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La energía por Evaporación Cómo funciona: Ejemplos y resultados

La energía por evaporación surgió como un estudio en Estados Unidos.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Columbia en Nueva York sugiere que el vapor que escapa de las grandes masas de agua se use como una fuente de energía no contaminante.

Es importante recordar que el agua se evapora y no hay proceso más natural que ese.

Gracias a este fenómeno es que tenemos, las nubes, la niebla,  y la humanidad lo ha usado durante algunas décadas para producir sal del agua de mar.

La evaporación representa la cuarta parte de la energía que la Tierra recibe del Sol y casi la mitad de la que llega a la superficie de nuestro planeta.

La superficie de la tierra absorbe aproximadamente el 48% de la luz del sol y se devuelve una cantidad equivalente de energía de la superficie de la tierra en forma de evaporación (25%).

El grupo de investigadores estudiaron cómo convertir la evaporación del agua en energía limpia.

Probaron prototipos basados ​​en las reacciones de ciertos materiales a la humedad; obteniéndose  resultados muy prometedores.

Incluso estiman que puede igualar a la energía solar y eólica.

Resultados revelan que se pueden generar 325 gigavatios de energía a partir de la evaporación de los lagos y los depósitos de agua de más de 10 hectáreas en los Estados Unidos (excluyendo Gran Lakes), que representa el 69% de la energía eléctrica generada en los EE. UU para el año 2015, de acuerdo información suministrada por el Dr Ahmet Hamdi Cavusoglu en la revista NATURE.

Por supuesto, es una estimación, y aún están lejos de poder capturar toda esa energía, pero da un orden de magnitud interesante.

¿Cómo funciona esta energía?

Se construyó un modelo que representa cómo los motores de evaporación podrían funcionar de manera óptima en un entorno natural.

El estudio publicado describe un ejemplo de un motor impulsado por evaporación, el mecanismo se basa en el uso de esporas bacterianas que pueden absorber la humedad, colocándose en un cuerpo de agua.

Éstas son parecidas a esponjas que absorben agua entre dos hileras de contraventanas que se abren alternativamente los cuales crecen a medida que absorben más humedad.

Las aletas inferiores se abren y el material se llenará de agua.

Una vez que se ha absorbido la cantidad máxima de agua, las contraventanas inferiores se cierran y las superiores se abren.

Exponiendo el material a los rayos del sol, el agua se evaporará en la atmósfera.

Cuando se abre la cubierta de la fuente de agua, los materiales se secan y se vuelven más pequeños.

Ese cambio de tamaño y la reacción química que se produce puede ser utilizado para generar energía.

Ejemplo y Resultados:

Los autores del estudio tomaron el ejemplo de un depósito de agua artificial, el EV Spence Reservoir , en Texas.

Se cubrió un tramo de 38 km2 de una planta de evaporación que generaría 178 megavatios de potencia.

Es decir, compararon que se establecerían 62 MW más que la fase 4 del cercano parque eólico Sweetwater.

Además, se destacó que el embalse se ha visto severamente afectado por la sequía durante varios años, por lo que podría beneficiarse del ahorro potencial de agua de la extracción de energía.

A un nivel más global, los resultados muestran que la energía potencial disponible excedería la demanda en 15 de los 47 estados de los Estados Unidos y ahorraría más agua potable de la que se consume en 7 de estos 15 estados, explicó el equipo del Dr. Cavusoglu.

Ventajas sobre otras energías renovables:

  • Es menos dependiente del clima que la energía solar o eólica.
  • No es intermitente, lo cual es importante en las regiones donde la energía varía estacionalmente y donde se pueden hacer cortes numerosos.
  • Sería doblemente útil en áreas que sufren de sequía.
  • La tecnología podría reducir a la mitad las pérdidas de agua por evaporación.

Advertencias sobre la tecnología:

Las plantas de energía por evaporación no deberían tener un impacto negativo en:

*Los recursos hídricos locales, las tierras circundantes (que podrían volverse más secas) u otros usos de estos lagos (pesca, recreación, etc).

Si las plantas de energía por evaporación se establecen a gran escala, primero deberían estudiarse las posibles interacciones con la atmósfera.

Los efectos sobre el clima probablemente serían pequeños para las temperaturas promedio, y podrían modificar principalmente las temperaturas extremas.

Los cambios que podrían ocurrir en la atmósfera serían pequeños.

Porque la evaporación del océano domina la evaporación total y sus consecuencias sobre la temperatura y la humedad.

Las consecuencias locales también serían pequeñas si los cuerpos de agua cubiertos por estos motores son de menos de 500 km.

La idea del proyecto no es de cubrir todos los lagos sino aprovechar las áreas con mayor potencial disponible para la explotación de la energía.

Proyectos Asociados:

  • Molino de Humedad:

Algunos miembros del equipo habían descrito otro tipo de motor en un estudio publicado en 2015 en “Nature Communications”.

El “molino de humedad” consiste en una rueda de plástico con aletas adhesivas cubiertas con esporas en un lado.

La mitad de la rueda está en el aire seco y la otra mitad en el ambiente húmedo.

Las aletas se curvan en un ambiente húmedo y vuelven a estar rectas en el aire seco.

Todo esto produce un movimiento continuo de rotación.

Por el momento, la máquina solo ha sido utilizada en laboratorio.

Sin embargo, los investigadores esperan volverla más eficiente y ponerla a prueba en un lago o reserva, para producción a gran escala.

energía por evaporación

 

En el caso de que esta tecnología se extienda, los investigadores han estimado que una concentración relativamente grande de recuperadores podría tener un efecto sobre el clima local al reducir la evaporación del área.

Y ser utilizado como reguladores del clima en algunas áreas del mundo afectadas por lluvias excesivas.

Si existe el potencial de la evaporación, el desafío es gestionarlo de manera efectiva.

Los prototipos funcionan, pero es difícil hacer una producción en masa.

En los Estados Unidos, la mayoría de las áreas de agua explotables ya están cubiertas por una planta de energía solar fotovoltaica flotante.

Pero los recuperadores tienen la ventaja de utilizar materiales biológicos menos costosos.

Para los próximos trabajos de este grupo de investigadores, se pretende aumentar la energía producida con estos prototipos de sistemas, para que se pueda ampliar a otros usos.

 

En hidrología , la llamada evaporación del agua es una de las variables hidrológicas primordiales al establecer el equilibrio hídrico de una cuenca hidrográfica determinada o parte de ella. En esta ocasión, es obligatorio diferenciar la evaporación de las superficies que son libres de la evaporación del suelo.

La evaporación del agua es esencial e indispensable en la vida diaria, porque el vapor de agua, cuando se condensa, se transforma en las nubes y regresa en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío .

 En termodinámica, la evaporación es un desarrollo endotérmico, ya que el calor se digiere durante la evaporación.

Fenómeno físico

El desplazamiento térmico de una molécula líquida debe ser apta para superar la tensión superficial y así esta evaporarse, es decir, su energía cinética debe sobrepasarse el trabajo de cohesión usado por la llamada tensión superficial en la superficie del líquido.

Por lo tanto, la evaporación sucede más rápidamente a grandes temperaturas, a altas velocidades de flujo entre líquido, fases de vapor y en líquidos de disminuida tensión superficial es decir, con mas presión de vapor.

Con solo una diminuta proporción de moléculas cerca de la superficie y trasladándose en la dirección correcta para huir del líquido en un momento dado, la velocidad de evaporación es tiene limite.

Igualmente, a medida que las moléculas de mayor energía abandonan y las que quedan tienen una energía cinética promedio más baja, la temperatura del líquido disminuye. Este fenómeno asimismo se llama enfriamiento por evaporación . Un ejemplo claro de este fenómeno es la transpiración del cuerpo (sudor).

Balance evaporativo

Si se fabrica la evaporación en un recipiente cerrado, las moléculas que abandonan del líquido se almacenan como vapor por encima del líquido.

Varias de estas moléculas regresan al estado líquido. Cuando el proceso de escape y retorno obtiene el equilibrio, se menciona que el vapor está saturado y no se generan más cambios en la presión del vapor o la temperatura del líquido.

Déficit higrométrico

Las causas que subordinan la velocidad de evaporación generalmente esta expresada en mm / día o en mm / mes) son, por un lado, los que determinan el estado de la atmósfera en la cercanía de la superficie de evaporación y, por otro lado,  las causas  que determinan la naturaleza y el estado de la superficie que se evapora.

Como las aguas abiertas , hielo, el suelo desnudo, vegetación. Como un paralelismo entre la evaporación y otras causas meteorológicas que afectan negativamente ambos medios agua y viento, Dalton año 1802) propone la siguiente formulación: E = K x (p s -p v .

Esta ecuación manifiesta la tasa de la temperatura del agua y la presión de vapor (p v ) el  viento en ambiente . La diferencia (p s -p v ) se le designa como déficit higrométrico. La presión de vapor p v , y por lo tanto la evaporación E, necesita de la temperatura del agua y del viento.

Determinación y medida de evaporación

La evaporación se puede medir de manera directa desde pequeñas superficies de agua naturales o las artificiales depósitos de evaporación o con evaporímetros o lisímetros.

Estas últimas poseen una superficie porosa empapada en agua y están localizadas en condiciones tales que la medición está totalmente condicionada por las particularidades meteorológicas de la atmósfera, como la humedad , la temperatura, insolación y viento, etc.

Las tasas de evaporación así contempladas generalmente pueden estas considerarse como máximas y dan una buen acercamiento del poder de evaporación de la atmósfera, con la probabilidad de índice de evaporación.

Utilizando distintos coeficientes de redacción a estos valores máximos y al comparar los resultados corregidos con los relacionados por las fórmulas de evaporación, se supondrá los valores más probables de la valorización de evaporación aplicables en el área de interés.

El evaporímetro más empleado es el modelo Piche: este consta de un tubo de vidrio cilíndrico de  25 cm de largo y 1,5 cm de diámetro. El cilindro está graduado y  completamente cerrado en su parte superior, mientras que su agujero inferior está cerrado por una hoja circular de papel de filtro estándar de 30 mm de diámetro y 0,5 mm de espesor, sujeta esta por capilaridad y sujetada por un resorte.

Llenado del instrumento de agua destilada de manera gradual esta se evapora a través de la hoja de papel de filtro. La disminución del nivel de agua en el cilindro nos permite calcular la velocidad de evaporación en mm por 24 horas, por ejemplo.

El curso de evaporación está esencialmente vinculado con el déficit de humedad del viento; sin embargo, el dispositivo puede no tener en cuenta lo suficientemente la influencia del recalentamiento. Este dispositivo, en épocas hidrometeorológicas, se instaura bajo un refugio.

Los depósitos de evaporación o los tanques empleados en distintas naciones poseen diferentes formas, tamaños y particularidades, ya que los especialistas no están de acuerdo con el mejor modelo de empleo.

Evaporación de superficies líquidas

Dado que las circunstancias de contorno creadas poseen una influencia significativa, los resultados varían conforme el evaporómetro usado para la determinación.

También teniendo en cuenta que los valores de energía por evaporación medidos en el lugar de interés deben ser estadísticamente válidos durante un periodo de tiempo de al menos 15 años, la dificultad se entiende perfecto. Esto ha llevado a gran cantidad de investigadores a estudiar fórmulas empíricas, lo que nos permite obtener un resultado lo más cercano posible.

La Importancia de la variable hidrológica

El agua se vaporiza en la superficie del océano , en la superficie de la tierra y igualmente por los organismos, durante  lo que se llama el fenómeno de la secreción en las plantas y la transpiración en los animales.

Los seres vivos , especialmente plantas colaboran con un  10% de agua incorporada a la atmósfera. Este es llamado el  ciclo hidrológico o ciclo del agua .

El agua en forma de vapor, asciende y se condensa para formar las nubes, que consiste en agua en pequeñas gotas (la lluvia).

Estos se enfrían haciendo mas veloz la condensación y uniendo otras gotas de agua para formar gotas más grandes que casualmente precipitan en la superficie de la Tierra debido a su mayor peso, granizo  o líquidos (lluvia). El vapor de agua igualmente puede condensarse en forma de la niebla o rocío.

Se dice parte del agua que llega a la superficie de la tierra será empleada por los seres vivos. Tarde o  bien  sea temprano, toda esta agua retornara a la atmósfera, especialmente debido a la evaporación.

 

 

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