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:

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?

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!

Fluid Power

L’ús dels fluids a pressió per a realitzar treball té moltes aplicacions tecnològiques. El món no funciona només amb motors elèctrics i tèrmics, estem envoltats de màquines i d’nstal·lacions hidràuliques i pneumàtiques. Avui ens adonarem, vegeu aquests videos

---

l’acer

Es consideren acers els aliatges de ferro amb un contingut de carboni comprés entre el 0,1 i l’1,76%. Quant més alta sigui la proporció de carboni, més duresa i resistència, menys ductilitat i tenacitat tindrà l’acer. L’aliatge amb altres elements es realitza durant el procés d’obtenció per tal de millorar algunes de les seves propietats.

El cicle de l’acer

L’acer s’obté per descarburació del ferro colat, mitjançant un procés que acaba amb l’obtenció de la colada contínua.  Conegueu aquest procés en detall

 

 

 

 

 

Els productes d’acer

Mitjançant diferents processos, la colada contínua es transforma per laminatge, en diferents productes què la indústria metàl·lica utilitzarà per fabricar objectes.

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 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 aqui
	Produir biogas amb biodigestors és una bona manera d’aprofitar els residus orgànics i estalviar combustibles fòssils.Vegeu aquesta infografia a
	Energia eòlica infografia Consumer - infografia ElPais minieòlica parts d’un aerogenerador Bahrain World Trade Center Aerogeneradors en les cornises
	Energia geotèrmica funcionament d’una central geotèrmica funcionament virtual plant tour
	Energia del mar energia de les marees (mareomotriu). infografia energia de les ones (undimotru). diferents projectes energia tèrmica dels oceans (oceano-termal).
	Biomassainfografia
	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 

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 >>

 

Com es produeix l’electricitat

Existeixen diversos sistemes per a produir electricitat: els generadors de corrent continu com les dinamos, les piles i bateries i les cèlules fotovoltaiques en són exemples. A les centrals elèctriques però, es produeix corrent altern mitjançant l’alternador.

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.

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.

Centrals nuclears

A les centrals nuclears l’energia tèrmica s’obté al reactor mitjançant reaccions de fissió de nuclis d’urani. La fissió d’1 g d’U235 allibera tanta energia com la combustió de 2.400 kg de carbó o 1.600 kg de petroli. El següent video explica molt bé el funcionament d’aquestes centrals.

 Generació d’electricitat en una central nuclear

Instal·lacions nuclears a Espanya

• 6 centrals (8 reactors) en funcionament produeixen el 20% de l’ectricitat a Espanya: Almaraz Ii II, Ascó I i II, Cofrentes, Santa María de Garoña, Trillo I y Vandellós II.
• una central aturada des d’el 30 d’abril del 2006: José Cabrera i una altra en procés de desmantellament: Vandellós I.
• 10 projectes aturats per moratòria nuclear
• 2 reactors d’investigació
• una fábrica de combustible nuclear en funcionament: Juzbado (Salamanca) i 3 clausurades
• un centre d’emmagatzematge de residus radiactius de baixa y mitja activitat: el Cabril (Córdoba)

Què es fa amb els residus radiactius

Els residus de baixa i mitja activitat s’emmagatzemen de manera temporal a les pròpies centrals nuclears, a la espera del seu trasllat a El Cabril. El que es fa allà amb aquests residus es pot veure aquí:

• fase 1: tractament dels residus segons el seu acondicionament previ
• fase 2: contenidors de formigó
• fase 3: unitats d’emmagatzematge. De les 28 disponibles a el Cabril, hi ha 15 ja tancades.

Els residus d’alta activitat (el combustible gastat) s’emmagatzema “temporalment” en piscines a les centrals nuclears. La piscina de Trillo es va saturar l’any 2002, ara el combustible gastat s’emmagatzema en un magatzem temporal construit especialment per a aquesta finalitat.

Respecte a la fusió nuclear

La fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar uno de mayor peso atómico. El nuevo núcleo tiene una masa inferior a la suma de las masas de los dos núcleos que se han fusionado para formarlo. Este es es el proceso que se produce en las estrellas y que hace que brillen. También es uno de los procesos de la bomba de hidrógeno.

La reacción de fusión más sencilla (esto es, la que requiere menos energía) es la del deuterio y el tritio formando helio.

Hace tiempo que se prueban dos tipos de tecnologías para conseguir desencadenar el proceso de fusión nuclear durante unos nanosegundos por medio de potentes láseres lanzados contra algún miligramo de átomos de deuterio y tritio. Éste es el objetivo perseguido por dos gigantescos centros de experimentación que se construyen en California (EEUU) y Burdeos (Francia), el National Ignition Facility (NIF) y el Laser Mégajoule (LMJ), respectivamente.

Centrals tèrmiques

A les centrals tèrmiques convencionals es produeix energia elèctrica a partir de l’energia tèrmica obtinguda de la combustió d’un combustible fòssil a les calderes. Malgrat els seus inconvenients ambientals, més del 75% de l’electricitat al nostre pais s’obté a aquestes instal·lacions.

Per tal de minimitzar els efectes contaminants i millorar el rendiment energètic d’aquestes centrals, s’estan desenvolupant noves tecnologies: entre d’altres, les centrals de cicle combinat i les de cogeneració.

Aquests videos mostren el funcionament d’el cicle combinat i la turbina de gas

Siguin o no de cicle combinat, a les centrals tèrmiques cal expulsar l’escalfor generada. aquesta és la funció de les torres de refrigeració. Conegueu el seu funcionament >>

Demanda d’energia elèctrica en temps real

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