La tecnología energética es una ciencia de la ingeniería interdisciplinaria que tiene que ver con la extracción, conversión, transporte, almacenamiento y uso eficiente, seguro, ecológico y económico de energía , dirigido a producir una alta eficiencia mientras se evitan los efectos secundarios en los seres humanos, la naturaleza y el medio ambiente . ambiente.
Para las personas, la energía es una necesidad abrumadora y, como recurso escaso , ha sido una causa subyacente de conflictos políticos y guerras. La recolección y uso de recursos energéticos puede ser dañino para los ecosistemas locales y puede tener resultados globales.
La energía es también la capacidad de trabajar. Podemos obtener energía de los alimentos. La energía puede ser de diferentes formas, como cinética, potencial, mecánica, calor, luz, etc. La energía es necesaria para los individuos y toda la sociedad para la iluminación, calefacción, cocina, funcionamiento, industrias, transporte operativo, etc. Básicamente existen dos tipos de energía dependiendo de las fuentes que sean; 1.Fuentes de energía renovable 2.Fuentes de energía no renovables
Campos interdisciplinarios
Como ciencia interdisciplinaria, la tecnología energética está vinculada con muchos campos interdisciplinarios de diversas formas superpuestas.
- Física , para termodinámica y física nuclear
- Química del combustible , combustión , contaminación del aire , gases de combustión , tecnología de baterías y pilas de combustible .
- Ingenieria Eléctrica
- Ingeniería , a menudo para máquinas de energía fluida como motores de combustión , turbinas, bombas y compresores .
- Geografía , para energía geotérmica y exploración de recursos.
- Minería , para petroquímica y combustibles fósiles .
- Agricultura y silvicultura , en busca de fuentes de energía renovable .
- Meteorología para energía eólica y solar .
- El agua y las vías navegables , de la energía hidroeléctrica .
- Gestión de residuos , por impacto ambiental.
- Transporte , para sistemas de transporte que ahorran energía.
- Estudios ambientales , para estudiar el efecto del uso y producción de energía sobre el medio ambiente , la naturaleza y el cambio climático .
- (Tecnología de iluminación), para el diseño, las instalaciones y el ahorro de energía de iluminación natural y artificial en interiores y exteriores
- (Análisis de costo / beneficio de energía), para una recuperación simple y un cálculo del costo del ciclo de vida de las medidas de eficiencia / conservación de energía recomendadas
Ingenieria Eléctrica
La ingeniería de energía eléctrica se ocupa de la producción y uso de energía eléctrica , lo que puede implicar el estudio de máquinas como generadores , motores eléctricos y transformadores . La infraestructura incluye subestaciones y estaciones transformadoras , líneas eléctricas y cables eléctricos . La administración de carga y la administración de energía a través de las redes tienen una influencia significativa en la eficiencia energética general. La calefacción eléctrica también se utiliza e investiga ampliamente.
Termodinámica
La termodinámica se ocupa de las leyes fundamentales de la conversión de energía y se extrae de la física teórica .
Energía térmica y química
La energía térmica y química se entrelazan con los estudios químicos y ambientales . La combustión tiene que ver con quemadores y motores químicos de todo tipo, parrillas e incineradores junto con su eficiencia energética, contaminación y seguridad operativa.
La tecnología de purificación de gases de escape tiene como objetivo reducir la contaminación del aire mediante diversos métodos de limpieza mecánicos, térmicos y químicos. El control de emisiones tecnología es un campo de proceso y la ingeniería química . La tecnología de calderas se ocupa del diseño, la construcción y el funcionamiento de las calderas de vapor y las turbinas (también utilizadas en la generación de energía nuclear, ver más abajo), extraídas de la mecánica aplicada y la ingeniería de materiales .
La conversión de energía tiene que ver con motores de combustión interna, turbinas, bombas, ventiladores, etc., que se utilizan para el transporte, la energía mecánica y la generación de energía. Las cargas térmicas y mecánicas elevadas provocan problemas de seguridad operacional que se tratan a través de muchas ramas de la ciencia de la ingeniería aplicada.
Energía nuclear
La tecnología nuclear se ocupa de la producción de energía nuclear a partir de reactores nucleares , junto con el procesamiento de combustible nuclear y la eliminación de desechos radiactivos, basándose en la física nuclear aplicada , la química nuclear y la ciencia de la radiación .
La generación de energía nuclear ha sido políticamente controvertida en muchos países durante varias décadas, pero la energía eléctrica producida a través de la fisión nuclear es de importancia mundial. Hay grandes esperanzas de que las tecnologías de fusión sustituyan algún día a la mayoría de los reactores de fisión, pero esta sigue siendo un área de investigación de la física nuclear .
Energía renovable
La energía renovable tiene muchas ramas.
Energía solar
- La energía fotovoltaica extrae electricidad de la radiación solar a través de células solares , ya sea localmente o en grandes plantas de energía fotovoltaica y utiliza tecnología de semiconductores .
- La calefacción solar utiliza paneles solares que recogen el calor de la luz solar para calentar edificios y agua.
- La energía solar térmica produce electricidad mediante la conversión del calor solar.
Energía eólica
Las turbinas eólicas convierten la energía eólica en electricidad conectando un rotor giratorio a un generador. Las turbinas eólicas extraen energía de las corrientes atmosféricas y se diseñan utilizando la aerodinámica junto con conocimientos extraídos de la ingeniería mecánica y eléctrica. El viento pasa a través de las palas del rotor aerodinámico, creando un área de mayor presión y un área de menor presión a cada lado de la pala. Las fuerzas de elevación y arrastre se forman debido a la diferencia en la presión del aire. La fuerza de elevación es más fuerte que la fuerza de arrastre; por lo tanto, el rotor, que está conectado a un generador, gira. Luego, la energía se crea debido al cambio de la fuerza aerodinámica a la rotación del generador. [1]
Al ser reconocida como una de las fuentes de energía renovable más eficientes, la energía eólica es cada vez más relevante y utilizada en el mundo. [2] La energía eólica no utiliza agua en la producción de energía, lo que la convierte en una buena fuente de energía para áreas sin mucha agua. La energía eólica también podría producirse incluso si el clima cambia de acuerdo con las predicciones actuales, ya que depende únicamente del viento. [3]
Geotermia
En lo profundo de la Tierra, hay una capa de roca fundida que produce calor extremo llamada magma. [4] Las temperaturas muy altas del magma calientan las aguas subterráneas cercanas. Hay varias tecnologías que se han desarrollado para beneficiarse de dicho calor, como el uso de diferentes tipos de centrales eléctricas (secas, flash o binarias), bombas de calor o pozos. [5] Estos procesos de aprovechamiento del calor incorporan una infraestructura que tiene de una forma u otra una turbina que se hace girar por el agua caliente o el vapor producido por ella. [6] La turbina giratoria, conectada a un generador, produce energía. Una innovación más reciente implica el uso de sistemas de circuito cerrado poco profundos que bombean calor hacia y desde las estructuras aprovechando la temperatura constante del suelo a unos 10 pies de profundidad. [7]
Energía hidroeléctrica
La energía hidroeléctrica extrae energía mecánica de los ríos, las olas del océano y las mareas . La ingeniería civil se utiliza para estudiar y construir presas , túneles , vías fluviales y gestionar los recursos costeros a través de la hidrología y la geología . Una turbina de agua de baja velocidad accionada por un flujo de agua puede alimentar un generador eléctrico para producir electricidad.
Bioenergía
La bioenergía se ocupa de la recolección, procesamiento y uso de biomasas cultivadas en la fabricación biológica, la agricultura y la silvicultura de las que las plantas de energía pueden extraer combustible para combustión. El etanol , el metanol (ambos controvertidos) o el hidrógeno para pilas de combustible pueden obtenerse de estas tecnologías y utilizarse para generar electricidad.
Habilitando tecnologías
Las bombas de calor y el almacenamiento de energía térmica son clases de tecnologías que pueden permitir la utilización de fuentes de energía renovables que de otro modo serían inaccesibles debido a una temperatura demasiado baja para su utilización o un lapso de tiempo entre el momento en que la energía está disponible y el momento en que se necesita. Mientras mejoran la temperatura de la energía térmica renovable disponible, las bombas de calor tienen la propiedad adicional de aprovechar la energía eléctrica (o en algunos casos la energía mecánica o térmica) usándola para extraer energía adicional de una fuente de baja calidad (como agua de mar, agua de lago, el suelo, el aire o el calor residual de un proceso).
Las tecnologías de almacenamiento térmico permiten almacenar calor o frío durante períodos de tiempo que van desde horas o durante la noche hasta entre estaciones , y pueden implicar el almacenamiento de energía sensible (es decir, cambiando la temperatura de un medio) o energía latente (es decir, a través de cambios de fase de un medio , como entre agua y aguanieve o hielo). Los almacenamientos térmicos a corto plazo se pueden utilizar para reducir los picos en sistemas de distribución eléctrica o de calefacción urbana. Los tipos de fuentes de energía renovables o alternativas que se pueden habilitar incluyen energía natural (por ejemplo, recolectada a través de colectores solares térmicos o torres de enfriamiento seco utilizadas para recolectar el frío del invierno), energía residual (por ejemplo, de equipos HVAC, procesos industriales o plantas de energía), o excedente de energía (por ejemplo, estacionalmente de proyectos hidroeléctricos o intermitentemente de parques eólicos). La Comunidad Solar Drake Landing (Alberta, Canadá) es ilustrativa. El almacenamiento de energía térmica en pozos permite a la comunidad obtener el 97% de su calor durante todo el año de los colectores solares en los techos de los garajes, que la mayor parte del calor recolecta en verano. [8] [9] Los tipos de almacenamiento para energía sensible incluyen tanques aislados, agrupaciones de pozos en sustratos que van desde grava hasta lecho rocoso, acuíferos profundos o pozos revestidos poco profundos que están aislados en la parte superior. Algunos tipos de almacenamiento son capaces de almacenar calor o frío entre estaciones opuestas (particularmente si son muy grandes), y algunas aplicaciones de almacenamiento requieren la inclusión de una bomba de calor . El calor latente generalmente se almacena en tanques de hielo o lo que se denomina materiales de cambio de fase (PCM).
Ver también
- Desarrollo energético
- Suministro de energía mundial
- Tecnología
- Nexo agua-energía
Referencias
- ^ "¿Cómo funcionan las turbinas eólicas?" . Energy.gov . Consultado el 10 de diciembre de 2020 .
- ^ "BiblioBoard" . openresearchlibrary.org . Consultado el 10 de diciembre de 2020 .
- ^ Ledec, George C .; Rapp, Kennan W .; Aiello, Roberto G. (1 de diciembre de 2011). "Ecologizar el viento: consideraciones ambientales y sociales para el desarrollo de la energía eólica" . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ "Cómo funciona la energía geotérmica | Unión de científicos interesados" . www.ucsusa.org . Consultado el 14 de diciembre de 2020 .
- ^ Sociedad, National Geographic (20 de noviembre de 2012). "Energía geotérmica" . Sociedad Geográfica Nacional . Consultado el 14 de diciembre de 2020 .
- ^ EPA de EE. UU., OAR. "Energía geotérmica" . archive.epa.gov . Consultado el 14 de diciembre de 2020 .
- ^ "¿Dónde se utiliza la energía geotérmica?" . Greenfire Energy Inc . Consultado el 14 de diciembre de 2020 .
- ^ Wong, Bill (28 de junio de 2011), "Drake Landing Solar Community" Archivado el 4 demarzo de 2016en Wayback Machine , Conferencia IDEA / CDEA District Energy / CHP 2011, Toronto, págs. 1-30, consultado el 21 de abril de 2013
- ^ Wong B., Thornton J. (2013). Integración de bombas solares y de calor. Taller de Calor Renovable.