Materials superconductors

Descoberta al 1911, la superconductivitat és la desaparició de tota resistència al pas del corrent elèctric en determinats materials. Aixó es pot aconseguir a molt baixes temperatures, refredant aquests materials amb muntatges molt complexos que utilitzen heli líquid. Això no és rendible.

Però als anys 80 es van descobrir els superconductors d’alta temperatura, obrint la porta al control de la superconductivitat a temperatura ambient, la qual cosa produiria una revolució en el transport de l’energia elèctrica: sense resistència no hi ha pèrdues d’energia per efecte Joule. La disminució de la producció necessària per satisfer la demanda, supressió d’estacions transformadores …, seria molt beneficiosa no només econòmicament, també per la reducció de gassos d’efecte hivernacle.

El problema és la composició ceràmica d’aquests materials, que els fa poc aptes per fabricar cables per deformació plàstica. Però noves tècniques de fabricació han permés aconseguir cables de longituds superiors a 1 km. Poc a poc anem avançant, veieu les animacions d’American Superconductor >>

Però la superconductivitat és més que l’absència de resistència elèctrica: els efectes magnètics dels superconductors obren el camí a moltísimes aplicacions, un exemple: la levitació magnètica. Veieu el video.

 I si us animeu, podeu construir la vostra pròpia màquina de levitació magnètica:

El gran accelerador de partícules

El LHC (Large Hadron Colider = Gran Col·lisionador d’Hadrons) ha patit tantes avaries abans inclús d’entrar en funcionament al setembre de 2008 que té a la humanitat en un puny: milions d’electronvolts, enormes imants, energia per tot arreu, la possible fi del món … Ja va essent hora d’enterar-nos de què és això.

L’accelerador de partícules més gran del món està construït pel CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) dins d’un túnel en forma d’anell de 3 m de diàmetre i 27 km de longitud, soterrat entre 50 i 175 m sota terra, a prop de Ginebra.

La idea és accelerar dos feixos de partícules subatòmiques de la família dels hadrons al 99,99% de la velocitat de la llum i fer-los recòrrer l’accelerador en sentits inversos sota un buit d’alt nivell (ultrabuit), amb una energia de 7 TeV, impulsats mitjançant ones elèctriques i guiats per un potent camp magnètic generat per milers d’imants superconductors. Mitjançant un sistema de distribució d’heli líquid s’aconsegueix la temperatura interna necessària de –271,3 ºC. Si tot surt bé, les violentes col·lisions en els punts de trobada d’aquests feixos transformaran les partícules en energia i aquesta en noves partícules, algunes mai vistes.

Tant les qüestions de la física que es pretenen desvelar amb aquesta imponent obra d’enginyeria com els aspectes tecnològics que encara no està del tot clar que ho permetran són excessivament elevats pels simples mortals. El rap del LHC, de Kate McAlpine, qui va treballar a l’oficina de premsa del CERN, ens ho explica d’una manera molt asequible. A més, al departament de Física i Química de l’IES “Antonio Mª Calero” de Pozoblanco ho han traduït al castellà. Encara més asequible …

Tot aquest muntatge electromagnètic en funcionament genera un munt d’informació: El LHC està acompanyat d’un sistema de detecció de dades ultraprecís i una xarxa de computació per emmagatzemar-les i processar-les, amb fibra òptica i Internet a alta velocitat (10 Gb/s). El flux de dades des dels detectors s’estima en 300 Mb/s, s’espera que el projecte generi 27 Tb/dia de dades (15 Pb/any) que seran enviades des del CERN a 11 institucions repartides per Europa, Àsia i Amèrica i des d’aquestes a altres 150 institucions de tot el món.

La sèrie de National Geographic Megaestructuras va dedicar un programa a aquesta imponent obra d’enginyeria. Podeu veure’l aquí dividit en 5 parts. Poseu-vos còmodes.

Producció d’energia elèctrica

La necessitat de disposar d’energia elèctrica en grans quantitats i de manera immediata fa necessària l’existència de centrals productores en les quals es transforma l’energia primària en electricitat gràcies a tot un seguit de màquines i aparells. Coneguem com funciona el sistema.

Red Eléctrica de España és l’operador que gestiona tota l’energia elèctrica que es produeix i es consumeix a Espanya: preveu la demanda, programa la producció necessària per satisfer-la en temps real i la transporta. Les dades de producció i consum a tot el país queden reflectides al gràfic de seguiment de la demanda d’energia elèctrica en temps real

A les centrals elèctriques es produeix corrent altern. L’alternador produeix electricitat a partir de l’energia mecànica de rotació subministrada per les turbines. Aquest vídeo us ajudarà a entendre el seu funcionament, basat en fenòmens electromagnètics.

Recursos energètics i contaminació ambiental

L’extracció, obtenció i utilització dels recursos energètics, especialment dels combustibles, produeix impactes en el medi natural. Hem de desenvolupar-nos, peró cal anar amb compte: hem de procurar que aquests impactes siguin com més petits millor, per tal de preservar l’equilibri de l’entorn.

Energia nuclear

L’energia nuclear s’obté dels canvis que es produeixen en els nuclis dels àtoms, en les anomenades reaccions nuclears. Cal recordar que l’energia obtinguda en aquestes reaccions ja no depén del poder calorífic, sinó de la massa que s’ha perdut: E = m·c²

A la web del  Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) hi ha un munt d’animacions que ens ajudaran a entendre tot sobre l’energia nuclear i les radiacions.

I quant a les reaccions nuclears, veieu aquest video per tenir clar en què consisteixen la fusió i la fissió.

Materials combustibles

Els combustibles són els recursos energètics més utilitzats per l’home, especialment els d’orígen fòssil (carbó, petroli i gas natural). Quan aquests materials es combinen amb l’oxígen s’obté energia tèrmica que ens permet escalfar alguna substància. Però … Quanta energia?

Bicis productores d’energia solar i eòlica

Les bicis no només permeten estalviar energia en el transport, també poden produir-ne. Us presento el projecte EHITS (“Energy Harvesting Intermode Transport System”), una mena de Bicing productor d’energia eòlica i fotovoltaica dissenyat per Ben Lai y Cedrid Ng a Singapur.

La idea: Les bicis d’aquest sistema produeixen energia eòlica i fotovoltaica, els aparcabicis actúen com a centrals energètiques connectades a la xarxa elèctrica. Quan les bicis s’aparquen en aquests portals aporten l’energia que produeixen a la xarxa.

Energia. Conceptes previs

Comencem el batxillerat tecnològic estudiant l’energia. Per què? Quina és la seva importància, tecnològicament parlant? Què és el que ens cal saber? Només tres coses, tot prenent com a punt de partida els coneixements proporcionats per la ciència per tal de, entre d’altres, contribuir al seu avanç.

Clicant sobre la imatge podeu veure la presentació utilitzada a classe. Un cop tingueu els conceptes clars, descarregueu aqui la vostra primera tasca com a enginyers: tenim una sèrie de problemes energètics què només vosaltres podeu solucionar. Endavant, nois!

Cuc energètic

Hi ha moltes propostes per aprofitar L’Energia de les ones. De totes, la que més ens ha cridat la l’atenció és Pelamis (cobra marina en grec), formada per tres tubs articulats de 142 m de llarg i 3,5 m de diàmetre, instal·lada a Portugal per a produir electricitat.

Aquests tubs de 700 tones es mouen amb les ones, activant els generadors elèctrics que es troben a les juntes articulades. L’electricitat produïda es transporta per un cable submarí fins a arrivar al centre de transformació corresponent en superfície.

Hem trobat aquests vídeos on es veu com és i com funciona aquest sistema.

Sembla que aquest és el sistema amb més possibilitats d’implantació, però n’hi ha més: boies, turbines especials, etc. En aquesta web hem trobat un recull d’aquestes propostes >>

Els alumnes de 1r de Batxillerat Tecnològic

Energies renovables

bla bla bla

	Energia solar Energia solar. Andalucia investiga plaques solars. infografia Consumer centrals heliodinàmiques de torre – video la mayor torre solar del mundo. 111 - 222 els meus videos d’esolar
	Produir biogas amb biodigestors és una bona manera d’aprofitar els residus orgànics i estalviar combustibles fòssils.Vegeu aquesta infografia a Energia solar plaques solars. infografia Consumer centrals heliodinàmiques de torre - video
	Energia eòlica infografia Consumer - infografia ElPais minieòlica parts d’un aerogenerador A la web de l’Ajuntament de l’Hospitalet trobareu informació sobre les instal·lacions solars municipals a la nostra ciutat.Val la pena conèixer la de la piscina de la Feixa Llarga. Està al costat de casa i té mòduls tèrmics i fotovoltaics.
	Energia geotèrmica funcionament d’una central geotèrmica funcionament virtual plant tour La idea de fer para-sols amb plaques solars no és tan descabellada.Vegeu aquest exemple que he trobat a la web del Col·legi d’Arquitectes de Catalunya
	Energia del mar energia de les marees (mareomotriu). infografia energia de les ones (undimotru). diferents projectes energia tèrmica dels oceans (oceano-termal). Els sistemes de seguiment solar milloren fins a un 40% el rendiment de les instal·lacions solars, ja que aprofiten al màxim la radiació del Sol.Assabenteu-vos a
	BiomassainfografiaI l’energia eòlica? Per què no?
	Bahrain World Trade Center
	Aerogeneradors en les cornises

Videos energia solar

Per tal d’introduïr-nos en l’aprofitament d’aquesta forma d’energia renovable, el millor és tenir clars els principals conceptes a estudiar (veieu aqui el mapa conceptual de l’unitat), i aprofundir-ne veient uns quants videos. Poseu-vos còmodes …

Alternatives energètiques

El nostre model energètic actual és insostenible. La problemàtica derivada ens porta a buscar solucions, algunes tan grotesques com la captura del CO2 per tal de poder seguir consumint combustibles fòssils fins que s’esgotin. Però hi ha d’altres alternatives, aquestes si que són interessants (unes més que altres però).

Respecte a les energies renovables:

• El seu consum a Catalunya només representa un 3,2% del total de les energies primàries. Això si, el 23,2% de l’electricitat prové de centrals en règim especial (any 2009).
• A la web de Red Eléctrica de España podem assabentar-nos de les dades de producció elèctrica diària que corresponen a cada una de les principals fonts d’energia primàries.

Respecte a altres solucions més dubtoses:

• Diferents invents del TBO per frenar el canvi climàtic
• Captura i soterrament de CO2 per poder continuar emetent-ne

Capturem el CO2 per poder seguir emetent-ne

El canvi climàtic és un fet. La crema de combustibles fòssils n’és responsable directe. Les nostres necessitats energètiques augmenten constantment. Les grans companyies energètiques volen amortitzar les tecnologies existents. Kyoto ens obliga a disminuir les nostres emissions i no sabem com fer-ho. Gastar els diners i els esforços en minimitzar l’abusiu consum energètic és poc rendible econòmicament.

Una “solució” per tenir content a tothom (els consumidors no comptem en aquest joc): continuar emetent CO2, però no a l’atmosfera, no. Si capturem el CO2 que emetem i l’enterrem, s’ha acabat el problema. S’ha acabat???

Us recomano que llegiu aquest article a EL PAÍS.com i que veieu aquesta infografia per saber com pretenen fer-ho.

---

Actualització: octubre 2009. Un any després de presentar les malèfiques intencions humanes per seguir emetent i minimitzar (?) els problemes que aixó comporta, m’assabento dels plans de Noruega per col·locar-se al capdavant en tecnologies de segrest de CO2. Per conèixer la situació, cliqueu sobre la imatge.

Transport i distribució d’energia elèctrica

Perquè l’energia elèctrica arribi des dels centres de producció fins els centres de consum és necessària una infraestructura formada per dues grans xarxes de línies elèctriques: la xarxa de transport (alta tensió) i la xarxa de distribució (mitja i baixa tensió).

  Clicant sobre la imatge coneixereu el funcionament del sistema:

• format per:
  • línies elèctriques: conductors, suports i aïlladors
  • estacions elèctriques: transformadores, d’interconnexió i distribuïdores. Des d’aqui podeu conèixer l’estació receptora Maragall, a Barcelona
• controlat per REE des del Cecoel

---

Voleu jugar a enginyers?

• HydroQuebec ens permet muntar una xarxa de transport i distribució
• REE ens deixa controlar la xarxa elèctrica del nostre país 

Ascó, com a Springfield

L’incident de la central nuclear d’Ascó sembla estret d’un capítol dels Simpson.  Algú va tenir la desafortunada idea de buidar un barril amb aigua radiactiva a la piscina dels residus de la central … conegueu la resta d’aquest capítol a la web de Microsiervos >>

Els alumnes de Tecnologia Industrial I assumirem diferents papers dins aquesta historieta i explicarem els nostres punts de vista en forma de comentaris a aquesta entrada:

• Cristina Van Houten, mare d’en Milhouse, un dels escolars que van visitar la central durant aquest incident.
• Dimas Flanders, veí del poble d’Ascó.
• Santi Lenny, treballador de la central.
• Michael Otto, membre de Greenpeace i conductor de l’autocar que va portar els escolars a visitar la central.
• Oscar Montgomery Burns, responsable de la central.
• Carol Krabappel, professora de tecnologia industrial, estretament relacionada amb el director  d’una de les escoles que van visitar la central.

Centrals hidroelèctriques

A les centrals hidroelèctriques es produeix electricitat mitjançant l’aprofitament de l’energia potencial de l’aigua embassada i retinguda per una presa. A través de conductes, l’aigua es descarrega cap a les turbines, les quals proporcionen el moviment al rotor dels alternadors.

La presa reté l’aigua de l’embassament. N’hi ha de diferents tipus:

• presa de gravetat. de planta lineal. transmet l’empenta de l’aigua de l’embassament cap al terra. la seva secció s’eixampla cap a baix per aconseguir la estabilitat necessària i suportar la pressió de l’aigua, què és més gran al fons de l’embassament que a la superfície. La presa de la que serà la hidroelèctrica mès potent del món, la presa de les tres gargantes, és de gravetat.
• presa de contraforts. Els contraforts empenyen el mur en sentit contrari al de l’aigua.
• presa de volta. Corbada, tant en planta com en secció. transmet l’empenta de l’aigua de l’embassament cap als extrems. Es construeix en valls estretes. Una de les més grans és la presa Hoover, als USA

Les turbines transformen l’energia cinètica de l’aigua en moviment de rotació que transmeten a l’alternador. N’hi ha de tres tipus: Pelton, Francis i Kaplan, en funció del cabal i l’alçada del salt d’aigua. Cliqueu a sobre de cada una per veure el seu funcionament.

Veieu en el següent vídeo una animació del funcionament d’aquestes turbines.

Producció elèctrica

Les dues característiques principals d’una central hidroelèctrica, quant a la seva capacitat de producció elèctrica són:

• la potència instal·lada depén de l’alçada i del caudal d’aigua, a més del rendiment de la turbina i del alternador. P = n·Q·H·g
  • Gran hidràulica: centrals de més de 10 MW.  No es considera renovable pel seu ’impacte ambiental. El 7% de l’electricitat a Espanya es produeix en aquestes centrals.
  • Minihidràulica: centrals de menys de 10 MW. Es considera renovable.  
• l’energia produida depén de les hores de funcionament de la central. Es mesura en kWh/any

Al parc de transformadors s’eleva la tensió elèctrica

Els alternadors generen energia elèctrica a tensió <20.000 V. Cal elevar-la a >200.000 V per tal de minimitzar les pèrdues de potència en el transport.La pèrdua de potència és proporcional al quadrat de l’intensitat. Segons la llei d’Ohm: P_p = I·V = I²·R

I sense preses, és possible aconseguir electricitat?

Pot ser … A Nova York ho estan intentant. Informeu-vos aqui d’aquest projecte >>

 

Combustibles fòssils

El consum d’energia primària al món es satisfà principalment amb la crema de combustibles fòssils: carbó, petroli i gas natural. Aquestes són les presentacions que hem utilitzat a classe per estudiar-los.

El poliesportiu de Bellvitge té instal·lacions solars!!!

Encara que tots coneixem i utilitzem aquest edifici, no sabíem que té instal·lacions solars: tèrmica i fotovoltaica. Per què? Perquè estan amagades.
I per què estan amagades? Els captadors solars sempre es veuen: han d’estar orientats a sud i inclinats segons la latitud del lloc, ja que si no, no funcionen bé.

El nostre debat nuclear

El passat 30 de novembre de 2007, els alumnes de Tecnologia Industrial de 1r de batxillerat, vam fer un debat sobre la conveniència de la construcció d’una central nuclear a un poble fictici: HYRULÉ de Llobregat.

Els assistents a aquest acte vam ser:

• Carolina Crespo, Alcaldesa d’Hyrulé
• Enric Carbajo, Secretari General de l’Energia, depenent del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo
• Wilson Giler, propietari de l’empresa Energies Renovables S.A.
• Alberto Guillen, Futur director de la central nuclear
• Nordine Ferron, membre de Greenpeace, associació ecologista contraria a l’energia nuclear
• Oscar Larroy, propietari de l’empresa constructora Centrales Nucleares S.A.
• Albert Romero, pagés representant dels veïns d’Hyrulé
• Adrian Llorente, ecologista indepedent a favor de l’energia nuclear

 Desenvolupament de la sessió:

- El propietari de l’empresa Energies Renovables, S.A. ofereix la posibilitat d’instal·lar plaques solars a les teulades de tots els edificis del poble per tal d’obtenir energia elèctrica sense necessitat de construir la central, a la qual cosa el Secretari General d’Energia diu que el Ministeri no pagarà cap instal·lació d’energies renovables, ja que aquestes no garantitzen la cobertura de la demanda energètica.

- El membre de Greenpeace expressa la seva preocupació pels residus radiactius generats per la central, i el propietari de la constructora Centrals Nuclears, S.A. ofereix construir una mina subterrània convenientment protegida amb murs de formigó revestits amb plom per tal d’emmagatzemar el combustible gastat.

- L’Ecologista independent proposa utilitzar la central només durant un curt període de temps (10-15 anys), mentre les renovables acaben de desenvolupar-se, a la qual cosa el Secretari General d’Energia s’oposa, ja que una central nuclear només es rentabilitza amb un període d’explotació llarg (almenys 30 anys).

- El futur director de la central intenta convèncer als veïns el poble de la conveniència d’aquesta central, ja que generaria molts llocs de treball a la gent del poble. El propietari d’Energies Renovables, S.A. mostra la seva preplexitat davant la proposta que simples pagesos sense cap mena de preparació facin tasques que corresponen a personal qualificat.

- El representant del veïnat considera que no passa res per recarregar el reactor un parell de cops, que els veïns estan a favor de la central sempre i quan representi un benefici econòmic per a ells.

Així doncs, després d’una hora de debat, l’alcaldesa d’Hyrulé es veu obligada a aixecar la sessió sense haver arribat a cap conclussió. Així i tot va ser una bona experiència considerar els diferents aspectes positius i negatius d’aquesta font d’energia.

Blackle: el Google ecològic

Blackle és el Google amb pantalla negra.

Tenint en compte la quantitat de persones que l’utilitzen, s’ha calculat que permet estalviar uns 750 megawats/hora anualment.

Potser val la pena probar-ho, oi?