Qué es la oxicombustión

Hoy toca post ingenieril. Porque hace muchísimo tiempo que no dedico uno a estos temas.

El de hoy va sobre oxicombustión, como su título indica.

Todos sabemos que para que una combustión tenga lugar hacen falta dos cosas: combustible y comburente. Normalmente el comburente es el oxígeno.

Pero el problema está en que nunca empleamos oxígeno puro, sino aire. El aire tiene, aproximadamente, la siguiente composición:

- Oxígeno: 21%
- Nitrógeno: 78%
- Vapor de agua: variable (0-7%)
- Otros gases: 1%

El oxígeno se consume en la combustión, pero ¿Y los demás?.

Puede decirse que son ladrones de energía. En la combustión se libera energía, y esta es empleada en calentar todos los gases, tanto los derivados de la combustión (CO, CO₂, vapor de agua, etc), como los que apenas participan, en especial el nitrógeno.

¿Cómo se puede aumentar la temperatura de esta combustión? Pues eliminando el aire y empleando como comburente oxígeno casi puro. Quemando el mismo combustible se obtienen temperaturas mucho más altas.

Este sistema no se utiliza de modo generalizado en el mundo de la combustión porque conseguir un gas con altas proporciones de oxígeno supone mayor coste y gasto energético del que luego se ahorra en la oxicombustión. Tan solo cuando es imprescindible una elevada temperatura (procesos de soldadura).

Destrucción de aerogenerador

Ayer 22 de Febrero fue un día muy ventoso en Dinamarca.

Hoy estaba aquí viendo en la tele el canal TV2 danés, y me encuentro con una noticia sobre energía eólica. En este caso, desafortunada y espectacular: Un aerogenerador situado entre las localidades de Hadsten y Hornslet no soporta el viento y es destruido.

Hablo con una amiga danesa, porque yo la tele la veo en danés, pero como que no la entiendo :) .Me comenta que al parecer fallaron los sistemas de frenado y empezó a girar descontroladamente sin ninguna limitación de velocidad.

Se encontraron pedazos a 400 m del lugar. Suerte que este tipo de estructuras suelen estar alejadas de núcleos urbanos. En este caso, las viviendas más cercanas estaban a 700 m.

En un momento dado las palas se partieron, impactaron contra el soporte, y este se rompió. La policía estaba al tanto de esta anomalía y acordonó la zona. No hubieron daños materiales (a parte del propio aerogenerador) ni personales.

Aqui tenéis la noticia y otro video (en danés).

Sistema eléctrico

Un sistema eléctrico siempre está equilibrado. La potencia consumida es la misma que la que se genera. Esto vale para un pequeño circuito como para la red eléctrica de toda Europa.

En casa tenemos cargas eléctrica (bombillas, frigorífico, calefacción, televisión, etc). Esas cargas se unen a las de otras casas, a las de toda la ciudad. Añadimos también las de polígonos industriales cercanos y zonas comerciales.

Todos estos están conectados a una subestación que a su vez se conecta a líneas de alta tensión. Y estas, de una manera u otra, a las plantas de generación.

Lo bueno del sistema eléctrico es que todo está conectado. La lámpara de mi habitación puede ser alimentada con electricidad procedente de un aerogenerador situado a 10 km, de una central nuclear a 300 km ó de una célula fotovoltaica situada 4 países más allá. Todas las compañías eléctricas inyectan energía a la red y todos consumimos de ella. Las cuentas se realizan en función de lo que cada uno inyecta/consume de esta.

Ahora bien, en todo este revuelto de cables y cables se producen pérdidas y caídas de tensión.

Unos ejemplos:

A) En el siguiente sistema eléctrico, la demanda de energía en el núcleo A crece de un modo importante. La subestación A está trabajando a plena potencia, aumentan sus pérdidas energéticas y cae levemente la tensión.
La subestación B cubre este déficit de energía y tensión.

B) Ahora la demanda en los núcleos A y B es elevada. Las dos subestaciones no son capaces de funcionar con tanta potencia. Cae la tensión. Al caer la tensión, muchos aparatos se apagan y el consumo disminuye un poco. Pero todavía hay riesgo de daños en la propia subestación (un transformador puede sobrecalentarse y quemarse).
Única solución viable en ese momento: Desconectar a parte de los abonados - por ejemplo, uno de los dos núcleos urbanos-. Son los temidos apagones.

C) Una industria pesada precisa energía eléctrica en grandes cantidades y no puede permitirse cortes de suministro (industria A). Para ello tiene una conexión propia a la red en alta tensión, y es alimentada por varios caminos.

El caso B ocurre porque no ha sido previsto el aumento de demanda o no se han hecho nuevas inversiones en nuevas líneas y subestaciones.

¿De quién es la culpa?
¿De falta de centrales energéticas? Por lo general no. Las centrales pueden estar trabajando al 50% cuando esto ocurre.
¿Fallo en la distribución? Casi siempre sí. Un fallo en alguno de los miles de km de líneas, o una mala previsión del consumo energético de la zona, acompañada de una baja inversión en nuevas líneas y subestaciones.

Aunque podemos generar energía aquí y consumirla a miles de km, no es rentable. Es mejor tener la generación cerca del consumo. Así se reducen las pérdidas en el transporte (suponen un 10-20% de la energía total).

Cúbrete la cabeza / Cover your head

El invierno está llegando. Hemos sacado del armario el abrigo, el gorro y los guantes. Os recomiendo una cosa: Poneos un gorro. ¿Por qué es tan importante llevar un gorro en invierno? (Casi más que un buen abrigo). Vale, hoy hablaremos de transmisión del calor y de coeficientes convectivos. :)

El calor (Q) que se traspasa de una superficie a otra depende, obviamente, de la diferencia de temperaturas.

En invierno, nuestra cabeza siempre está fría. En el mommento en que calentamos la delgada capa de aire que hay sobre nuestra cabeza, este aire caliente asciende (convección), y volvemos a tener aire frío. Entonces, volvemos a perder mucho calor.




En el resto del cuerpo, este efecto de renovación de aire es mucho menor.

Ey! Si me lees desde el hemisferio sur, esperate 6 meses para hacer esto. Ahora es tu verano. Manten la cabeza fresquita. :)

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The winter is coming. We have taken out from the wardrobe coats, cap and gloves. I recomend you this: Please, cover your head in winter. Why is so important doing it? (more than a good coat). Ok, today we will talk about heat transmision and convective coeficients. :)

The heat (Q) crossing from a surface to the other one depends, obviously, on the temperature diference.

In winter, our head is always cold. When we heat the air above our head, this heated air goes up (convection), and we are covered again with cold air. And then, we lost again two much heat.

In other parts of our body, the skin is in a vertical position and we lose less termal energy.

Eh! If you are reading me from the south, wait 6 months. Now is your summer. Take some fresh air. :)

La patata mechero / The potato lighter

Woww...



Tengo que investigar cual es el principio físico de esto...
I have to investigate why it happens...

Protesta Cambio Climatico/ Climatic Change Protest

Copio lo que dicen en Red Eléctrica Española:

Sala de prensa >Noticias ... 1 febrero 2007

1.040 megavatios menos de demanda eléctrica

El consumo cayó un 2,5 %

El sistema eléctrico se ha comportado con total normalidad mientras la demanda de energía eléctrica ha experimentado una caída de 1.040 MW. No ha sido necesario aplicar ninguna medida excepcional. A las 19.55 la demanda era de 40.840 MW y ha descendido hasta los 39.800 MW cinco minutos después. A las 20.05 el consumo había recuperado los 40.850 MW. Estos datos representan una disminución del consumo en un 2,5 % en ese momento.

Red Eléctrica de España ha tomado una serie de medidas adicionales para garantizar la seguridad del suministro y hacer frente a cualquier incidente en el sistema que pudiera derivarse del llamamiento en el que se solicita que no se consuma electricidad durante cinco minutos.

Estas medidas han incluido el refuerzo de los operadores en el Centro de Control Eléctrico, el estado de alerta de la plantilla de mantenimiento, el incremento de la reserva a bajar, la posibilidad de interrupción rapidísima en centrales hidráulicas y de bombeo, además de establecer un control especial de las tensiones en la red.

Las visitas a la web de Red Eléctrica www.ree.es en ese momento se han multiplicado por veinte con respecto al día anterior.

Y unas imágenes sacadas ese día:





Parece ser que la iniciativa tuvo cierta trascendencia. Pero no nos dejemos engañar. Es sólo algo simbólico. Se redujo el consumo eléctrico en un 2,5%. Pero... ¿Y el resto de consumo energético? Me refiero al de combustibles fósiles. ¿Se detuvo el tráfico rodado? ¿las cocinas de gas? ¿Las calderas de calefacción? ¿Las chimeneas?
Creo que no.

Le hemos dado un minúsculo e inapreciable respiro a la Tierra. Pero por algo se empieza.

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I have copied an small article extracted from Red Eléctrica Española (REE, Spanish Electrical Net. The public company that has the control about the energy distribution - but not the generation-).

Last Friday it was the protest against the climatic change. 5 minutes without using energy. And the energy system felt a very small change.

But, I think, It was not important. There was a 2.5 percent less of energy. But, have they count the non-electrical energy? The traffic on the roads? The gas-heater of our homes? I think the answer is no.

There has been a non important change. But It is a change.

Dominó de mentos / The Domino Effect with Mentos

Después de aquel video con los Mentos, viene algo aún más difícil: Un dominó.

Gracias a la herramienta de JaviMoya, puedes bajartelo directamente de Google video (formato .flv).



After that video in wich some people created a geiser with Mentos and Coke, it comes something more difficult: a domino.

Thanks to he tool of JaviMoya, you can download it directly form Google video (.flv format).

Cómo funciona una pila. How a battery works

Mucha gente está accediendo a este blog buscando Cómo funciona una pila ó Funcionamiento de una pila eléctrica. El problema es que acaban en el artículo de Cómo funciona una pila de combustible.

Una pila es un dispositivo capaz de generar electricidad a partir de una reacción química. Esta corriente es continua, y no alterna como la que hay en los enchufes de nuestras viviendas.

Veamos los diferentes tipos de pilas y sus reacciones químicas:

Pilas salinas (Leclanché):

• f.e.m.: 1.5 V
• Difícilmente regenerable (no recargable)
• No permite altas intensidades de corriente
  

Pilas alcalinas (Mallory):

• f.e.m.: 1.5 V
• Mayor potencia y duración
  

El KOH puede ser sustituido por NaOH.

Pilas de mercurio (de botón):

• f.e.m.: 1.35 V
• Voltaje más constante
• Larga duración

Pilas de plata:

• f.e.m.: 1.55 V
• Similar a las de mercurio, pero el cátodo es de óxido de plata (Ag2O)
• Mucho más caras

Pilas de Litio:

• f.e.m.: 3-3.5 V
• Fácilmente recargables.
• Muy larga duración

Acumulador de plomo (Gastón Planté, 1859):

• f.e.m.: 2V
• Grandes y pesadas
• Baratas
• Uso de ácido sulfúrico diluido

La diferencia entre una pila y una batería está en la capacidad de recarga.
En las pilas es muy difícil deshacer la reacción química. Por eso solo se emplean una vez. En cambio, en las baterías o acumuladores esta reacción se puede invertir.

Los acumuladores más comunes son los de Plomo-ácido, empleados en automóviles antiguos ó en sistemas fotovoltaicos aislados. En ellos hay electrodos de Plomo en un electrolito compuesto de ácido sulfurico diluido en agua.
Otros acumuladores son los de metal-hidrudo (MH), más caros pero mejores. Estos últimos se emplean en baterías de coche y pilas recargables, entre otros.


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Many people is entering in this blog looking for Cómo funciona una pila (How a batery works). But this people finish going to Cómo funciona una pila de combustible (How a fuel-cell works).

A battery is a device that can generate energy with a chemical reaction. This is a Direct Current, non an Alternated Current as your home.

Let's see the diferents kinds of batteries and their chemical reactions:

General batteries (Leclanché):

• Voltage: 1.5 V
• Non rechargable
• Don't allow high current intensity

Alkaline batteries (Mallory):

• Voltage: 1.5 V
• More power and time working
  

KOH can be changed by NaOH.

Mercury batteries:

• Voltage: 1.35 V
• Very constant voltage
• Long life

Silver batteries:

• Voltage: 1.55 V
• Similar to the mercury ones, but the catode is made of silver oxid(Ag2O)
• Much more expensives

Litium batteries:

• Voltage: 3-3.5 V
• Easily rechargable.
• Very long life

Lead acid batteries (Gastón Planté, 1859):

• Voltage: 2V
• Big and heavy
• Cheap
• Needed diluted sulfuric acid

The more famous batteries are Lead acid ones. Used in old cars or in photovoltaic systems. In them, there are electrodes of lead into an electrolytic medium. This medium is made of sulfuric acid and distilled water.
Others batteries are Nickel - Metal Hidryde (Ni-MH), more expensives but betters.

Problemas de la fusión nuclear

Continuando con la fusión nuclear, nos encontramos con numerosos problemas para llevarla a cabo.

En primer lugar se necesita una gran cantidad de energía para comenzar la fusión, aunque una vez arrancada con la energía que libera puede automantenerse. Ocurre igual con las gasolinas. Una pequeñísima parte (despreciable) del calor que genera se emplea en precalentar e iniciar la combustión del resto.

También se necesitan temperaturas de muchos millones de grados. Y esa temperatura no se puede obtener con ningún combustible. Hay que recurrir a otros métodos más complejos.

Y a esa temperatura la materia pasa a un estado que llamamos plasma. Y claro, ¿quién sujeta ese plasma a millones de grados? Con la mano no, eso está claro. Con confinamiento inercial ó campos magnéticos.

Y como no tengo ganas de escribir más (xP) os dejo la definición de la wikipedia:

El confinamiento inercial consiste en contener la fusión mediante el empuje de particulas o de rayos laser proyectados contra una párticula de combustible, que provocan su ignición instantánea.

El confinamiento magnético consiste en contener el material a fusionar en un campo magnético mientras se le hace alcanzar la temperatura y presión necesarias.

Precios del Kwh. La bolsa de la energia

¿Quién fija el precio del KWh?

Existe un mercado de la energía parecido a la bolsa. Hay una demanda de energía. ¿Quién satisface esa demanda? Las compañías que vendan a mejor precio. Las más baratas serán las que vendan. Las más caras no venderán electricidad.

Por ejemplo, estamos de noche. Hay poca demanda. Las primeras en ofertar son las centrales nucleares a un precio de 0 €. Ellas siempre han de entrar pues no pueden permitirse el lujo de parar sus plantas. Después, si sigue habiendo demanda, entran el resto con precios mayores. Así hasta que la última satisface la demanda, y ella establece el precio final para todas.
Por ejemplo, si la última en entrar ha sido una central térmica que vende a 5 centimos el Kwh, todas las demás también cobrarán 5 cent, aunque hayan entrado con un precio cero.

Me contaron una anécdota bastante curiosa. Hubo un día en que la demanda no fue elevada. Y en la cotización entraron sólo las centrales nucleares. Las demás no entraron. Resultado: toda España disfrutó de energía eléctrica gratis durante dos horas. Bueno, debería corregir esta frase, las compañias eléctricas compraron energía gratis y nos la cobraron a todos los españoles.

Algunas veces ocurre lo contrario, como por ejemplo con la energía solar fotovoltaica.

Más de energía solar fotovoltaica

Esto es un minirecopilatorio de todos los artículos que he escrito relacionados directamente con la energía solar fotovoltaica.

Energía solar fotovoltaica. (I)
Distintas configuraciones
Vatio pico
Ausencia de silicio
Chollo energético. Ganando dinero con la fotovoltaica
Continuación del chollo energético
Curva de potencia
Teórico vs real
Bolsa de la energía

Teórico vs Real

Lo prometido es deuda.

Existe una gran diferencia entre la potencia que teóricamente nos proporciona una instalación fotovoltaica y la real.

Primero interesa conocer la curva de potencia (Si no sabes lo que es, te recomiendo leer ese artículo primero). Si trabajamos fuera del punto óptimo, estaremos desaprovechando energía.

El fabricante nos proporciona una potencia nominal del panel fotovoltaico. Esta potencia nominal está calculada para condiciones normales de funcionamiento:

• 1000 W/m² de radiación solar: Equivalente a un día de verano muy soleado.
• 25 ºC.

En primer lugar una célula solo capta parte del espectro electromagnético. Sólo puede coger una pequeña parte de la luz que incide. Es normal que un fabricante te diga que su panel de 1 m² es de 200 W (y no los 1000 que le inciden). El fabricante solo te da la potencia pico.

Ahora bien, un panel te genera una potencia con una radiacón de 1000 W/m² y una temperatura de 25ºC. Pero ¿de verdad creéis que en un día de verano con 1000 W/m² la célula estará a 25ºC? Lo más probable es que se ponga a unos 50 ó 60 grados. Y cuanto más se caliente la célula, menos eficiente será.

Ya hemos bajado bastante la potencia que nos dio el fabricante. Pero esto no es todo.

Cuando tenemos dentro de un panel muchas células en serie y/o en paralelo, es probable que una de ellas funcione incorrectamente (se ha roto, hay alguna sombra sobre ella – suciedad, aves, etc-) y altere el circuito. Si una genera una tensión menor que las demás tenemos un circuito desequilibrado y las intensidades podrían cambiar de sentido. Para evitarlo se instalarán algunos diodos que eviten que la corriente circule en sentido opuesto. Lo malo es que estos diodos consumen una pequeña parte de la energía del panel. Pero es mejor bajar el rendimiento de las células a que se quemen.Os pongo un ejemplo para que lo entendáis.

Suponed que tenemos estas células montadas así: 9 células de 5 V montadas en serie y en paralelo.



De pronto una de ellas funciona incorrectamente. Tan solo genera 2 V. Puede deberse a una sombra, suciedad, etc.



Este circuito, a efectos de cálculo, lo podemos simplificar así:



Si hiciéramos cálculos y demás veríamos que aparece una intensidad en la rama de la izquierda que va en sentido opuesto.
Todas las células de la rama izquierda están consumiendo energía. Se calientan. Bajan su eficiencia. Generan menos tensión. Aumenta el desequilibrio. Se calientan más. Así hasta que se queman.
Pondremos un diodo en cada rama para evitar que la intensidad circule en sentido opuesto.

Con esto ya ha bajado algo más el rendimiento. Pero aún quedan varias cosas.

La caída de tensión que se puede producir en los cable es importante. Al trabajar con tensiones tan bajas (12 y 24 V normalmente) las intensidades son elevadas.
Las pérdidas en un cable se pueden resumir con P = I² * R, donde R es la resistencia del cable e I la intensidad. La manera de reducir esta resistencia es fácil: usar cables suficientemente gruesos.

Una vez llegados aquí pueden pasar dos cosas:

• Que inyectemos la corriente a la red eléctrica.
• Que destinemos la corriente a cargar una batería

* Inyectando a la red eléctrica.

Primero hemos de convertir la corriente continua en corriente alterna. Esto necesita de un inversor. Aquí habrán más pérdidas.

Una vez en alterna hemos de subir la tensión para igualarla a la de las redes de distribución. Recurriremos a un transformador que consumirá en torno a un 1% de la energía.

* Enviando a acumuladores (baterías).

Sin entrar en el dimensionamiento de las baterías, estas no devuelven toda la energía que se les cede. Parte se pierde en calor.

Las baterías funcionan con corriente continua. En principio no es necesario un inversor.
Pero si queremos alimentar con la batería un equipo de corriente alterna (por ejemplo un pequeña radio ó televisor) sí que necesitaremos un inversor. Puede que necesitemos, incluso, un transformador (los electrodomésticos comunes operan a 230 V, y las baterías a 12-24V).


En resumen, estas serían las pérdidas para ambos casos:

Con inyección a red:
• Por no absorber todo el espectro electromagnético
• Por calentamiento de la placa
• Por los diodos
• Por la resistencia de los cables
• Por el inversor
• Por el transformador.

Con acumuladores para alimentación de sistemas aislados:
• Por no absorber todo el espectro electromagnético
• Por calentamiento de la placa
• Por los diodos
• Por la resistencia de los cables
• Por las baterías
• Por el inversor (opcional)
• Por el transformador (opcional)

Corrección

Debido a otro puñetero comentario de Evoluciones que me va a hacer escribir otro puñetero post por su culpa un comentario escrito por uno de nuestros visitantes, me he decidido a escribir esto.
Recomiendo, si no lo has leído, que leas el post anterior.

Con la cogeneración no sé como va la cosa. Pero con la fotovoltaica creo que sí. Bueno, como dijo Jack el destripador, vayamos por partes.

Cuando dije lo de vender y comprar, me refería a que la instalación fotovoltaica la tengas funcionando como una planta energética. Es decir, aunque la tengas instalada en tu tejado legalmente es como si la tuvieses a 200 km de tu casa. Es una instalación que genera. Por tanto, todo lo que generes lo puedes vender. Es más, cuantos más generes y vendas mejor. El Estado no te va a poner pegas. El Estado quiere que se instalen muchos paneles fotovoltaicos.

No sé si hay límites de potencia con la fotovoltaica pero con la energía eólica no se pueden crear parques de más de 50 MW (por aquello del impacto medioambiental, visual y esas cosas). Pero para evitarse esto, algunos construyen varios parque de 50 MW uno junto a otro. Legalmente son varios, pero actúan como uno sólo de 150 ó 200 MW.

Las placas fotovoltaicas aún no se sabe la durabilidad que tienen. Se empezaron a fabricar en serie hace 30 años. Por eso los fabricantes no las garantizan más de 20-25 años. No porque no vayan a aguantar, sino porque aún no ha habido tiempo suficiente para probar su durabilidad.

Del redimiento de los paneles fotovoltaicos hablaré otro día. No tardaré muchos días. Os váis a asombrar de la diferencia entre lo teórico y lo real.

Por último darte las gracias, Evolucioness. Personas como tú sois las que me animáis a seguir escribiendo. Prueba de ello es esto que estás leyendo. Un saludo.

Chollo energético

Si tienes pensado montar unos paneles fotovoltaicos para conectarlos a la red y vender energía, me gustaría decirte dos cosas:

- Los paneles generan muy poca energía. Son caros. Qué mal rollo, ¿verdad?
- Las compañías eléctricas están obligadas a comprarte la energía al precio de ¡47 céntimos de euro el KWh! ¡Esto ya es otra cosa!.¿No crees?

Cojo mi factura de la luz y veo que me están cobrando 8-9 centimos de euro por KWh consumido. Eso significa que con la fotovoltaica las eléctricas pierden dinero. Por eso, si te montas unos paneles en tu casa, te interesa venderlo todo a la compañía durante el día y consumir de ella durante la noche.
Al final, el balance saldrá a tu favor.