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Les bases científiques de l’energia eòlica

En aquest article s’expliquen els processos mitjançant els quals un generador eòlic transforma l’energia cinètica del vent en energia de rotació i a través de la llei de Faraday, en energia elèctrica. Així mateix, es detallen les limitacions d’aquest procés de transformació,  fonamental per a la vida que comencem a viure. Pocs articles expliquen fets com aquests.

http://blogs.publico.es/ignacio-martil/2018/07/06/las-bases-cientificas-de-la-energia-eolica/

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

1. Proceso de conversión de la energía eólica en energía eléctrica

El proceso de conversión de la energía cinética del viento en energía eléctrica debe sufrir tres procesos de transformación: aerodinámica, mecánica y eléctrica. En cada paso, una parte de la energía se pierde y como consecuencia, la energía eléctrica que puede desarrollar un aerogenerador es menor que la energía del viento que incide sobre él. Esto no es específico de la energía eólica, ya que todos los procedimientos de obtención de energía presentan pérdidas.

1.1 Eficiencia aerodinámica

Mediante un cálculo de física elemental, se puede demostrar que una determinada masa de aire, con una densidad “r”, moviéndose a una velocidad “v”, transfiere en un tiempo “t” una cantidad de energía mecánica a las aspas de un rotor que barren un área “A”, viene dada por la siguiente expresión [1]: Continua la lectura de Les bases científiques de l’energia eòlica

L’aire pesa

Vivim a la Terra dins la seva atmosfera formada, a la nostra alçada, bàsicament per nitrogen (80%) i oxigen (20%). L’aire és una barreja de gasos molt lleugera i per tant ens dona la sensació que no pesa… malgrat que la pressió atmosfèrica (aquesta si que la notem malgrat estar-hi acostumats) és deguda al pes d’uns 300 km d’aire que tenim per damunt nostre.

L’aire pesa

Amb aquesta experiència podem comprovar no solament que l’aire pesa sinó que en podem mesurar (aproximadament) la seva densitat que sabem, sobretot pels llibres i webs, que és d’1,3 kg/m3.

Per fer-ho només hem de pesar primer una ampolla d’un litre (en el nostre cas 1,5 L) plena d’aire (aixo no costa gaire) i després posar-hi a dins un altre litre d’aire i això ho fem amb una manxa fins arribar a una pressió de dues atmosferes. Per conèixer la pressió dins l’ampolla ho podem fer amb el manòmetre de la manxa (molt imprecís) o posant dins l’ampolla una xeringa de 2 mL tancada hermèticament per la punta, quan el seu volum s’hagi reduït a 1 mL aleshores la pressió serà el doble (2 atm) tenint en compte la llei dels gasos P·V = P’·V’.

En el nostre cas el conjunt ampolla, tap, xeringa i 1,5 L d’aire pesa 63,63 grams i posteriorment el conjunt ampolla, tap, xeringa i 3 L d’aire pesa 66,68 grams. així doncs comprovem que 1,5 L d’aire pesa 3,05 grams i per tant la densitat de l’aire és 2,03 g/L = 2,03 kg/m3 (valor esperat: 1,3 kg/m3).

És important que el volum del recipient que utilitzem no varii per tal que la força ascensional degut al principi d’Arquímedes no afecti al resultat de l’experiment així doncs fer aquesta experiència amb un globus produiria un error considerable.

L’error en el resultat és considerable i això pot ser degut a la poca precisió del manòmetre / xeringa en la mesura de les 2 atmosferes.

Nota: Aquest proposta la va presentar l’Anicet Cosialls (amb el seu savoir fairecaracterístic) al Seminari Permanent de Física i Química, em va agradar per la seva simplicitat i claredat. Moltes gràcies Anicet!

Manual sobre contaminació per incrèduls

Dia si i dia també, se’ns anuncien al telenotícies mesures restrictives per evitar la contaminació, com és el cas d’avui a la ciutat de Madrid. Però encara hi ha persones que qüestionen la presència dels contaminants, que afecten a la nostra salut cada vegada d’una manera més alarmant.

Un dels primers temes de l’assignatura de química a 2n d’ESO és definir que és matèria. Qualsevol cosa que es pugui veure i tocar està clar que ho és. De vegades a algun alumne llest se li escapa el riure pensant la simplicitat de la pregunta. La primera vegada que es pregunta si l’aire és matèria solen haver opinions diverses, la meitat aproximadament pensa que si i l’altra meitat que no. I és que l’ésser humà està fet per guiar-se pels seus sentits, com pot ser matèria alguna cosa que no podem veure?

–Una cosa semblant passa quan intentem explicar la mecànica quàntica partint de la base que les partícules estan en tots els llocs alhora, no en un lloc concret.–

Aquest article publicat a www.vozpopuli és simplement  una petita classe de química que demostra mitjançant petits experiments  la presencia de l’aire al nostre voltant i com identifiquem la contaminació centrada en la presència de diòxid de nitrogen.

http://www.vozpopuli.com/next/Manual-contaminacion-incredulos_0_989301182.html

“¿Dónde está la contaminación, que no la veo?”, preguntaba el protagonista de un vídeo que se hizo viral hace unas semanas durante las restricciones de tráfico impuestas por el ayuntamiento de Manuela Carmena. Al hombre le parecían poco evidentes los niveles de contaminación en Madrid porque al mirar a su alrededor veía el aire aparentemente limpio y no apreciaba ni rastro de la nube que amenaza la salud de los ciudadanos cuando se estanca sobre la ciudad.

Pero lo que le faltaba al protagonista del vídeo era un poco de perspectiva. Basta alejarse del núcleo urbano para observar la nube anaranjada sobre la ciudad. También le faltaba algo de información. El dióxido de nitrógeno es bien visible, hasta el punto de que es el gas responsable de la coloración rojiza que vemos en los hongos de las explosiones nucleares, por poner un ejemplo nada tranquilizador. Un experimento típico para generar NO2 consiste en verter un poco de ácido nítrico sobre una moneda de cobre: el resultado es una pequeña nube de gas marrón que, al ser más pesado que aire, se va al fondo del recipiente, lo mismo que la nube que se cierne periódicamente la cabeza de los madrileños.

El NO2 se genera a partir de dos elementos tan aparentemente inocuos como el oxígeno y el nitrógeno

Pero el gas que amenaza la salud de los ciudadanos no se forma de una reacción tan sofisticada como la del experimento ni por una explosión nuclear. En realidad se genera a partir de dos elementos tan aparentemente inocuos como el oxígeno y el nitrógeno, que forman el aire que respiramos. Ambos se encuentran en la atmósfera en parejas, en forma de O2 y N2. El primero es más reactivo (conocemos sus propiedades corrosivas), pero el nitrógeno, que ocupa hasta un 78% del aire, se encuentra en parejas de dos átomos unidos por un triple enlace muy estable y muy difícil de romper. Entonces, ¿qué proceso tiene lugar para que se rompan unas moléculas tan estables y que el aire que respiramos se convierta en veneno?

La formación de dióxido de nitrógeno ocurre de manera natural en las altas capas de la atmósfera, en las erupciones volcánicas y durante las tormentas, cuando el aumento extremo de temperatura por el relámpago separa las moléculas para formar NO y al enfriarse se une un nuevo átomo de oxígeno creando NO2. Pero los humanos tenemos otra forma de generar dióxido de nitrógeno gracias a los motores y calderas donde la temperatura supera los 2.000 grados. Es aquí donde los motores diésel tienen un papel fundamental y se han convertido en un problema inesperado para la salud de la población.

¿Qué ocurre para que el aire que respiramos se convierta en veneno?

“En un motor diésel la mezcla de gases se comprime a muy alta presión y ahí se provoca la reacción química, ya que se alcanzan temperaturas altísimas que nunca se alcanzan en un motor de gasolina”, explica el divulgador e investigador del CSIC Bernardo Herradón. Este proceso se produce de manera continua en millones de motores y, aunque la cantidad de dióxido de nitrógeno que produce cada coche es pequeña, basta para generar un problema cuando el viento no sopla o no hay precipitaciones y el gas se estanca sobre la ciudad. “De cada millón de moléculas se transforma una“, explica Herradón. “Cuando hablamos de contaminación de NO2 hablamos de partes por millón, pero ese poco basta para generar problemas”.

Lo que tenemos después de este proceso de combustión a alta presión y temperatura es una nueva molécula que, a diferencia de sus apacibles ‘progenitores’, es una auténtica pendenciera. “En química, cuando convertimos A en B son sustancias distintas y pueden tener comportamientos muy diferentes”, explica Herradón. “Cuando uno pinta la molécula del NO2 se da cuenta inmediatamente de que es un veneno”, prosigue. Su forma de triángulo y su disposición indican que se trata de una molécula reactiva. Su estructura molecular, con un electrón desapareado, es la razón por la que se combina con otras sustancias, bien como oxidante o bien como reductor. Su capacidad de reaccionar es tal, que si bajas la temperatura pasa de ser un gas a convertirse en otra sustancia, un líquido incoloro. Las moléculas han interaccionado entre ellas y se ha formado tetraóxido de dinitrógeno (N204), un compuesto que la NASA utilizó en los cohetes Titán.

El dióxido de nitrógeno cambia con la temperatura
El dióxido de nitrógeno cambia con la temperatura Eframgoldberg (Wikimedia Commons)

Su nueva capacidad de combinarse es lo que lo convierte en una molécula tan dañina para nuestra salud. “Desde el punto de vista del comportamiento químico se trata de un gas tóxico, porque genera radicales libres“. Cuando entra en contacto con las vías respiratorias puede inflamar el revestimiento de los pulmones y provocar infecciones como bronquitis. Las pruebas de su toxicidad las tenemos desde hace años. Un fallo durante el proyecto Apolo-Soyuz en 1975 provocó que entraran grandes cantidades de NO2 en la nave y casi acaba con la tripulación. También se han producido consecuencias letales en los silos de cereal, donde los nitratos del cultivo han derivado en dióxido de nitrógeno y provocado neumonías fatales en muchos agricultores.

“Cuando uno pinta la molécula del NO2 se da cuenta inmediatamente de que es un veneno”

“Estas moléculas son especies oxidantes que provocan lo mismo que sucede cuando quemas un trozo de carbón”, explica Herradón. “Aceleran los procesos oxidativos y dentro de nuestro organismo degradan y contribuyen al envejecimiento de nuestras células, modifican procesos metabólicos importantes y al final lo que provoca es una enfermedad”. Pero el dióxido de nitrógeno no es solo perjudicial por lo que causa directamente, sino porque multiplica el efecto de todas las otras sustancias contaminantes de la polución y que se combinan para generar esa nube negra y marrón sobre la ciudad. “También promueve la transformación de óxidos de azufre a ácido sulfúrico”, explica el investigador del CSIC. “Puede reaccionar para crear ácido nítrico, contribuyendo a la lluvia ácida, y contribuye a la generación de ozono troposférico“.

En estas circunstancias, el dióxido de nitrógeno se sitúa en medio de una cascada de reacciones que generan lo que se conoce como esmog fotoquímico y que ha obligado a las autoridades de toda Europa a tomar medidas para salvaguardar la salud de la población. En los años 90 se promovió el uso del combustible diésel como el más ecológico, pues se suponía que un menor consumo conllevaría menores índices de contaminación, pero el NO2 se reveló como el coste oculto de aquella apuesta no demasiado reflexionada. Con la proliferación de los vehículos diésel, cada vez que hay un periodo prolongado de tiempo seco y soleado las ciudades se convierten en una trampa irrespirable. La inversión térmica hace que una capa de aire caliente atrape el aire más frío y denso y el aire se convierta en un veneno.

Aire tòxic en el món sencer

“Beijing, Londres, Ciutat de Mèxic, Nova Delhi i París estan entre les ciutats que han cridat l’atenció per les seves perillosament alts nivells de contaminació atmosfèrica a 2016, però no són les úniques. L’Organització Mundial de la Salut ha confirmat que el 92% la població urbana del món viu en ciutats on l’aire és tòxic.

Els efectes de la contaminació atmosfèrica sobre la salut estan ben documentats. Però ara, noves proves suggereixen un vincle entre la contaminació de l’aire i la demència i / o la malaltia d’Alzheimer, davant la sola l’exposició a la mala qualitat de l’aire equivalent a fumar passivament 6 cigarrets al dia.

Les investigacions del Banc Mundial van estimar que el cost econòmic global de les morts relacionades amb la contaminació atmosfèrica seria de 210.000 milions d’euros en pèrdua d’ingressos laborals (el 2013) i més de 5 bilions en pèrdues de benestar.

La sensibilització sobre les causes i efectes de la contaminació atmosfèrica és un tema fonamental, ja que cada un dels habitants del planeta, no només som víctimes, sinó també contribuents al problema.

http://www.ecoticias.com/co2/131799/Aire-toxico-mundo-entero

No se salva nadie

Un estudio realizado en la India encontró que 41 de sus ciudades que tienen una población de más de un millón de personas se enfrenta a una mala calidad del aire en casi el 60 por ciento del total de días vigilados. Tres ciudades: Gwalior, Varanasi y Allahabad, no tuvieron ni un solo día del año pasado un aire medianamente respirable. En Europa, se encontró que alrededor del 85 por ciento de la población urbana está expuesta a partículas nocivas finas, las denominadas PM2.5 y que ello ha ocasionado alrededor de 467.000 muertes prematuras en 41 países europeos.

En el continente africano, el aire sucio fue identificado como la causa de 712.000 muertes prematuras, más que las que se producen por consumir agua en malas condiciones (542.000), por malnutrición infantil (275.000) o por falta de saneamiento adecuado (391.000). En América del Norte se da la paradoja de que están algunas de las ciudades más limpias del mundo, como Toronto o Vancouver y también existen zonas como Denver o Washington, donde los índices de contaminación llegan a cifras inauditas y las políticas Trump no parece que vayan a solucionar nada.

América del sur tampoco se salva de esta problemática. Santiago de Chile presenta niveles de contaminación de una alta peligrosidad y es una preocupación mayor del gobierno nacional y regional controlar las emisiones de gases. Sin embargo, no todas son malas noticias: 74 de las principales ciudades chinas han experimentado desde 2014, una disminución bastante notable de las concentraciones promedio anuales de partículas tóxicas, dióxido de azufre y dióxido de nitrógeno, aunque la “guerra contra la contaminación del aire” del gobierno chino ha recibido críticas de todas partes.

Riesgos de salud Los efectos de la contaminación atmosférica sobre la salud están bien documentados. Pero ahora, nuevas pruebas sugieren un vínculo entre la contaminación del aire y la demencia y/o la enfermedad de Alzheimer, ante la sola la exposición a la mala calidad del aire equivalente a fumar pasivamente seis cigarrillos al día. Pero no solo es perjudicial la polución ambiental de forma directa, sino que se ha comprobado que cuanto más altos sean los índices de smog, también aumentó la cantidad de accidentes de tránsito porque los contaminantes que distraen a los conductores, causándoles ojos acuosos y picazón en la nariz.

La contaminación atmosférica es responsable de la muerte de 600.000 niños menores de cinco años cada año. Las minorías étnicas son más propensas a estar expuestas a altos niveles de contaminación que otros grupos. La contaminación atmosférica también afecta al clima regional, lo cual incide en la disponibilidad del agua y en la conservación y productividad de los ecosistemas. Un ejemplo de esta situación es el derretimiento de los glaciares en las mesetas del Himalaya y del Tíbet.

El carbono negro es una materia en forma de partículas creada a través de la quema de combustibles fósiles (como el diésel) y la biomasa que cuando se deposita sobre la nieve y el hielo oscurece las superficies, lo que resulta en una mayor absorción de la luz solar y una fusión más rápida. Las investigaciones del Banco Mundial estimaron que el costo económico global de las muertes relacionadas con la contaminación atmosférica sería de 210.000 millones de euros en pérdida de ingresos laborales (en 2013) y más de 5 billones en pérdidas de bienestar.

La OCDE predijo que los costos sanitarios globales relacionados con la contaminación atmosférica aumentarán de 21.000 millones de euros en 2015 a 176.000 millones en 2060, año para el cual se prevé que el número de días laborales perdidos que afectan la productividad laboral ocasione pérdidas por 3.700 millones (casi tres veces la cifra actual).

Aire creativo En 2016, en Londres, cientos de palomas se equiparon con sensores de contaminación y transmitían los datos directamente a una cuenta de Twitter, para crear conciencia sobre la polución del aire de la capital del Reino Unido. Otras innovaciones incluyeron el desarrollo de un inhalador barato de venta libre que protege los pulmones contra la contaminación del aire y la instalación de una torre de siete metros de altura en Beijing, que aspira los contaminantes del aire.

La sensibilización sobre las causas y efectos de la contaminación atmosférica es un tema fundamental, ya que cada uno de los habitantes del planeta, no sólo somos víctimas, sino también contribuyentes al problema. En muchas ciudades de todo el mundo se están llevando a cabo diferentes proyectos, que pretenden concienciar a los habitantes de la cantidad de responsabilidad que les compete en cuanto a contaminar y cuáles son los riesgos reales de dicha polución.

Fuente: medio ambiente

Les partícules contaminants ‘ fatals ‘ per a nens amb malalties respiratòries

El material respirable present en l’atmosfera de les nostres ciutats en forma sòlida o líquida (pols, cendres, partícules metàl·liques, ciment i pol·len, entre d’altres) es pot dividir, segons la seva mida, en dos grups principals. A les de diàmetre aerodinàmic igual o inferior als 10 micres o 10 micròmetres (1 micres correspon a la mil·lèsima part d’un mil·límetre) se les anomena PM10 ia la fracció respirable més petita, PM2,5. Aquestes últimes estan constituïdes per aquelles partícules de diàmetre aerodinàmic inferior o igual als 2,5 micròmetres, és a dir, són 100 vegades més primes que un cabell humà . Continua la lectura de Les partícules contaminants ‘ fatals ‘ per a nens amb malalties respiratòries