Taller de Tecnología

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Diseños

                                              Diseños de máquinas de efectos encadenados

Máquina de efectos encadenados

Máquina de efectos encadenados.
Este tipo de proyecto consiste en elegir o idear una serie de operadores con efectos diferentes y concatenar éstos de tal forma que el efecto del primero sea el mecanismo que accione el segundo, y así sucesivamente hasta llegar al último, el cual no acciona ningún otro.
Esencialmente, es una idea muy sencilla aunque excepcionalmente versátil:

- Permite emplear cualquier tipo de operador (eléctrico, mecánico, mecano-eléctrico).

- Puede complicarse en la medida que se desee.

- Ofrece tantos caminos como la imaginación permita.

- Compendia todas las técnicas de construcción y montaje realizables en un aula-taller.

- Se pone en juego una amplia gama de conceptos.

Permite crear un proyecto adaptado a la mayoría de las necesidades (nivel del grupo, campos de aplicación, complejidad, duración del proyecto, tareas en grupo e individuales). Por todo ello, las máquinas de efectos encadenados son, para los profesores y profesoras de Tecnología, un recurso didáctico de gran utilidad.

Estructuras - 5to "B"

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Historia de la electricidad

Historia de la electricidad: línea del tiempo

Aunque fue en 1646 la primera vez que apareció la palabra “eléctrico” o “electricidad” (en una publicación en la obra Pseudodoxia Epidemica, del escritor Thomas Browne), mucho antes la humanidad sabía de las pequeñas descargas eléctricas que transmitían algunos peces.
Incluso en textos del Antiguo Egipto, que datan del 2750 a.C, los autores se referían a estos peces como “los tronadores del Nilo”. Escritores antiguos describieron la sensación al tocar estos peces como un efecto de adormecimiento propiciado por las descargas eléctricas que emitían estos peces y rayas eléctricas.

La electricidad y el magnetismo siempre se estudiaron como dos cosas totalmente individuales. No fue hasta el año 1865 que estos dos fenómenos se unieron en la formulación de las ecuaciones de Maxwell, las cuales describían por completo los fenómenos electromagnéticos.
La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a finales del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. Gracias a sus grandes ventajas y sus crecientes aplicaciones, la electricidad fue uno de los motores fundamentales en la Segunda Revolución Industrial, y fue en este punto donde grandes inventores y científicos conocidos dieron impulso a su carrera convirtiendo la innovación tecnología en una actividad industrial activa.

Centrales de biomasa

1. ¿Qué es la biomasa?

La palabra biomasa describe los materiales provenientes de seres vivos animales o vegetales. Es decir, toda la materia orgánica (materia viva) procedente del reino animal y vegetal obtenida de manera natural o procedente de las transformaciones artificiales.
Toda esta materia se convierte en energía si le aplicamos procesamientos químicos.
La energía de la biomasa proviene en última instancia del Sol. Los vegetales absorben y almacenan una parte de la energía solar que llega a la tierra y a los animales en forma de alimento y energía. Cuando la materia orgánica almacena la energía solar, también crea subproductos que no sirven para los animales ni para fabricar alimentos pero sí para hacer energía de ellos.
La biomasa era la fuente energética más importante para la humanidad hasta el inicio de la revolución industrial, pero su uso fue disminuyendo al ser sustituido por el uso masivo de combustibles fósiles.

2. Tipos de biomasa

La biomasa se puede clasificar en tres grandes grupos:

• Biomasa natural: es la que se produce a la naturaleza sin la intervención humana.
  
• Biomasa residual: son los residuos orgánicos que provienen de las actividades de las personas (residuos sólidos urbanos, RSU, por ejemplo).
  
• Biomasa producida: son los cultivos energéticos, es decir, campos de cultivo donde se produce un tipo de especie con la única finalidad de su aprovechamiento energético.
  

¿Quieres saber más? Accede al juego interactivo sobre los tipos de biomasa.

3. Conversión de la biomasa en energía

Existen diferentes formas para transformar la biomasa en energía que se pueda aprovechar, pero hay dos de ellas que hoy en día se utilizan más:

Métodos termoquímicos

Es la manera de utilizar el calor para transformar la biomasa. Los materiales que funcionan mejor son los de menor humedad (madera, paja, cáscaras, etc.). Se utilizan para:

• Combustión: existe cuando quemamos la biomasa con mucho aire (20-40% superior al teórico) a una temperatura entre 600 y 1.300ºC.

Es el modo más básico para recuperar la energía de la biomasa, de donde salen gases calientes para producir calor y poderla utilizar en casa, en la industria y para producir electricidad.

• Pirólisis: se trata de descomponer la biomasa utilizando el calor (a unos 500ºC) sin oxígeno. A través de este proceso se obtienen gases formados por hidrógeno, óxidos de carbono e hidrocarburos, líquidos hidrocarbonatos y residuos sólidos carbonosos. Este proceso se utilizaba hace ya años para hacer carbón vegetal.
  
• Gasificación: existen cuando hacemos combustión y se producen diferentes elementos químicos: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO ₂), hidrógeno (H) y metano (CH ₄), en cantidades diferentes. La temperatura de la gasificación puede estar entre 700 y 1.500ºC y el oxígeno entre un 10 y un 50%.
  

Según se utilice aire u oxígeno, se crean dos procedimientos de gasificación distintos. Por un lado, el gasógeno o “gas pobre” y por otro el gas de síntesis. La importancia de este es que puede transformar en combustibles líquidos (metanol y gasolinas). Por eso se están haciendo grandes esfuerzos que tienden a mejorar el proceso de gasificación con oxigeno.

• Co-combustión: consiste en la utilización de la biomasa como combustible de ayuda mientras se realiza la combustión de carbón en las calderas. Con este proceso se reduce el consumo de carbón y se reducen las emisiones de CO ₂.

Métodos bioquímicos

Se llevan a cabo utilizando diferentes microorganismos que degradan las moléculas. Se utilizan para biomasa de alto contenido en humedad. Los más corrientes son:

• Fermentación alcohólica: técnica que consiste en la fermentación de hidratos de carbono que se encuentran en las plantas y en la que se consigue un alcohol (etanol) que se puede utilizar para la industria.
• Fermentación metánica: es la digestión anaerobia (sin oxígeno) de la biomasa, donde la materia orgánica se descompone (fermenta) y se crea el biogás.

4. Sistemas de aprovechamiento de la biomasa

Si a la gran variedad de biomasa existente aplicamos distintas tecnologías podemos transformar esta energía para usarla en:

Producción de energía térmica

Son sistemas de combustión directa. Se utilizan para dar calor, que se puede utilizar directamente para, por ejemplo, cocinar alimentos o secar productos agrícolas.
También se pueden aprovechar para hacer vapor para la industria o para generar electricidad.
 El inconveniente, sin embargo, es la contaminación.

Producción de biogás

La finalidad es conseguir combustible, principalmente el metano, muy útil para aplicaciones térmicas para el sector ganadero u agrícola, subministrando electricidad y calor.

Producción de biocombustibles

Son una alternativa a los combustibles tradicionales del transporte y tienen un grado de desarrollo desigual en los diferents países. Existen dos tipos de biocombustibles:

• Bioetanol: substituye a la gasolina. En el caso del etanol, y en cuanto a la producción de materia prima, actualmente se obtiene de cultivos tradicionales como el cereal, el maíz y la remolacha.
  
• Biodiesel: su principal aplicación va dirigida a la substitución del gasoil. En un futuro servirá para variedades orientadas a favorecer las calidades de producción de energía.
  

Producción de energía eléctrica

La electricidad se puede producir por combustión o gasificación y se pueden obtener potencias de hasta 50MW.

5. ¿Qué es una central de biomasa?

Es una instalación industrial diseñada para generar energía eléctrica a partir de recursos biológicos. Así pues, las centrales de biomasa utilizan fuentes renovables para la producción de energía eléctrica.

Funcionamiento de una central de biomasa de generación eléctrica

El proceso de funcionamiento de una central eléctrica de biomasa es el siguiente:

• En primer lugar, el combustible principal de la instalación y los residuos forestales se almacenan en la central. Allí se tratan para reducir su tamaño, si fuera necesario.
  
• A continuación, pasa a un edificio de preparación del combustible, donde se clasifica en función de su tamaño y finalmente se llevan a los correspondientes almacenes.
  
• Seguidamente son conducidos a la caldera para su combustión, eso hace que el agua de las tuberías de la caldera se convierta en vapor debido al calor.
  
• El agua que circula por las tuberías de la caldera proviene del tanque de alimentación, donde se precalienta mediante el intercambio de calor con los gases de combustión aún más lentos que salen de la propia caldera.
  
• Del mismo modo que se hace en otras centrales térmicas convencionales, el vapor generado a la caldera va hacia la turbina de vapor que está unida al generador eléctrico, donde se produce la energía eléctrica que se transportará a través de las líneas correspondientes.
  
• El vapor de agua se convierte en líquido en el condensador, y desde aquí es nuevamente enviado al tanque de alimentación cerrándose así el circuito principal agua-vapor de la central.
  
  
  
  

  6. Impacto ambiental de una central de biomasa

  La biomasa es la única fuente de energía que aporta un balance de CO ₂ favorable, siempre y cuando la obtención de la biomasa se realice de una forma renovable y sostenible, de manera que el consumo del recurso se haga más lentamente que la capacidad de la Tierra para regenerarse. De esta manera, la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO ₂ del que libera en su combustión, sin incrementar la concentración de CO ₂.
  Aunque el potencial energético existente en el planeta sería suficiente para cubrir todas las necesidades energéticas, esta no se puede utilizar en su totalidad, ya que exigiría el aprovechamiento a gran escala de los recursos forestales. Esto haría imposible mantener el consumo por debajo de la capacidad de regeneración, lo cual reduciría muy considerablemente la energía neta resultante y conduciría a un agotamiento de dichos recursos a la vez que daría lugar a efectos medioambientales negativos.
  Los efectos producidos serian tales como la deforestación y el aumento notable de emisiones de CO ₂,  lo que implicaría una contribución al cambio climático.
  
  
  
  
  
  
  

Parques eólicos

1. ¿Qué es una central eólica?

El parque eólico es una central eléctrica donde la producción de la energía eléctrica se consigue a partir de la fuerza del viento, mediante aerogeneradores que aprovechan las corrientes de aire.
El viento es un efecto derivado del calentamiento desigual de la superficie de la Tierra por el Sol.
El principal problema de los parques eólicos es la incertidumbre respecto a la disponibilidad de viento cuando se necesita. Lo que implica que la energía eólica no puede ser utilizada como fuente de energía única y deba estar respaldada siempre por otras fuentes de energéticas con mayor capacidad de regulación (térmicas, nucleares, hidroeléctricas, etc.).
Para aprovechar la energía eólica se utilizan los aerogeneradores.

2. El aerogenerador

Un aerogenerador es un generador de electricidad activado por la acción del viento. El viento mueve la hélice y a través de un sistema mecánico de engranajes hace girar el rotor de un generador, que produce la corriente eléctrica.
Los principales componentes de un aerogenerador son:

• La góndola: es la carcasa que protege los componentes clave del aerogenerador.
  
• Las palas del rotor: capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. Tienen una longitud de 20m.
  
• El buje: es un elemento que une las palas del rotor con el eje de baja velocidad.
  
• Eje de baja velocidad: conecta el buje del rotor al multiplicador. Gira muy lento, a 30 rpm.
  
• El multiplicador: permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.
  
• Eje de alta velocidad: gira aproximadamente a 1.500 rpm, lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico.
  
• El generador eléctrico: en los aerogeneradores modernos la potencia máxima suele estar entre 6 y 12MW.
  
• El controlador electrónico: es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y controla el mecanismo de orientación.
  
• La unidad de refrigeración: contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico.
  
• La torre: soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta a medida que nos alejamos del nivel del suelo
  
• El mecanismo de orientación: está activado por el controlador electrónico, que controla la dirección del viento utilizando el panel.
  
• El anemómetro y el panel: las señales electrónicas del anemómetro conectan el aerogenerador cuando el viento tiene una velocidad aproximada de 5m/s.
  

Tipos de aerogeneradores

Actualmente existe una gran variedad de modelos de aerogeneradores que se diferencian entre ellos por su potencia, por el número de palas o incluso por la manera de producir energía eléctrica atendiendo a diferentes criterios:

Por la posición del aerogenerador

• Eje vertical: su característica principal es que el eje de rotación se encuentra en posición perpendicular al suelo:
  
  • Darrieus: consisten en dos o tres arcos que giran alrededor del eje.
    
  • Panemonas: cuatro o más semicírculos unidos al eje central.
    
  • Sabonius: dos o más filas de semicilindros colocados de forma opuesta.
    

• Eje horizontal: son los más habituales y en los que se ha invertido un mayor esfuerzo para su mejora en los últimos años. Se les denomina también “HAWTs”.
  

Por la orientación respecto al viento:

• A sobre viento. La mayoría de los aerogeneradores tienen este diseño. En este tipo de aerogeneradores el viento empieza a desviarse de la torre antes de llegar, aunque la torre sea redonda y lisa.
  
• A bajo viento. Las máquinas de corriente baja tienen el rotor situado en la cara de bajo viento de la torre. Pueden ser construidos sin un mecanismo de orientación.
  

3. Funcionamiento de una central eólica 

Para producir electricidad con una central eólica es necesario que el viento sople a una velocidad de entre 3 y 25m/s.
El viento hace girar las palas al incidir sobre ellas, convirtiendo así la energía cinética del viento en energía mecánica que se transmite al rotor. Esta energía se transmite mediante un eje de baja velocidad a la caja del multiplicador, de donde sale a una velocidad 50 veces mayor. Es entonces cuando se puede transmitir al eje del generador eléctrico para producir energía eléctrica.
En un aerogenerador se crea electricidad estática al producirse el roce del viento sobre él. Esta electricidad estática se descarga a través de una presa en el suelo que tienen todos los aerogeneradores. Esta presa en el suelo se instala porque, debido a la altura de la torre, se crea una diferencia de potencial entre el suelo y el aerogenerador.

Tienes a tu disposición un juego interactivo que te explica, de una manera más gráfica, el funcionamiento de los parques eólicos.

4. Los aerogeneradores y el medio ambiente

La energía eólica es de las más limpias, renovables y abundantes, ya que los aerogeneradores eléctricos no producen emisiones contaminantes (atmosféricas, residuos, vertidos líquidos…) y no contribuyen, por lo tanto, al efecto invernadero ni a la acidificación.
No obstante, también existen factores negativos, algunas de consecuencias medio ambientales son:

• El impacto visual. Mientras que un parque de pocos aerogeneradores puede hasta llegar a considerarse atractivo, una gran concentración de máquinas plantea problemas. Para evitarlo, se suelen utilizar colores adecuados, una cuidada ubicación de las instalaciones en la orografía del lugar y una precisa distribución de los aerogeneradores.
  
• El impacto sobre las aves. Se trata de un impacto potencial que, si bien no reviste gravedad en términos generales, depende principalmente de la ubicación del parque eólico. En aquellos parques en que se sitúen en áreas sensibles, puede ser minimizado a través de programas de vigilancia y seguimiento.
  
• La flora y la fauna. Una central eólica puede tener efectos directos en la modificación del hábitat existente en la zona y de algunos de los organismos que en él habitan, generando ruidos y movimientos que afectan el comportamiento de los animales.
  
• El efecto sonoro. Un aerogenerador produce un ruido similar al de cualquier otro equipamiento industrial de la misma potencia. La diferencia recae en que mientras los equipamientos convencionales se encuentran normalmente cerrados en edificios diseñados para minimizar su nivel sonoro, los aerogeneradores tienen que trabajar al aire libre y cuentan con un elemento transmisor de sonido: el propio viento.
• El impacto por erosión. Se producen principalmente por el movimiento de tierras durante la preparación de los accesos al parque eólico. Esta incidencia se puede reducir mediante estudios previos a su trazado.
• Las interferencias electromagnéticas. El gran tamaño de los aerogeneradores puede producir una interferencia en las ondas de radio, telefonía, televisión, etc. cuando las aspas están en movimiento.