta eficiencia, mayor coste.
• Policristalinas: menor coste, eficiencia moderada.
• De Capa Fina: más económicas, pero menos eficientes.
• Nuevas tecnologías: heterounión, perovskitas, orgánicas.

Componentes de una Instalación

• Paneles solares, inversor (DC a AC), regulador de carga, baterías, estructura de soporte, cableado.

Aplicaciones

• Electrificación rural, autoconsumo, conexión a red, bombeo de agua, señalización.

Ventajas y Limitaciones

• Ventajas: energía limpia, escalable, bajo mantenimiento.
• Limitaciones: intermitencia, coste inicial, necesidad de espacio y condiciones óptimas.

Factores que Afectan el Rendimiento Solar

• Inclinación y orientación del panel.
• Sombra y suciedad.
• Temperatura ambiente (a mayor temperatura, menor eficiencia).
• Latitud y condiciones climáticas.