Termodinamica Energia

8/17/2019 Termodinamica Energia

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1.1. Energía Eólica#

La energía eólica se encuentra en forma de energía cin%tica en corrientes de aire o viento

#sta puede transformarse principalmente en energía el%ctrica por medio de

aerogeneradores, o en fuerza motriz empleando molinos de viento #l potencial eólico en

el Perú lamentablemente no está plenamente estudiado

Venta%as de la energía eólica#

• #s una energía renovable, es decir, "abrá viento "asta que el sol se e0tinga o la

atmosfera desaparezca

• #s energía limpia, sin emisión de gases de efecto invernadero

• #l impacto ambiental de sus instalaciones eólicas es muy peque$o

• 1os da diversificación rural y empleo local

• #l dise$o de aerogeneradores es fle0ible y tiene diversas aplicaciones

!egún estudios realizados la capacidad instalada "asta el momento en el país alcanza

apenas el megavatio, el país dispone de un potencial eólico superior a los && 2 3

según el 4tlas #ólico del Perú los departamentos de 5ca y Piura, situados en la costa, son

las regiones que cuentan con el mayor potencial aprovec"able, con 6/77 y 8997

respectivamente, e0istiendo registros de viento de 9 a 8 m:s;ic"a demanda del país

esta registrando altas tasas de crecimiento

La generación de energía el%ctrica es fundamentalmente "idroel%ctrica, por lo que

depende del r%gimen de lluvias y además tambi%n e0iste una importante participación del

gas natural

#l ob+etivo de la Ley /''& es la promoción de la inversión para la generación de

electricidad con energías renovables y tomando en cuenta la energía eólica La Ley prev%

la subasta de 9'' La ad+udicación es por orden de m%rito en función que no supere

la tarifa má0ima de ad+udicación, y "asta completar la participación de cada tecnología

indicada en las bases para cubrir el total de la energía requerida La energía requerida se

distribuye entre las fuentes renovables de la siguiente forma

Energía

G&' ( a)o

*ecnología

!io"asa

*ecnología

eólica

*ecnología

solar

*otal


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#sta ad+udicación es por cada tecnología y es >!51#?251 quien fi+ara una tarifa

má0ima de ad+udicación para cada tecnología a trav%s del proceso de ad+udicación de la

prima que se determina por el mecanismo llamado subasta de energía entre los

inversionistas para cubrir el cupo de energías renovables

Barreras a la energía eólica#

Las tecnologías eólicas está muy avanzado en países desarrollados, per en el Perú es un

mercado incipiente que se "a detectado barreras de carácter tecnológico que impiden su

crecimiento, estas son

• 5ntegración en la red

!e crea un problema en la integración del sistema ya que esta energía es de localización

libre y atomizada que ante situaciones de inestabilidad actualmente se desconecta del

mismo, obligando al resto de toda la generación a incrementar su cuota de participación

en los servicios complementarios del sistema e imprescindibles para su buen

funcionamiento

4demás, debemos tener en cuenta que los parques eólicos se localizan generalmente en

áreas con ba+a densidad de población, donde frecuentemente las redes el%ctricas son

d%biles y requieren ser reforzadas y me+oradas ;e "ec"o el sistema el%ctrico peruano es

radial y poco redundante

La aparición de "uecos de tensión y el control de la potencia reactiva, son tambi%n

aspectos particulares de la integración a red de los parques eólicos

• .alta de proyectista, instaladores y mantenedores capacitados

;ebido al poco desarrollo que tiene esta tecnología se "a detectados un personal muy

reducido especialmente capacitado

1.+. Energía ,idr-ulica

#l Perú cuenta con cuencas "idrográficas cuyas aguas son factibles para ser usadas en

generación el%ctrica, así mismo, países como @rasil se encuentran interesados en

desarrollar proyectos La energía "idroel%ctrica es una fuente probada utilizada

principalmente para la generación de electricidad

!egún #L#-A?>P#?B el cual cuenta con información sobre cuencas a nivel nacional, se

"an realizado principales estudios como La magnitud del potencial "idroenerg%tico

peruano se estableció mediante el estudio emprendido en los primeros a$os de la d%cada

del


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calculó un potencial de 9< 2 #n base a este estudio #L#-A?>P#?B realizaba planes

de e0pansión de la generación "idroel%ctrica del paísD asimismo, este documento sirve

como catálogo referencias de proyectos de generación "idroel%ctrica

1.. Energía Solar La energía solar es el recurso energ%tico con mayor disponibilidad en casi todo el territorio

peruano, en la gran mayoría de localidades la disponibilidad de la energía solar es

bastante grande y uniforme durante todo el a$o, "aciendo más atractivo su uso en

comparación a otros países

La radiación solar, varía según la latitud (a mayor distancia de la línea ecuatorial menor

radiación), la altura sobre el nivel del mar (a más altura más radiación), la orografía (valles

profundos tienen menos "oras de sol) y la nubosidad (a mayor nubosidad menos

radiación)

La energía solar puede aprovec"arse de varias formas para secar (ropa, frutas)D para

calentar (agua, viviendas, invernaderos), y para producir corriente el%ctrica

Energía Solar /otooltaica#

-onversión de la energía solar en electricidad mediante módulos

de celdas fotovoltaicas

#n el Perú e0iste una gran e0periencia en proyectos fotovoltaicos

orientados a la electrificación ruralD tanto en aplicaciones

atomizadas (Los Bros E Puno), como concentradas (Padre -oc"a F

5quitos) en sistema "ibrido .* E ;iesel

Energía Solar /oto t$r"ica#


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-onversión de la energía solar en calor mediante secadores

solares, cocinas solares, invernaderos, termas solares

Principalmente en el sur del país se "a desarrollado un mercado

de termas solares con tecnología propiaD tambi%n en zonas del

norte como -"iclayo, e0isten piscinas temperadas Aambi%n "ay

peque$as aplicaciones como invernaderos, secadores solares, etc

Potencial solar#

#n la gran mayoría de localidades del Perú, la disponibilidad de la energía solar es

bastante uniforme durante todo el a$o, estando casi siempre dentro de un margen de G:F

&' H del promedio anual #s lo suficientemente alta y uniforme (comparada con otros

países) para ser considerada como una fuente energ%tica utilizable para fomentar el

desarrollo de las comunidades #n t%rminos generales, este promedio anual es de 7F9

I":m&

día en la costa y selva y de 9FJ I":m&

día, aumentando de norte a sur

1.0. Energía de la Bio"asa

#n diversos países en vía de desarrollo, la le$a representa una parte importante en el

balance de energía del Perú #l &'H corresponde a la le$a y bosta, usado para la

cocción, ocupando la le$a el tercer lugar de consumo total

#l uso de la biomasa se da de distintas formas

o @iomasa para producción de calor

o @iodigestores para producción de gas

o @iocombustibles

Potencial Bio"asa#

su potencial de la biomasa aún no "a sido estudiado plenamente, !u desarrollo más

difundido es mediante el uso de biodigestores Principales estudios realizados Araba+os

que se realizan en las Bniversidades, estudiando el potencial de diferentes plantas

oleaginosas y diferentes tecnologías disponibles y proyectos con aceites comestibles,

prensado en fría, de girasol en la costa, pi$ones en la sierra y palmera de aceite en la

selva, usados directamente en motores de ;iesel modificados, para el transporte

(proyecto piloto en Lima) y la generación de electricidad (en una comunidad de la selva)

Biodigestores#

#n el Perú e0isten /'J biodigestores con predominio de los modelos artesanales c"inos,

usados principalmente para la generación de gas, el cual es quemado para la generación


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de calor #0isten biodigestores industriales en empresas avícolas utilizados para la

producción de calor

Bio"asa#

#n el Perú se encuentra en operación la -A Paramonga de la empresa 45P!4, la cual

tiene una potencia instalada de &= , y utiliza como combustible la quema del bagazo

de ca$a obtenido del proceso de producción de azúcarD el calor generado sirve para

producir vapor el cual provee de fuerza motriz para la generación de electricidad a trav%s

de una turbina a vapor

Bioco"!usti!les#

!egún el proyecto 4groindustrial -a$a @rava, donde se cultiva ca$a de azúcar para la

producción de etanol, su planta se encuentra ubicada en !ullana (Piura) La planta, con

las siete mil "ectáreas de ca$a de azúcar, puede producir =9' mil litros de etanol diarios y

retroalimentarse de energía aprovec"ando la ca$a cortada, la cual puede generar "asta

/& de electricidad

1.. Energía Geot$r"ica

#l calor es una forma de energía y la energía geot%rmica es el calor contenido en el

interior de la Aierra que puede o podría ser recuperado y e0plotado por el "ombre ;esde

la d%cada de los 8' se "an realizado en el Perú diversos traba+os de e0ploración del

potencial geot%rmico, identificando varias zonas potencialmente interesantes,

especialmente en el sur (oquegua y Aacna) #n el país se "an reconocido más dedoscientas vertientes de agua caliente, así como fumarolas y algunos geysers

& Bso de energías renovables en el Perú&/ 5mpacto del formas de energía&& Proyectos 1acionales de energía en el Perú

= #nergía !olar en el Perú=/ ;iagramas de la distribución de la energía solar en el Perú=& ;esarrollo !ostenible en las provincias== ;ise$o de las celdas fotovoltaicas=7 Proyectos de inversión en energía solar en el Perú

7 Bn nuevo material #l grafeno

0.1. GRA/ENO

!i bien el grafenos es una capa (monocapa con un solo átomo de grosor), es uno de los

materiales más fuertes que el acero, por eso el grafeno tiene la capacidad para sobrevivir

ba+o gran carga aplicada, además es muy fle0ible e impermeable a los gases todo esto lo

"ace muy adecuado para una gran variedad de aplicaciones incluyendo ciencias de la

vida Aal es su importancia en ciencia y en nuestra vida diaria, que los descubridores de la


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producción del grafeno a temperatura ambiente fueron galardonados con el Premio

1obel en &'/' Las utilidades de este material redescubierto por 4ndr%y 2ueim y

Konstantín 1ovosiólov no de+an de sorprendernos

0.1. PROPIE2A2ES 2EL GRA/ENO

#ntre las características más importantes del grafeno es que el grafeno es el primer

material cristalino de dos dimensiones aislado de forma estable y gracias al confinamiento

de los electrones en dos dimensiones debido a lo largo de la estructura de grafeno le

confiere propiedades e0cepcionales de estos materiales como la alta movilidad de

electrones, la alta conductividad t%rmica y alta resistencia mecánica

0.+. PROPIE2A2ES ENERG3*I4AS 2EL GRA/ENO

#l grafeno, una sustancia similar al grafito conformada por átomos de carbono dispuestos

en un patrón "e0agonal, cuenta con propiedades e0traordinarias que en los últimos a$os

"an llamado la atención de toda la comunidad científica !u aplicación apunta "acia

desarrollos futuristas como pantallas fle0ibles para dispositivos electrónicos, placas

solares transparentes o nuevos sensores químicos y biológicos, solo por citar algunos

5nvestigadores del 5nstituto de -iencias .otónicas demuestran que el grafeno es capaz de

convertir las partículas de luz en electrones

La última noticia sobre este material la "a publicado el 5nstituto de -iencias .otónicas,

donde investigadores de esta institución "an demostrado que el grafeno es capaz de

convertir un fotón (partícula de luz) en múltiples electrones capaces de conducir corriente

el%ctrica #ste prometedor descubrimiento convierte al grafeno en una importantealternativa para la tecnología de energía solar, actualmente basada en semiconductores

convencionales como el silicio, se$ala .ranI Koppens, miembro líder del 5.->,

agregando que en la mayoría de los materiales, un fotón absorbido genera un solo

electrón, pero en el caso del grafeno un sólo fotón absorbido es capaz de producir

muc"os electrones e0citados y, por lo tanto, una se$ala el%ctrica mayor

4l mandar un número conocido de fotones a diferentes energías sobre una capa de

grafeno, emos visto que los fotones de alta energía (por e+emplo, los de color violeta)

inducen un mayor número de electrones e0citados que los fotones de ba+a energía (por e+emplo los infrarro+os) Pero en ambos casos siempre era igual o superior al número de

fotones mandado, comenta KlassFMan Aielrooi+, otro de los investigadores del equipo

0.. PRO2544I6N 2E GRA/ENO A4*5AL7EN*E A ES4ALA IN25S*RIAL

Bna patente espa$ola para producir grafeno loNFcost tuvo que resolver el problema de la

obtención del grafeno#l problema principal no reside en obtener grafeno, aunque sería


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empresa que es de mayor que cualquier otro material mayor que el tema del silicio y se

está tratando con muc"as empresas desarrollando el tema de placas fotovoltaicas y se

sabe que el rendimiento llegara a ser entre el J'H y 8'H ya que actualmente placas de

paneles solares muy buenas llegan al &&H

PLA4AS SOLARES 4ON GRA/ENOLas actuales placas solares pierden grandes cantidades de energía, ya que presentan

una ganancia de apro0imada de /JH, el resto se pierde #sto va a cambiar gracias al

grafeno, ya que es un gran receptor de luz y absorbe una buena cantidad, la ganancia

apro0 sería de un J'H más o menos, el cual, mediante distintas t%cnicas se pretende

me+orar

#l

prototipo de c%lula solar creada en el laboratorio de la Bniversidad de .lorida fue

construido sobre una base rígida de silicio, un soporte que no se considera lo bastante

rentable para la producción a gran escala en los t%rminos antedic"os de comercialización

barata Pero es factible combinar el uso de grafeno dopado con sustratos más fle0ibles y

más baratos, como las láminas de polímero que actualmente están ba+o desarrollo en

laboratorios de investigación de diversas partes del mundo


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La perovsIita no es un compuesto particular, sino una forma de estructura de cristalD

puede incluir diferentes elementos alrededor de átomos de o0ígeno (formalmente, se le

conoce como estructura de perovsIita, pues el primer mineral que tenía esa estructura fue

llamado así) 4lgunas versiones de este cristal son raras, otras son muy abundantes #l

principal defecto de la perovsIita que se "a estudiado "asta a"ora es que contiene plomo,

un material tó0ico, lo cual complica el mane+o y desec"o de las celdas 1o parecería ser

un buen trato tener energía limpia por un lado y contaminar con plomo por el otro !in

embargo, en noviembre de este a$o, científicos de la Bniversidad de Pennsylvania

presentaron una versión de la perovsIita que, en lugar de plomo, contiene potasio y bario

4sí que, además de eficiente, barata y abundante, a"ora contamos con una perovsIita no

tó0ica

0.0. APLI4A4I6N EN LA 4O7BINA4I6N 2EL GRA/ENO 4O7O 4OLE4*OR 2E

4ARGA 9 PEROVS:I*A 4O7O ABSORBE2OR 2E L5< SOLARLa 5;I desarrolla una c$lula solar "-s e=iciente > econó"ica

-ombina el ó0ido de titanio y grafeno como colector de carga y perovsIita como

absorbedor de luz solar

#l 2rupo de ;ispositivos .otovoltaicos y >ptoelectrónicos de la Bniversitat Maume 5 de

-astellón, dirigido por el catedrático de .ísica 4plicada Muan @isquert, +unto con

investigadores de la prestigiosa Bniversidad de >0ford, "an creado y caracterizado un

dispositivo fotovoltaico basado en una combinación de ó0ido de titanio y grafeno como

colector de carga y perovsIita como absorbedor de luz solar, que se fabrica a ba+as

temperaturas y que presenta una alta eficiencia #l traba+o de investigación llevado a cabo

en el último a$o por este grupo en colaboración con investigadores de la universidad de

>0ford "a "ec"o posible la caracterización de un dispositivo fotovoltaico basado en una


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combinación de o0ido de titanio y grafeno como colector de carga y perovsIita como

absorvedor de luz solar

#sto "a supuesto la revolución de las c%lulas solares de perovsIita realizadas con la

colaboración de varios grupos líderes mundiales como por e+emplo el grupo de -orea, y"ay una me+ora por el dispositivo el aumento de la calidad de los contactos, investigan los

tipos de contacto +untos con el grupo de >0ford que es uno de los líderes del mundo y

desarrolladores de la perovsIita, donde se realizo las investigaciones que demuestran

que el grafeno es un material idóneo en este caso en otros caos no funcionaba pero se "a

visto que me+ora el rendimiento de la c%lula de perovsIita

#n ese traba+o científico se "an combinado los nuevos materiales basados en estructuras

perovsIita que absorben luz solar con eficacia con el grafeno es un material que "a

despertado inter%s por sus propiedades versatilidad y ba+o costo, ya que el grafeno es un

material muy resistente es un buen conductor t%rmico y muc"o más fuerte que el acero y

la perevsIita es un material que absorbe bien la luz solar y la combinación de ambos "a

dado lugar la producción de una c%lula solar que es todo un record en eficiencia por a"ora

ya que combinamos la alta absorción de los fotones de la luz con alta conductividad del

grafeno #ntonces la e0tracción de carga y la eficiencia de la c%lula solar "a sido muy

elevada #l dispositivo presenta una eficiencia de c%lula solar con grafeno de un /9,JH

superando la eficiencia obtenida de la combinación de grafeno con silicio que es de

material fotovoltaico por antonomasia, es muy interesante para la fabricación a gran

escala puesto que está constituido por varias capas procesadas a temperatura inferior a

/9'T- y disminuye el costo de producción además ofrece una amplia gama de

aplicaciones donde una de las mayores venta+as de este nuevo material es que se puede

conseguir c%lulas solares eficientes con m%todos de reproducción a ba+o costo y ba+a

temperatura, esto implica una revolución porque "abía c%lulas solares producidas con

m%todos de ba+o costo pero poco eficientes a"ora tenemos c%lulas producidas a ba+o

costo y con eficiencia altas, además estos materiales debido a su versatilidad se pueden

aplicar a otros conceptos por e+emplo sobre sustratos plásticos o te0tiles y poder cargar

un móvil en una moc"ila y además tambi%n se puede controlar el color esto nos permite la

capacidad de aplicaciones est%ticas donde las c%lulas solares estaban estaban limitadas,

a"ora permite utilizar una gama de colores y a la vez captar energía #ste desarrollo

constituye un nuevo "ito para el avance de la c%lula solares y a la vez captar energía

#ste desarrollo constituye un nuevo "ito para el avance de la c%lula perovsIita


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9 -onclusiones

;epartamento de .ísica, -larendon Laboratory, Bniversidad de >0ford , Parques

?oad, >0ford >R/ =PB, ?eino Bnido (/J de diciembre &'/=) @a+a temperatura

Procesado -apas -olección de electrones de grafeno : de Ai> & nanocompuestos

en Pantallas planas de perovsIita -%lulas !olares 1ano Letters, /, 7F99 .undación 1acional de 5nvestigación de -orea (1?.) subvenciones financiadas

por el inisterio de -iencia (& de marzo &'/9) -%lulas solares perovsIita una

tecnología emergente fotovoltaica !ciencie ;irect, *olumen /


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1.1. Energía Eólica

1.2. Energía Hidráulica

1.3. Energía Solar

1.4. Energía de la io!asa

1.". Energía #eot$r!ica

2. %so de energías renovables en el &er'

2.1. I!(acto del )or!as de energía

2.2. &ro*ectos Nacionales de energía en el &er'

3. Energía Solar en el &er'

3.1. Diagra!as de la distribución de la energía solar en el &er'

3.2. Desarrollo Sostenible en las (rovincias

3.3. Dise+o de las celdas )otovoltaicas

3.4. &ro*ectos de inversión en energía solar en el &er'

4. %n nuevo !aterial, El gra)eno

4.1. -a tecnología del gra)eno4.2. &ro(iedades energ$ticas

4.3. btención industrial

4.4. /(licación a las celdas )otovoltaicas.

". Conclusiones

0. /neo

. ibliogra)ía


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5NIVERSI2A2 NA4IONAL 2EINGENIER?A

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ENERGIA SOLAR

Realizado por:

B!"a#a$"e U#piri Ro$ald Go#ez A"a%i &e!!i'a

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No#)re de la pro*e!ora:

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2015 - 1

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