L’energia è l’attitudine di un corpo o
di un sistema di corpi a compiere un
determinato lavoro……
Tutti gli organismi per svolgere le
loro funzioni, hanno bisogno di
energia.
L’energia è indispensabile alla vita sulla terra e costituisce un
elemento fondamentale per lo sviluppo sociale ed economico
dell’umanità. La principale FONTE PRIMARIA dell’energia è il
SOLE: esso da solo fornisce più del 90% di tutta l’energia disponibile
sulla terra. Le altre fonte primarie sono il CALORE INTERNO
DELLA TERRA, il NUCLEO DELL’ATOMO di alcune elementi e
l’ATTRAZIONE GRAVITAZIONALE DELLA LUNA E DEL SOLE da
cui deriva l’energia delle maree.
Tutto ciò che produce energia viene chiamato
risorsa o fonte energetica. Le risorse energetiche
della terra vengono classificate, in base alla loro
disponibilità, in due gruppi: RISORSE NON
RINNOVABILI O RISORSE RINNOVABILI.
Le risorse rinnovabili di energia derivano da fenomeni naturali come
la pioggia, il vento, l’ irradiazione solare, il calore interno della terra,
le maree e le onde. Si tratta di risorse gratuite che vengono
continuamente rinnovate e utilizzate poco ed in maniera inadeguata.
esse vengono indicate come grande fonti alternative,cioè che possono
essere utilizzate in alternativa alle fonte tradizionali per ovviare i
problemi legati all’esaurimento delle riserve e all’inquinamento che
causano.
Le risorse rinnovabili derivano quasi tutte dal sole ma non solo:
Il vento, che produce
L’ENERGIA EOLICA
L’ENERGIA
NUCLEARE che
dipende
dall’unione delle
particelle che
formano il nucleo
dell’atomo
L’ENERGIA SOLARE, che aziona
il ciclo dell’acqua che produce
l’energia idroelettrica;
La formazione delle molecole
organiche, che vanno a
costituire le BIOMASSE.
L’ENERGIA
IDROELETTRICA
derivante dal
potenziale
meccanico di una
massa d’acqua
Anche dal MOTO
DELLE ONDE si
ricava energia
Per energia solare si intende l'energia, termica o
elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia
irraggiata dal Sole sulla terra. Solo una piccola parte
di questa energia diviene realmente disponibile per
sostenere la vita sul nostro pianeta, e una frazione
ancora più modesta è usata dall'uomo per i suoi
fabbisogni. La quantità di energia solare che arriva
sul suolo terrestre è quindi enorme, circa diecimila
volte superiore a tutta l'energia usata dall'umanità
nel suo complesso. Per il suo sfruttamento occorrono
prodotti in genere di costo elevato che rendono
l'energia solare notevolmente costosa rispetto ad
altri metodi di generazione dell'energia.
In virtù dei potenti processi di trasformazione costantemente in atto nel Sole, dallo
spazio arriva al nostro pianeta una quantità enorme di onde che seppur attenuate in
modo significativo dalla nostra atmosfera, possono essere sfruttate per il
miglioramento delle condizioni di vita della specie umana, e non solo. Le componenti
che ci interessano particolarmente dell' energia solare sono:
•le onde elettromagnetiche dello spettro visibile (quella che comunemente chiamiamo
"luce");
•l'energia termica diretta (il cosiddetto "calore")
•le onde elettromagnetiche dello spettro infrarosso (ulteriore "calore")
Le principali tecnologie che utilizzano l’energia solare riguardano i seguenti campi
di applicazione:
a)riscaldamento solare e riscaldamento passivo;
b)conversione elio-termo-elettrica;
c)conversione fotovoltaica;
a)L'energia solare può essere convertita in calore attraverso i pannelli solari, che riscaldano a
temperatura relativamente bassa (inferiore a 100 °C) l'acqua usata per usi igienici e per il
riscaldamento. Questo impiego dell'energia solare può avvenire solo su piccola scala, ma la
sua diffusione, specie in comunità e in ambienti idonei,
può consentire notevoli risparmi energetici.
Un sensibile risparmio si ottiene anche con il
riscaldamento passivo, una tecnica costruttiva
architettonica che permette di massimizzare il
riscaldamento di un edificio nei momenti di minima
insolazione (così come di ridurre il riscaldamento
degli ambienti nei momenti di massima insolazione).
b) È un metodo di conversione dell'energia solare in
energia elettrica. La luce solare viene concentrata tramite
specchi su un fluido che, così riscaldato, produce vapore
in uno scambiatore di calore. Il vapore entra poi in un
ciclo di produzione dell'energia elettrica di tipo
convenzionale, basato sul binomio turbina-alternatore.
Pannelli solari
c) Alcune sostanze particolari e opportunamente trattate (semiconduttori) generano corrente
elettrica per effetto fotovoltaico quando sono esposte alla luce solare. I sistemi fotovoltaici non
possiedono parti in movimento, non necessitano di manutenzione e non fanno uso di acqua:
possono pertanto essere installati in luoghi aridi o isolati. Inoltre gli impianti fotovoltaici
possono essere realizzati in taglie estremamente variabili e quindi adattabili alle varie
esigenze. Il rendimento delle celle fotovoltaiche è ca del 10%, ma celle sperimentali ad
arseniuro di gallio-antimoniuro di gallio sono in grado di raggiungere un'efficienza superiore
al 30%. Il costo di produzione dell'energia elettrica con questo metodo è circa cinque volte
quello di produzione con metodi convenzionali, ma si sta progressivamente abbassando con il
raffinarsi della tecnologia.
Un sistema fotovoltaico è costituito da:
un generatore fotovoltaico - E' costituito da celle fotovoltaiche formate da fette di un
materiale semiconduttore (silicio) che si costituiscono in moduli, quindi in pannelli, quindi in
stringhe che, collegate in parallelo, costituiscono il
generatore fotovoltaico. Sulla superficie delle celle
si genera (quando la cella è esposta alla luce) un
campo elettrico che, se collegato ad un utilizzatore,
dà luogo ad una corrente elettrica continua.
un sistema di condizionamento e controllo
della potenza - E' costituito da un inverter che
trasforma la corrente continua in corrente
alternata ed è necessario in quanto la quantità di
energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico non è costante ma varia al variare delle ore del
giorno, delle stagioni, delle condizioni meteorologiche.
un accumulatore di energia , necessario per
rendere autonomo il sistema, data la variabilità della fonte solare.
Per irraggiamento si intende il trasferimento di energia tra
due corpi a mezzo di onde elettromagnetiche. Si intende in
particolar modo l'irraggiamento termico che non prevede
contatto diretto tra gli scambiatori, e non necessita di un
mezzo per propagarsi. Si ha sia emissione che assorbimento di
radiazione elettromagnetica. È un fenomeno che si presenta
ad ogni temperatura, ma solo a temperature abbastanza
elevate il contributo allo scambio termico per irraggiamento
supera i contributi per conduzione e convezione. La quantità
di calore emessa da un corpo per irraggiamento è infatti
proporzionale alla quarta potenza della sua temperatura è
perciò a basse temperature l'irraggiamento è responsabile di
una frazione trascurabile del flusso di calore, ma al crescere
della temperatura la sua importanza aumenta rapidamente
fino a diventare il principale artefice della trasmissione del
calore per temperature medio-alte. Il calore scambiato per
irraggiamento si trasmette prevalentemente dal corpo a
temperatura maggiore a quello a temperatura minore; in
realtà, l’energia si propaga in entrambe le direzioni, ma con
minore intensità da quello freddo a quello caldo. L’emissione
e l’assorbimento dipendono dalla frequenza della radiazione,
dalla natura del corpo e da alcune caratteristiche della sua
superficie; un corpo avente una superficie scura è un buon
assorbitore, mentre un corpo avente una superficie chiara è
un buon emettitore.
Il vento ha di solito, una bassa potenza
e una intensità irregolare ,può
cambiare di direzione o mancare del
tutto. Esistono però zone sulla terra
dove i venti spirano con regolarità per
tutto l’anno, come ad esempio sulle
coste e le isole e proprio in queste
località che conviene istallare impianti
capaci di catturare l’energia del vento e
di trasformarla in energia meccanica o
elettrica. Il vento viene sfruttato
mediante apparecchi, detti
“aerogeneratori” che derivano dai
mulini a vento costituiti da pale, fissate
da un mozzo, che catturano il vento e
trasformano tramite un generatore la
sua energia cinetica in energia elettrica
L'energia del moto ondoso è una fonte di
energia classificata tra le cosiddette "energie
rinnovabili". Il moto ondoso del nome fa
riferimento alla classificazione dell'energia per
tipo di generazione. L'energia del moto ondoso
è una fonte di recente sperimentazione in vari
progetti europei di ricerca nel campo
energetico. Vi sono varie tecniche di
sfruttamento del moto ondoso. Un esempio
noto è quello delle turbine Pelamis
(sperimentate in Portogallo), costituite da
strutture tubolari galleggianti ancorate al
fondo marino. All'interno delle strutture vi
sono delle turbine messe in moto dall'acqua
che entra ed esce dalle strutture al ritmo del
moto ondoso in cui il generatore si trova. Tali
generatori generano energia con costanza, ma
mostrano un ingombro non indifferente. Un
altro tipo di impianto è quello a colonna
d'acqua oscillante, anch'esso raccoglie l'acqua
che entra grazie al moto ondoso per mettere in
moto una turbina.
Un generatore di tipo differente in fase di sperimentazione consiste in
una turbina (simile a quelle eoliche) sottomarina messa in moto dalle
correnti marine. In questo caso, non si tratta propriamente di energia
dalle onde, ma comunque da correnti che contribuiscono alla
formazione delle onde stesse.
Per energia idroelettrica si intende
l’energia derivante dal potenziale
meccanico di un bacino idrico o di
un corso d’acqua.
Il principio su cui si basano le
centrali idroelettriche è quello di
trasformare l’energia potenziale di
una massa d’acqua in quiete e/o
l’energia cinetica di una corrente
d’acqua in energia meccanica e
successivamente trasformare questa
energia meccanica in energia
elettrica. (L'energia idroelettrica è
quel tipo di energia che sfrutta la
trasformazione dell'energia
potenziale gravitazionale in energia
cinetica nel superamento di un
dislivello, la quale energia cinetica
viene trasformata, grazie ad un
alternatore accoppiato ad una
turbina, in energia elettrica.)
In linea di massima un impianto idroelettrico è costituito dai seguenti componenti:
1. opere di presa, la cui configurazione dipende dalla tipologia del corso d’acqua intercettato e
dall’orografia della zona;
2. opere di filtraggio, finalizzate all’eliminazione dall’acqua di grossi corpi sospesi;
3. opere di convogliamento delle acque, costituite da canali o condotte forzate in funzione
dell’orografia e conseguentemente della tipologia di impianto, a basso o alto salto;
4. edificio centrale contenente le opere elettromeccaniche, quali ad esempio il gruppo turbina-alternatore,
trasformatore, contatori, quadri elettrici e sistemi di controllo;
5. opere di restituzione delle acque nel corso d’acqua principale. Varie sono le forme con le quali l’acqua ci
offre energia: è possibile sfruttare l’energia delle onde, delle maree, delle correnti marine. Tuttavia una
sola forma di energia dell’acqua ha assunto sinora rilievo. Si tratta dell’energia cinetica delle acque della
superficie terrestre, che può essere convertita in energia elettrica mediante apposite turbine idrauliche
(energia idroelettrica).
L’idroelettrico è una forma di energia considerata rinnovabile in quanto sfrutta l’ inesauribile risorsa
idrica, che è presente in grandi quantità sul nostro pianeta.
Le biomasse comprendono vari materiali
di origine biologica, scarti delle attività
agricole riutilizzati in apposite centrali
termiche per produrre energia elettrica. Si
tratta generalmente di scarti dell'agricoltura, dell'allevamento e dell'industria.
•legname da ardere
•residui agricoli e forestali
•scarti dell'industria agroalimentare
•reflui degli allevamenti
•rifiuti urbani
•specie vegetali coltivate per lo scopo
Le biomasse sono tutti materiali organici che possono opportunamente trattati,
essere trasformati in combustibili. Per recuperare questa energia, gli scarti
dell’agricoltura e dell’allevamento degli animali vengono sottoposti a particolari
processi che li trasformano in combustibili solidi, liquidi o gassosi utilizzabili per la
produzione di calore o di elettricità. Il processo più utilizzato e la fermentazione
biologica, che aviene ad opera di microorganismi anaerobici: vengono prodotti,
alcool o BIOGAS, costituito prevalentemente da metano.
Nelle centrali nucleari l'energia scaturisce dal bombardamento dell'uranio con neutroni. Il nucleo
dell'uranio si divide in due nuclei più piccoli tramite un processo detto di 'fissione nucleare' durante il
quale si genera energia e altri neutroni che, a loro volta, continueranno a far dividere i nuclei di uranio
dando luogo alla famosa 'reazione a catena nucleare'. Durante questo processo viene emessa
radioattività ad alta intensità. L'uranio è la materia prima delle centrali nucleari a fissione. Una
minima quantità di uranio consente di produrre un'elevata quantità energia.
Su altri aspetti il nucleare non trova ancora valide risposte:
•Il principale svantaggio del nucleare sono le drammatiche conseguenze in caso di
incidente
•Le scorie radioattive devono essere stoccate per migliaia di anni
•La produzione di armi nucleari resta l'ultimo grande handicap.
•Il costo reale del nucleare.
•La localizzazione degli impianti nucleari
L’unica risorsa rinnovabile che non deriva dall’energia solare è il
calore interno della terra, che produce L’ENERGIA
GEOTERMICA……………….
Il calore interno della terra può
essere utilizzato per produrre
energia, detta ENERGIA
GEOTERMICA. All’interno della
terra è contenuta una quantità
enorme di calore, ma esso può
essere sfruttato solo in quelle
zone dove si trovano rocce calde a
profondità non troppo elevate,
cioè nelle zone vulcaniche. Qui, nel
sottosuolo, è presente acqua riscaldata
dal magma; con opportune perforazioni
essa viene raggiunta e il valore viene
inviato ala turbina, collegata
all’alternatore, che produce energia
elettrica. In una centrale geotermica il
vapore naturale fa muovere una turbina
collegata ad un’alternatore. Il residuo
viene fatto conversare in una torre di
refrigerazione e iniettato nuovamente nel
sotto suolo .Nel settore dell’energia
geotermica l’Italia occupa nel mondo Una
posizione di grande importanza.
L’utilizzazione non elettrica dell’energia
geotermica sarà più importante nel
futuro, di quella elettrica .Le acque calde
proveniente da pozzi geotermici possono
essere impiegate per il riscaldamento
delle case.
Creato da:
Alessia Longo
Daniela Memoli
Federica Di Paola
Serena Spampinato
Tiziana Lo Castro
4° F