ENERGIA EOLICA

ENERGÍA EÓLICA

La energía eólica, como la mayoría de las energías renovables, tiene su origen en la

radiación que alcanza nuestro planeta procedente del Sol. En concreto, entre el uno y

el dos por ciento de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica,

lo que supone entre 50 y 100 veces más de la energía que transforman en biomasa

todas las plantas del planeta.

La energía eólica se genera debido a que no todas las partes del planeta

se calientan de igual modo, lo cual genera diferencias de presión en la

atmósfera. A ese fenómeno se une el efecto del movimiento de rotación

terrestre a escala global y los factores geográficos y climáticos locales.

Un poco de historia

La energía eólica ha sido utilizada por los hombres desde hace muchos años. La

primera aplicación que se conoce es la impulsión de barcos de vela, presente en

grabados egipcios del quinto milenio antes de Cristo. Sin embargo, el carácter

altamente irregular de la energía eólica hizo que su aplicación en sistemas de

extracción de energía mecánica fuese bastante posterior. Las primeras referencias son

de molinos utilizados para riego en el siglo VII antes de Cristo en Persia. Estos molinos

eran muy sencillos y consistían únicamente en unas velas verticales unidas a un eje

también vertical. Presentaban una eficiencia muy baja, pero fueron utilizados durante

mucho tiempo.

También en China se utilizaban molinos de eje vertical para el bombeo de agua y su

origen puede incluso ser anterior al de los molinos persas.

Los primeros molinos de eje horizontal construidos en Europa datan del siglo XIII, y en

el siglo XV se utilizaron en Holanda para bombeo. En el siglo XVII se introdujeron los

sistemas de control de potencia y de orientación, uno de los principales problemas en

este tipo de máquinas.

Durante el siglo diecinueve se desarrollaron en Estados Unidos molinos multipala para bombeo, caracterizados por su robustez y facilidad de reparación, lo que los hizo muy populares y permitió que se fabricasen más de seis

millones de unidades.

El comienzo de la utilización de los molinos de viento para generar energía eléctrica se produjo a finales del siglo diecinueve, a partir del trabajo del profesor Lacour en Dinamarca. Diseñó un aerogenerador de 25 metros de diámetro que podía generar un máximo de 25 kilovatios, del cual se fabricaron más de 120 unidades.

A principio del siglo veinte se produjo una revolución en el campo de la energía eólica

debido a dos innovaciones: la aplicación de perfiles aerodinámicos al diseño de las

palas de los aerogeneradores a partir de 1927, y la aparición de los sistemas que

presentaban un paso de pala variable, es decir, que permitían regular la potencia

captada modificando el ángulo de incidencia del viento sobre las palas.

El último “empujón” para el desarrollo de la energía eólica se produjo tras la crisis del

petróleo en 1973, cuando el encarecimiento del crudo estimuló el estudio de fuentes de

energía alternativas. Se crearon mapas eólicos que permitieron cuantificar el potencial

eólico disponible y se desarrollaron nuevas máquinas de potencia elevada (hasta 3,2

MW).

En la actualidad existe una industria eólica muy avanzada, y pueden encontrarse

aerogeneradores de muy diversos tipos: de paso fijo o variable, de velocidad fija o

variable, de pequeña potencia para aplicaciones residenciales o de potencia elevada

para generación de energía eléctrica a gran escala, etc.

Cómo se mide la velocidad del viento

En la mayoría de los casos, la velocidad de viento se mide mediante:

Un anemómetro, que mide su magnitud.

Existen varios tipos:

__ Anemómetro ultrasónico

__ Anemómetro de láser

__ Anemómetro de hélice

__ Anemómetro de cazoleta. Es el más

utilizado.

El principio de funcionamiento del

anemómetro de cazoleta es muy

sencillo. Se unen a un eje un

determinado numero de cazoletas

(normalmente tres), de tal modo que la

incidencia del viento sobre ellas hace que

el anemómetro gire a una velocidad

proporcional a la velocidad de viento.

Posteriormente, esta velocidad de giro es

transformada en una señal eléctrica

mediante un generador que produce una

tensión proporcional a la velocidad de

giro o un encoder que genera una

secuencia de pulsos de frecuencia

proporcional a la velocidad de giro.

Una veleta que nos informa sobre su dirección.

El funcionamiento de la veleta es todavía más sencillo. La veleta esta formada

por un elemento móvil que puede girar libremente para orientarse en la dirección

del viento, y un transductor que permite traducir esa posición a una señal

eléctrica. Normalmente este transductor es simplemente un potenciómetro que,

cuando se alimenta con una fuente de tensión fija, nos da una tensión de salida

proporcional a la posición de la veleta.

Una medida precisa de la velocidad del viento es fundamental para estimar

correctamente el potencial eólico de una determinada localización ya que, como

veremos más adelante, la energía disponible depende del cubo de la velocidad, por lo

que errores pequeños en la medida pueden causar grandes errores en la estimación

energética.

Una vez se dispone de las medidas de velocidad

de viento, se requiere un sistema que permita su

almacenamiento durante periodos de tiempo

prolongados. Dicho sistema se conoce como “datalogger”

y además de almacenar los datos

correspondientes a la velocidad de viento, suele

registrar también otros parámetros meteorológicos,

como la presión, humedad, radiación solar, etc.

Estos instrumentos de medida se

colocan en una torre, que puede ser

fija o móvil, y en cuya base se

instala el sistema para el

almacenamiento de datos.

Con los datos de velocidad se determina la rosa de vientos, que recoge la velocidad

media en cada dirección y su probabilidad.

En esta figura se representan en

una sola gráfica dos rosas de

viento. La azul indica la

probabilidad de que el viento sople

en una determinada dirección. En

ella vemos que la dirección más

probable en ese emplazamiento es

la noroeste. La roja nos indica la

velocidad media de viento en cada

una de las direcciones. Podemos

observar que, en este caso, la

dirección de máxima velocidad

media coincide con la que se da

más frecuentemente, la dirección

noroeste.

Además, con las medidas de

velocidad podemos determinar

cual es la distribución de

velocidades de viento en un

emplazamiento, es decir, el

número de horas al año que

vamos a tener una determinada

velocidad de viento. Estos datos

pueden agruparse para obtener

un gráfico de barras como el que

se muestra en la figura.

¿Cómo varía la velocidad de viento con la altura?

La velocidad de viento no se mantiene constante a medida que nos desplazamos

verticalmente dado que cuando nos acercamos al suelo, la velocidad se reduce debido

al rozamiento. Por tanto, lo ideal sería realizar la medida de velocidad a la misma

altura a la que se va a

colocar la turbina, pero esto

no suele ser lo más habitual.

Lo que se suele hacer es

tomar las medidas a una

altura normalizada y luego

extrapolar a la altura de la

turbina.

En el método utilizado para

realizar esta extrapolación se

supone que el viento sigue

una evolución exponencial

con la altura, es decir:

El coeficiente de rugosidad a suele variar entre 0,1 y 0,3.

¿Cuanta potencia puedo producir?

La ecuación básica que nos indica la energía cinética que

posee un móvil de masa, viene dada por la expresión:

En el caso que nos ocupa, no deseamos calcular la

energía cinética de un objeto, sino de un flujo de aire que

atraviesa la superficie que cubre un aerogenerador. La

potencia disponible en el aire es:

Una turbina eólica nunca va a ser capaz de extraer toda esta energía, por lo que es

interesante disponer de un factor que nos indique la eficiencia de una determinada

máquina. Ese factor es el coeficiente de potencia Cp, que mide la relación entre la

energía captada y la disponible. Es decir:

Máquinas eólicas.

En este punto vamos a describir la constitución y el funcionamiento de una máquina

eólica. Aunque todas ellas tienen elementos comunes, existen diferencias en función

de la aplicación a que están destinadas. Por ello vamos a considerar tres tipos de

máquina eólicas:

Grandes generadores.

Son los aerogeneradores destinados a la producción de energía

eléctrica a gran escala. Son máquinas de cientos de kilovatios de

potencia nominal (actualmente la mayoría de las máquinas que se

instalan presentan potencias nominales entre 600 y 900 kW)

Estas máquinas suelen agruparse en parque eólicos, que pueden

observarse en distintas zonas de nuestra Comunidad Autónoma.

El aerogenerador está compuesto por tres partes bien diferenciadas:

Torre. Es la estructura que soporta el

aerogenerador y se realiza en acero. Se

construye en varias secciones para facilitar

su transporte, ya que su altura, para un

aerogenerador de 600 kW, puede estar en

torno a los 50 metros. Las distintas

secciones se unen mediante tornillos, y en la

superior pueden introducirse depósitos de

arena para reducir las vibraciones. En el

interior de la torre suelen situarse otros

elementos del aerogenerador, como el

sistema de control o el centro de

transformación.

Turbina eólica. Es la parte del aerogenerador que

se encarga de captar la energía cinética del viento y

transformarla en energía mecánica en su eje. En

este tipo de máquinas, el número de palas suele ser

tres, debido al compromiso existente entre su coste y

el equilibrio de fuerzas en el eje.

Se fabrica en poliester reforzado con fibra de

carbono y puede ser de paso fijo o variable,

dependiendo de si se desea variar el ángulo que

forman las palas con el viento o no.

Góndola. Es la parte superior del

aerogenerador, donde se coloca el resto de

elementos que lo componen, como el

multiplicador, el generador o el sistema de

orientación.

El multiplicador se encarga de elevar la

velocidad de giro del sistema, desde la

velocidad de la turbina (20-30 rpm) a la

velocidad del generador (1000-1500 rpm).

En la actualidad existen algunos

aerogeneradores provistos de un generador

de baja velocidad, en los que no es

necesario utilizar este elemento.

El generador es el elemento que se

encarga de transformar la energía

mecánica en energía eléctrica. En la

actualidad se utilizan fundamentalmente tres tipos de generadores:

__ Generador asíncrono de jaula de ardilla. Es el generador más sencillo,

barato y robusto, pero presenta problemas en su funcionamiento a

velocidad variable.

__ Generador asíncrono de rotor bobinado. Es más caro que el anterior, pero

Su funcionamiento a velocidad variable es más sencillo.

__ Generador síncrono de imanes permanentes. Se utiliza casi

exclusivamente en sistemas de generación a velocidad variable que no

incluyen multiplicador.

El sistema de orientación se encarga de mantener a la turbina en posición

perpendicular a la dirección del viento. Suelen utilizarse motores hidráulicos

accionados por un autómata que recibe la información de la dirección del

viento a partir de una veleta situada en la parte superior de la góndola.

Pequeños generadores.

Estos generadores tienen cono objetivo abastecer de energía eléctrica a viviendas,

granjas o pequeños núcleos rurales alejados de la red de suministro eléctrico. La

potencia de esta maquinas suele variar entre 100 W y 10 kW.

Estos aerogeneradores son mucho más sencillos que

los descritos anteriormente para sistemas de generación

a gran escala. Sus características fundamentales son:

La turbina puede tener dos o tres palas realizadas

en fibra de vidrio y carbono.

El generador es de imanes permanentes y esta

acoplado directamente a la turbina (no se utiliza

multiplicador)

El sistema de orientación suele consistir en una

cola tal y como la que se ve en la figura.

La salida del sistema puede ser en corriente

continua o alterna, dependiendo del sistema al que

se desee abastecer.

La torre puede ser tubular o de celosía.

Máquinas de bombeo.

En este tipo de máquinas no se realiza una conversión a energía eléctrica, sino que la

energía mecánica es utilizada directamente para impulsar agua.

El bombeo de agua fue una de las primeras aplicaciones de la energía eólica, y sigue

utilizándose en la actualidad.

ENERGÍA

HIDROELÉCTRICA

1. Introducción

Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban

ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y

animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad

media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima

de cincuenta caballos

La energía hidroeléctrica tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial.

Impulsó las industrias textil y del

cuero y los talleres de construcción

de máquinas a principios del siglo

XIX. Aunque las máquinas de

vapor ya estaban perfeccionadas,

el carbón era escaso y la madera

poco satisfactoria como

combustible. La energía hidráulica

ayudó al crecimiento de las nuevas

ciudades industriales que se

crearon en Europa y América

hasta la construcción de canales a

mediados del siglo XIX, que

proporcionaron carbón a bajo

precio.

Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas

sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes

presas de contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano

y el otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas

por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.

La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran

Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del

generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al

aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales

hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de

electricidad.

La energía del agua

Las pequeñas centrales hidráulicas captan la energía cinética y potencial

del agua convirtiéndolas en energía eléctrica.

El aprovechamiento de los recursos hidráulicos proporciona una energía eléctrica

barata, limpia y fiable. Por otra parte, el impacto medioambiental de las minicentrales

hidroeléctricas es mínimo si se busca su integración con el entorno.

La energía del agua es una manifestación más de la energía solar, el sol es el causante

del ciclo hidrológico que se inicia con la evaporación del agua contenida en mares y

lagos, de su transporte en forma de nubes y de la precipitación sobre la tierra en forma

de agua, nieve o hielo.

El agua fluye entonces desde los lugares de mayor altura hacia las zonas bajas, la

energía del agua en su descenso es captada por las centrales minihidráulicas y

convertida en energía eléctrica.

La energía aprovechable depende de dos factores:

__ la altura

__ el volumen de agua que circula en m3/sg.

Cuanta energía puedo producir

La energía que se puede generar en un salto de agua vendrá dado por el

producto de la potencia del mismo y el tiempo que esté funcionando.

La potencia de un salto de agua se obtiene de una ecuación muy sencilla:

De lo anterior se deduce que es fundamental medir adecuadamente el salto y el caudal

Tipos de centrales

La clasificación básica se hace atendiendo a dos parámetros:

__ Potencia instalada

__ Forma de aprovechar el agua

Según la potencia instalada

Microcentrales: con potencias inferiores a 100 kW.

Minicentrales: con potencias entre 100 kW y 10 MW.

Centrales: con potencias superiores a 10 MW.

Según la forma en que aprovechan el agua:

Centrales de agua fluyente. Son instalaciones que mediante un azud y una

obra de toma en el cauce del río derivan una porción de agua que es devuelta al

mismo tras ser turbinada.

O bien, son centrales directamente situadas en el mismo cauce del río que

aumentan el salto de agua mediante un azud.

En ninguno de los dos casos existe la posibilidad de regular el caudal turbinado

siendo éste dependiente del caudal del río.

Centrales de embalse. Son la que utilizan lagos o embalses artificiales en los

que se acumula el agua que posteriormente será turbinada por la central,

situada en el pie de la presa, en función de las necesidades energéticas.

Dentro de éstas se encuentran las:

__ Centrales de regulación: capaces de almacenar grandes cantidades de

agua para ser utilizada en épocas de bajos caudales o cubrir las

necesidades energéticas de horas punta.

__ Centrales de bombeo: son instalaciones que elevan agua en momentos de

baja demanda energética (horas valle) acumulándola en un embalse y

turbinándola en momentos de elevada demanda energética (horas punta).

Centrales Mixtas. Son centrales que disponen de una pequeña presa que cierra

una garganta estrecha permitiendo aumentar la altura del salto sin inundar

grandes superficies. El edificio de la central se halla situado lejos de la presa y

recibe el agua de igual forma que lo hace una central de tipo fluyente.

¿Qué elementos forman una central hidroeléctrica?

Según el tipo de central hidroeléctrica , dispondrá de unos u otros elementos. La

clasificación se realiza básicamente en dos grupos:

__ Obra civil

__ Equipamiento electromecánico

Obra civil

Los más habituales en pequeñas centrales son:

Azud: Se trata de un muro transversal al cauce del río con el que se consigue un

remanso y una pequeña elevación del nivel del agua.

Obra de toma: Generalmente se trata de un ensanchamiento junto al azud de

derivación que permite desviar el volumen de agua necesario hacia el canal o hacia

la cámara de carga.

Canal: Es una conducción a cielo abierto que lleva el agua desde la obra de toma

hasta la Cámara de carga.

Cámara de carga: es un pequeño depósito

de donde parte la tubería, su misión es evitar

que entre aire en la tubería

Tubería: es un conducto por el que el agua

circula a presión hacia la turbina, debe

soportar altas presiones y generalmente se

hace de acero o de PVC

Edificio: es la casa de máquinas en la que se

instala el equipamiento electromecánico para

que se encuentre protegido.

Además de estos elementos, normalmente se dispone de válvulas de cierre para

permitir cerrar la entrada de agua hacia la turbina, rejas para impedir la entrada de

cuerpos sólidos que puedan dañar la turbina, etc.

Equipamiento electromecánico

Básicamente está formado por los siguientes elementos:

Turbina hidráulica: es una máquina rotativa que impulsada por el agua

procedente de la tubería, convierte la energía que ésta lleva en energía mecánica

de rotación. Está formada por una rueda en la que se disponen unos álabes,

cangilones o palas. El agua se dirige hacia estos elementos, mediante un

dispositivo móvil que permite controlar el caudal turbinado, adaptando de esta

forma la potencia. Según como aprovechan la energía del agua se distinguen dos

grupos de turbinas:

__ Turbinas de acción, en las que el agua golpea a

la parte móvil de la turbina produciendo su giro.

Dentro de éstas están las turbinas Pelton, Turgo

y Ossberger

__ Turbinas de reacción, que funcionan aprovechando

la diferencia de presión del agua cuando

pasa por ellas.

Aquí se sitúan las turbinas Francis, Hélice,

Semikaplan y Kaplan.

Multiplicador: Dado que el generador es más barato cuanto más rápido sea, se

utiliza un multiplicador. El multiplicador es una caja de engranajes que adecua la

velocidad de la turbina a la velocidad del generador. Cuando sea posible, el

multiplicador debe ser eliminado.

Generador: Es una máquina eléctrica que

transforma la energía mecánica producida

por la turbina en energía eléctrica. Existen

dos tipos de generadores:

__ Asíncronos: son más baratos y

sencillos, pero se hallan limitados

por las condiciones de la red

eléctrica

__ Síncronos: son más caros y

complejos, pero la energía que

entregan es de mayor calidad por lo

que no existen problemas en su uso.

Transformador: Es una máquina eléctrica que recibe la energía del generador y la

adecua a las características de la red de transporte.

Red de transporte: es la encargada de transmitir la energía eléctrica desde la

central hidroeléctrica hasta la red de la compañía a la que se vende.

Sistemas de control y protección: Todos los elementos anteriores van

acompañados de elementos que se encargan de controlarlos, tanto para la puesta

en marcha, como para el funcionamiento en régimen normal y para la parada. Así

mismo, existen dispositivos de protección para evitar que los diferentes elementos

puedan sufrir daños ante perturbaciones.

BIOMASA

La biomasa

La biomasa, sustancia orgánica renovable de origen animal o vegetal, era la fuente

energética más importante para la humanidad y en ella se basaba la actividad

manufacturera hasta el inicio de la revolución industrial. Con la introducción de los

combustibles fósiles el aprovechamiento energético de la biomasa fue disminuyendo

progresivamente, llegando a caer prácticamente en desuso en el sector industrial.

No obstante, en los últimos años el panorama energético mundial ha variado

notablemente. El elevado coste de los combustibles fósiles y los avances técnicos que

han posibilitado la aparición de sistemas de aprovechamiento energético de la biomasa

cada vez más eficientes, fiables y limpios, han causado que esta fuente de energía

renovable se empiece a considerar por las industrias como una alternativa, total o

parcial, a los combustibles fósiles.

En este capítulo se va tratar la biomasa desde el punto de vista del consumidor final, no

se analiza el caso de la instalación de una industria cuyo objetivo fuera la

transformación de la biomasa para la posterior comercialización del producto

energético generado (por ejemplo, las centrales eléctricas de biomasa, plantas de

elaboración de carbón vegetal o de briquetas).

Tipos de biomasa

Existen diferentes tipos o fuentes de biomasa que pueden ser utilizados para

suministrar la demanda de energía de una empresa, una de las clasificaciones más

generalmente aceptada es la siguiente:

Biomasa natural: es la que se produce

espontáneamente en la naturaleza sin ningún tipo de

intervención humana. Los recursos generados en las

podas naturales de un bosque constituyen un ejemplo

de este tipo de biomasa. La utilización de estos

recursos requiere de la gestión de su adquisición y

transporte hasta la empresa, lo que puede provocar

que su uso sea inviable económicamente.

Biomasa residual seca: se incluyen en este grupo los

subproductos sólidos no utilizados en las actividades

agrícolas, en las forestales y en los procesos de las

industrias agroalimentarias y de transformación de la

madera y que, por tanto, son considerados residuos.

Este es el grupo que en la actualidad presenta un

mayor interés desde el punto de vista del

aprovechamiento industrial. Algunos ejemplos de este

tipo de biomasa son la cáscara de almendra, el orujillo,

las podas de frutales, el serrín, etc.

Biomasa residual húmeda: son los vertidos

denominados biodegradables: las aguas residuales

urbanas e industriales y los residuos ganaderos

(principalmente purines).

Cultivos energéticos: son cultivos realizados con la

única finalidad de producir biomasa transformable en

combustible. Algunos ejemplos son el cardo (cynara

cardunculus), el girasol cuando se destina a la

producción de biocarburantes, el miscanto, etc.

Biocarburantes: aunque su origen se encuentra en

la transformación de la biomasa residual húmeda

(por ejemplo reciclado de aceites), de la biomasa

residual seca rica en azúcares (trigo, maíz, etc.) o

de los cultivos energéticos (colza, girasol, pataca,

etc.), por sus especiales características y usos

finales, este tipo de biomasa exige una clasificación

distinta de las anteriores.

El aprovechamiento energético de los recursos biomásicos puede

suponer para su industria importantes beneficios económicos.

Características energéticas de la biomasa

En muchas ocasiones, la biomasa se elimina por ser molesta para la instalación que la

produce o porque entorpece las labores agrarias o ganaderas que la generan. Cuando

esto ocurre, se está desperdiciando una fuente de energía importante, basta recordar

que considerando que, por término medio, un kilogramo de biomasa permite obtener

14.630 kJ y que un litro de gasolina tiene aproximadamente 41.800 kJ, por cada tres

kilogramos que desperdiciamos de biomasa, se desaprovecha el equivalente a un litro

de gasolina.

Habitualmente, el contenido energético de la biomasa se mide en función del poder

calorífico del recurso, aunque para algunos de ellos, como es el caso de la biomasa

residual húmeda o el de los biocarburantes, se determina en función del poder

calorífico del producto energético obtenido en su tratamiento. La siguiente tabla recoge

el poder el poder calorífico inferior (P.C.I.) a distintos contenidos de humedad de

algunos de los recursos de biomasa más habituales.

Por otra parte, como no se puede llevar a cabo la combustión directa de la biomasa

residual húmeda, su contenido energético puede determinarse en función del que

posee el biogás generado en su digestión anaerobia (ver apartado 6). La cantidad de

biogás producido y su contenido energético dependen de las características del

sustrato tratado y de la tecnología empleada. En la siguiente tabla se muestra el

potencial energético medio del biogás obtenido en la digestión anaerobia de algunos

recursos.

Por último, en el caso de los biocarburantes, éstos presentan un P.C.I. ligeramente

inferior al de los combustibles fósiles tradicionales, aproximadamente el 10%.

¿Qué aplicaciones energéticas tiene?

Con biomasa se puede generar energía térmica (agua o aire caliente, vapor, etc.),

energía eléctrica e incluso mecánica mediante el uso de biocarburantes en motores de

combustión interna:

Generación de energía térmica: El sistema más extendido para este tipo de

aprovechamiento está basado en la combustión de biomasa sólida, aunque

también es posible quemar el biogás procedente de la digestión anaerobia de un

residuo líquido o el gas de síntesis generado en la gasificación de uno sólido.

Todos los procesos de aprovechamiento de la biomasa mencionados en este punto

y en el siguiente se describen en el apartado 6.

Generación de energía eléctrica: En función del tipo y cantidad de biomasa

disponible varía la tecnología más adecuada a emplear para este fin:

__ Ciclo de vapor: está basado en la combustión de biomasa, a partir de la cual

se genera vapor que es posteriormente expandido en una turbina de vapor.

__ Turbina de gas: utiliza gas de síntesis procedente de la gasificación de un

recurso sólido. Si los gases de escape de la turbina se aprovechan en un

ciclo de vapor se habla de un “ciclo combinado”.

__ Motor alternativo: utiliza gas de síntesis procedente de la gasificación de un

recurso sólido o biogás procedente de una digestión anaerobia.

Cogeneración: Cuando una entidad presenta consumos térmicos y eléctricos

importantes se puede plantear la instalación de un sistema de cogeneración,

consistente en la producción conjunta de energía térmica y eléctrica. Esta

tecnología presenta como gran ventaja la consecución de rendimientos superiores

a los sistemas de producción de energía térmica o eléctrica por separado.

El principio de funcionamiento de la cogeneración se basa en el aprovechamiento

de los calores residuales de los sistemas de producción de electricidad comentados

en el epígrafe anterior.

Aunque cada caso debe ser estudiado en detalle, en general la

cogeneración es adecuada para empresas con consumos de energía

eléctrica importantes, con un factor de utilización elevado (más de 5.000

h/año) y donde sea posible aprovechar energía térmica a temperatura

media (alrededor de 400-500º C).

Un sistema de cogeneración basado en la utilización de biomasa permite

disminuir el coste de la factura, tanto la eléctrica (existiendo la posibilidad

añadida de venta del excedente de electricidad) como la de combustibles

fósiles.

Tanto los sistemas de generación de energía eléctrica como los de

cogeneración requieren inversiones importantes, por lo que es preciso

realizar un estudio muy cuidadoso y detallado antes de decidir implantarlos.

Generación de energía mecánica: Los biocarburantes (ver apartado 6) pueden

ser empleados en los motores alternativos de automóviles, camiones, autobuses,

etc., sustituyendo total o parcialmente a los combustibles fósiles.

La utilización de biocarburantes es especialmente interesante en

industrias agrarias que dispongan de una adecuada materia prima para su

producción (aceites reciclados, colza, girasol, maíz, trigo, pataca, etc.) y

que puedan autoconsumirlos (por ejemplo en tractores), llegando a

suponer importantes ahorros en la factura de los combustibles.

Sistemas de aprovechamiento energético de la biomasa

Cuando se desea generar energía con biomasa se puede optar por diferentes sistemas

tecnológicos. La elección entre uno y otro depende de las características de los

recursos, de la cuantía disponible y del tipo de demanda energética requerida. En

general, los sistemas comerciales existentes en el mercado para utilizar la biomasa

residual seca se pueden clasificar en función de que estén basados en la combustión

del recurso o en su gasificación; los que aprovechan el contenido energético de la

biomasa residual húmeda están basados en su digestión anaerobia y, por último, para

ambos tipos de recursos, existen tecnologías que posibilitan la obtención de

biocarburantes.

Sistemas basados en la combustión del recurso

Con los equipos que en la actualidad existen en el mercado se pueden conseguir

rendimientos de combustión muy elevados, que pueden alcanzar en instalaciones de

elevada potencia hasta el 95% si se acoplan equipos de recuperación de calor. Los

avances tecnológicos conseguidos, tanto en los sistemas de alimentación de la

biomasa como en los equipos de combustión, hacen que, en estos momentos, si se

dispone de biomasa y es necesario cubrir una demanda térmica en la empresa, los

equipos de combustión de estos recursos renovables sean tan eficientes, cómodos y

competitivos como los basados en combustibles fósiles.

En general, una planta de combustión de biomasa consta de los siguientes sistemas:

Almacenamiento de combustible

Transporte y dosificación del combustible al equipo de combustión

Equipos y cámara de combustión

Caldera (vapor, agua caliente, aceite térmico)

Recuperadores auxiliares de calor

Depuración de gases

Extracción de cenizas

Existen diferentes tecnologías para llevar a cabo la combustión de la biomasa, caldera

de parrilla, cámara torsional, combustor en lecho fluido, etc. En función de las

características del recurso y de la demanda (energía a baja o a alta temperatura y

cantidad de la misma a suministrar) es más idóneo uno que otros, pero en todos los

casos, los avances tecnológicos antes mencionados, proporcionan tanta seguridad y

confort como los sistemas basados en combustibles fósiles.

Los últimos avances tecnológicos relacionados con el transporte y la

alimentación de los recursos de biomasa a una planta de combustión, así

como las mejoras de eficiencia y disminución de emisiones alcanzadas en

las calderas, proporcionan tanta seguridad y confort como los sistemas

basados en combustibles fósiles (gas natural, gasoil, propano, fuel, etc.)

Sistemas basados en la gasificación del recurso

Cuando se desea generar energía térmica y/o eléctrica con biomasa, ésta se puede

introducir en equipos en los que por la acción del calor y la ausencia de oxígeno

producen, al descomponer térmicamente el recurso, un gas combustible que puede

emplearse de forma similar a como se utilizan el gas natural u otros combustibles

gaseosos tradicionales. Estos equipos presentan la ventaja de que poseen, cuando se

trabaja con potencias reducidas o con potencias muy elevadas, mayor rendimiento que

los sistemas de combustión, por lo que en esos casos pueden ser mucho más

adecuados.

Aproximadamente, una planta de gasificación consta de los mismos sistemas que una

planta de combustión, salvo que la caldera se sustituye por el gasificador y el sistema

de limpieza del gas.

Como ocurre con los sistemas de combustión, existen diferentes tecnologías de

gasificación de un recurso: gasificador de corrientes paralelas, gasificador en

contracorriente, gasificador de lecho fluido, etc. En función de las características del

combustible y del destino del gas generado, es más conveniente un tipo de aplicación u

otro.

Digestión anaerobia.

La biomasa residual húmeda, o lo que es lo mismo, las aguas residuales de origen

orgánico (purines, agua residual urbana, residuos de mataderos, vertidos industriales

orgánicos, etc.), es aquella que aparece como resultado de la actividad humana en

instalaciones agropecuarias, urbanas e industriales y que, por su contenido en agua y

materia orgánica, puede ser tratada mediante un proceso biológico.

Estos procesos biológicos permiten el aprovechamiento del potencial energético de

este tipo de biomasa, disminuyen su carga contaminante y generan subproductos

estabilizados con valor fertilizante. De todos los procesos, el compostaje y la digestión

anaerobia son los más empleados y ya se encuentran a escala comercial.

Mediante la digestión anaerobia, la materia orgánica del residuo, en ausencia de

oxígeno, se degrada o descompone por la actividad de unos microorganismos

específicos transformándose en un gas de alto contenido energético denominado

habitualmente como “biogás” y en los “fangos”, que contienen además de la mayor

parte de los componentes minerales, los compuestos de difícil degradación.

El biogás, cuyos componentes principales son el metano y el anhídrido carbónico,

puede emplearse para producir energía térmica, eléctrica o ambas de forma conjunta

en sistemas de cogeneración. El metano es el componente que confiere el valor

energético a este gas, 1 m3 de biogás con un contenido de metano del 60% tiene un

poder calorífico próximo a las 22.900 kJ. Los fangos se utilizan como fertilizante en la

agricultura.

Para que el proceso tenga lugar con la máxima eficiencia se deben controlar una serie

de factores como el pH, la alcalinidad, la acidez volátil, la temperatura, los nutrientes,

los inhibidores y los tiempos de residencia.

Existen en la actualidad diferentes

sistemas para llevar a cabo la digestión

anaerobia, que se clasifican según el

sistema de carga utilizado y por el

estado de la biomasa bacteriana dentro

del digestor. La implantación de una

tecnología u otra depende de las

características del vertido a tratar

(DQOI, DBO, etc.).

La digestión anaerobia de la biomasa residual húmeda permite, además

de reducir la carga contaminante del vertido, aprovechar el contenido

energético del mismo (biogás) para generar energía térmica, eléctrica o

mecánica en un eje, y utilizar los subproductos generados (fangos

estabilizados) como fertilizante en la agricultura.

Producción de biocarburantes

Se puede distinguir entre la producción de biocarburantes destinados a su utilización en

vehículos con motor de encendido por compresión (diesel) y los destinados a su

empleo en vehículos con motor de encendido provocado (gasolina). Los primeros se

obtienen de cultivos o especies vegetales oleaginosas (girasol, colza, cacahuete, etc.) y

sustituyen al diesel tradicional y los segundos de cultivos o especies vegetales ricas en

azúcares (remolacha, pataca, caña de azúcar, maíz, trigo, etc.) y sustituyen a las

gasolinas o a los aditivos de las gasolinas sin plomo.

Los aceites obtenidos de las especies oleaginosas se pueden emplear como aditivo en

un motor diesel convencional o se pueden utilizar como único combustible en motores

especiales. No obstante, debido a los inconvenientes técnicos que estas opciones

plantean, habitualmente se transforman químicamente mediante una reacción de

esterificación del aceite con un alcohol (generalmente metanol) en un éster metílico que

se denomina biodiesel. Este biodiesel se puede emplear directamente o como aditivo

del diesel tradicional en los motores convencionales.

Por otra parte, los alcoholes obtenidos de la fermentación de especies ricas en

azúcares se pueden utilizar como aditivo en un motor de gasolina convencional o se

pueden emplear como único combustible en motores especiales, pero como en el caso

de biodiesel, lo más usual es que se usen una vez transformados químicamente

mediante su combinación con un reactivo orgánico (isobuteno) en lo que se denomina

habitualmente como ETBE (etil-ter-butil éter). Este compuesto se puede utilizar como

aditivo de las gasolinas sin plomo sustituyendo al MTBE (metil-ter-butil éter) que

normalmente se obtiene de un combustible fósil.

Desde el punto de vista industrial los procesos de obtención de biocarburantes se

hallan suficientemente desarrollados, no existiendo a nivel técnico ningún tipo de

barrera para su producción de biocarburantes. La principal limitación existente para su

elaboración es de origen económico ya que presentan un coste de obtención superior

al de los derivados del petróleo. No obstante, la producción de biocarburantes puede

ser competitiva frente a la de los combustibles fósiles a los que sustituyen con el

mantenimiento de exenciones fiscales especiales o en el caso de su fabricación para

autoconsumo en empresas o cooperativas agrarias con elevada cantidades de

maquinaria agrícola o en empresas o instituciones con flotas de transporte cautivas

(transportes urbanos, recogida de basuras, taxis, etc.).

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