Guía Docente sobre Energía

Conteste las siguientes preguntas de acuerdo a los que usted conoce o las ideas que tiene, no deje ninguna pregunta sin contestar. &nbsp; 1. ¿Qué es la energía? 2.&nbsp;¿En qué consumimos energía? 3.&nbsp;¿De dónde proviene la energía que consumimos? 4.&nbsp;¿Qué nos motiva a ahorrar energía? 5.&nbsp;¿Ahorra energía en casa? ¿Cómo? 6.&nbsp;¿Cómo se clasifican las fuentes de energía? 7.&nbsp;¿Qué es la energía hidráulica y cómo se aprovecha? 8.&nbsp;¿Qué es la energía solar y cómo se aprovecha? 9.&nbsp;¿Qué es la energía eólica y cómo se aprovecha? 10.&nbsp;¿Qué es la energía de la biomasa y cómo se puede aprovechar? 11.&nbsp;¿Qué es la energía geotérmica y cómo se aprovecha? 12.&nbsp;¿Qué es la energía mareomotriz y cómo se puede aprovechar? 13.&nbsp;¿Qué es el petróleo y qué usos tiene? 14. ¿Qué es el carbón y qué usos tiene? 15.&nbsp;¿Qué es el gas natural y qué usos tiene? 16. ¿A qué se refiere con energía renovables y no renovables? 17.&nbsp;¿Conoce usted algún tipo de fuente de energía diferente a los mencionados anteriormente? ¿Cuál? 18.&nbsp;¿Es posible vivir sin utilizar la energía? 19.&nbsp;Para usted ¿Cuál es la mejor fuente energética? ¿Por qué? 20.&nbsp;Para usted ¿Qué es una crisis energética?

Objetivo ● Determina el diseño, ejecución y evaluación para abordar el tema de fuentes de energías y lograr alcanzar los procesos educativos propuestos.

E.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Energía de la Biomasa Es catalogada también como una fuente de energía renovable, se puede obtener de origen vegetal, animal o transformación de estas dos.&nbsp;A partir de la misma energía, se puede llegar a transmutar en otras de las cuales se deriva el biogás y los biocombustibles, por medio procesos termoquímicos como la combustión directa; y los bioquímicos como el tratamiento de los residuos orgánicos. En Colombia se realizan estudios de producción de biomasa con el bagazo (residuo) de caña de azúcar; tiene una producción aproximada de 1.5 millones de toneladas anuales y la cascarilla de arroz con una producción anual de 457.000 toneladas.

D.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Energía Eólica Es una fuente de energía renovable, que se produce al transformar la energía cinética del viento -a través de una turbina- en energía mecánica que a su vez se convierte en electricidad por medio de un generador. Es importante recordar que el viento se produce por cambios de temperatura que se da entre distintas masas del aire en la atmósfera.&nbsp; En los últimos años la energía eólica se ha convertido en una alternativa energética. En el territorio nacional colombiano, existe un gran potencial eólico en la zona caribe; el Parque Eólico Jepírachi; es el único parque eólico en funcionamiento conectado al Sistema Interconectado Nacional (SIN); se encuentra ubicado en el departamento de La Guajira, en el municipio de Uribia, y es manejado por Empresas Públicas de Medellín (EPM) para el aprovechamiento de la energía eólica en la misma zona.&nbsp;

C.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Energía solar Esta energía, es uno de los recursos energéticos renovables más abundante de la tierra, puede ser aprovechado para generar electricidad o calor (energía térmica) mediante el proceso de un sistema fotovoltaico. Estos sistemas anteriormente mencionados, se pueden utilizar desde pequeñas, hasta grandes instalaciones. Colombia por su posición geográfica cuenta con un gran potencial para producir energía solar, lo que le permite ser un país catalogado como buen generador de energía fotovoltaica, ya que los niveles de radiación en el año son buenos, al contar con un promedio diario multianual de 4,5 kWh/m2, considerado como un buen factor de aprovechamiento de energía la mayoría de días en el año.&nbsp; Colombia también cuenta con un buen brillo solar u horas de sol, oscilando alrededor de 4 a 8 horas diarias en promedio diario anual; por cuanto, al momento de invertir en sistemas fotovoltaicos, se cuenta con gran capacidad para la generación de energía que tendría la incidencia de la radiación solar en los paneles. Igualmente, apenas se está iniciando en la instalación de sistemas fotovoltaicos en el país.

Las fuentes que se utilizan actualmente para la producción de energía tienen un gran impacto en problemáticas ambientales, es por esto que se hace de vital importancia generar energía con fuentes alternativas que sean más amigables con el medio ambiente. Así mismo, lo que se busca es encaminar al docente en el uso inapropiado de los recursos naturales, en especial el uso de los combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas natural, etc.) y el agotamiento que este va a tener a mediano plazo, es uno de los factores preocupantes que tiene en alerta a la población.

F.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Energía Geotérmica Es una energía renovable de la cual se puede obtener energía eléctrica o térmica a partir del calor que se obtiene del interior de la tierra. Se obtiene principalmente en zonas donde existe alta actividad volcánica y/o fallas geológicas; este tipo de fuente no depende de cambios climáticos ni variaciones estacionales como en el caso de Colombia.&nbsp; Colombia está ubicada en el cinturón de fuego del pacifico, zona de alta actividad volcánica y sísmica, por cuanto tiene un potencial importante de generación de energía, por ejemplo, en las cordilleras colombianas se han identificado sistemas geotérmicos con agua caliente relacionados con volcanes (SGC, 2019 [3])

ACTIVIDAD 6. ENERGÍA DE LA TIERRA O GEOTÉRMICA

Objetivos ● Comprende e identifica las condiciones que se necesitan para que el calor interno de la tierra sea convertido en fuente de energía y aprovechada en el país. ●&nbsp;Explica los procesos de generación de energía geotérmica teniendo claro sus características, aplicaciones, ventajas y desventajas en el medio. Temas previos Ondas (Ondas Sísmicas), Estructura terrestre, Magnetismo, Componente del magma/lava.

Propuesta para el trabajo experimental ● Disparo de un tapón por medio de vapor de agua. ● Carro o lata productora de vapor.&nbsp;

Energía Geotérmica ●&nbsp;Concepto ●&nbsp;Energía geotérmica en Colombia ●&nbsp;Ventajas y desventajas ●&nbsp;Trabajo experimental

ACTIVIDAD 5. ENERGÍA DE BIOMASA (Energía Química)

Objetivos ● Comprende e identifica las condiciones que se necesitan para que el aprovechamiento de material orgánico sea convertido en fuente de energía y aprovechada en el país. ●&nbsp;Explica los procesos de generación de la energía de la biomasa teniendo claro sus características, aplicaciones, ventajas y desventajas en el medio. Temas previos Biocombustibles, Hidrocarburos, Porcentaje de rendimiento de reacción, Estequiometría, Balanceo de ecuaciones, Reacciones orgánicas, Combustión, Calor de combustión, Energía de reacción, Entalpía de formación.

Propuesta trabajo experimental ●&nbsp;Descomposición de residuos vegetales ●&nbsp;Descomposición de residuos orgánicos de animales ●&nbsp;Biodigestor – Fermentación&nbsp;

Energía de la Biomasa ● Concepto ●&nbsp;Energía de la biomasa en Colombia ●&nbsp;Ventajas y desventajas ●&nbsp;Trabajo experimental

A.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Energía Hidráulica Esta energía se obtiene a partir del agua superficial; se considera el agua una fuente renovable, ya que es limpia y eficiente, además presenta una larga vida útil. Este tipo de energía se obtiene mediante centrales hidroeléctricas, donde, hace funcionar unas turbinas y está a su vez alimentan los generadores que producen electricidad. Las centrales están divididas en dos tipos fundamentales: a) las centrales de embalse donde se almacena el agua y, por medio de caída de esta (energía potencial) se genera la electricidad, b) las centrales de agua fluyente donde se aprovecha la energía cinética para convertirla en electricidad. En consecuencia, Colombia, al ser uno de los países con mayor riqueza hídrica genera otros tipos de fuentes, ya que la hidrología depende bastante de los eventos climatológicos como el fenómeno del niño y de la niña. La energía hidráulica es considerada una de las energías que menos depende de los combustibles fósiles y se considera, además, una energía renovable; pero las centrales hidroeléctricas tienen un impacto ambiental negativo que es una de las preocupaciones que tiene la sociedad, como, por ejemplo, como la pérdida de tierras fértiles, daños al ecosistema y la emisión de gran cantidad de gases de efecto invernadero.&nbsp;

La expectativa que se tiene es que el estudiante entienda los siguientes tópicos: ●&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Concepto y aplicación sobre energía ●&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Diferencias entre las fuentes de energía renovables y no renovables. ●&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Responsabilidad y cuidado ambiental ●&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Generación, distribución, transmisión y consumo de energía&nbsp;

La idea de la guía se centra en las necesidades individuales y colectivas; deseos del estudiante, la sociedad y el medio ambiente, teniendo en cuenta la legislación actual que acoge al sector energético y al educativo. Se propone que este enfocada en la educación media, en donde finalizando grado undécimo el estudiante deba apropiar el saber sobre el aprovechamiento y uso de fuentes alternativas y renovables de obtener la energía.

[1] Min energía. “Energías Renovables No Convencionales”. [Online]. Available: https://www.minenergia.gov.co/energias-renovables-no-convencionales [2] Zonaeco.org.Biodigestor Casero. "Cómo hacer un biodigestor en casa y generar tu propio gas". Available:https://zonaeco.org/como-hacer-un-biodigestor-en-casa-y-generar-tu-propio-gas/ [3] Servicio Geológico Colombiano. “Geotermia en Colombia”. 2019.&nbsp;Available: https://www2.sgc.gov.co/Publicaciones/Cientificas/NoSeriadas/Documents/geotermia-en-colombia.pdf [4] Ingfocol Ltda. “Atlas Potencial Hidroenergético de Colombia”. UPME 2015. Available: https://www1.upme.gov.co/Energia_electrica/Atlas/Atlas_p73-100.pdf [5] IDEAM. “Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta y Ozono de Colombia”. website. [Online]. Available: http://atlas.ideam.gov.co/visorAtlasRadiacion.html [6] IDEAM. “Atlas de Viento de Colombia”. website. [Online]. Available: http://atlas.ideam.gov.co/visorAtlasVientos.html [7] UPME. “Atlas Biomasa”.”. website. [Online]. Available: http://upmeonline.maps.arcgis.com/apps/webappviewer/index.html?id=31e8d575328842748672626929bdcbf6 [8] INGEOMINAS. “Mapa Preliminar de Gradientes Geotérmicos de Colombia”. Junio 2009. Available: http://recordcenter.sgc.gov.co/B19/23008050024780/documento/pdf/2105247801101000.pdf Imágenes tomadas de: https://pixabay.com/es/ https://www.pexels.com/es-es/buscar/im%C3%A1genes%20libres%20de%20derechos/

Objetivos ●&nbsp;&nbsp;Comprende e identifica las condiciones que se necesitan para que la radiación electromagnética obtenida del sol sea convertida en fuente de energía y aprovechada en el país. ●&nbsp;Explica los procesos de generación de energía solar teniendo claro sus características, aplicaciones, ventajas y desventajas en el medio. Temas previos Ondas, Electricidad (Cargas eléctricas en movimiento), Formación de partículas, Emisiones, tipos de radiación (Alfa, Beta, Gamma, X, UV), Estructuras moleculares, Enlaces.

Energía solar ●&nbsp;Concepto ●&nbsp;Energía solar en Colombia ●&nbsp;Ventajas y desventajas ●&nbsp;Trabajo experimental

Propuesta para el trabajo experimental ● Circuito medidor intensidad de luz con LDR ●&nbsp;Transmisión de energía por conducción, convección y radiación. ●&nbsp;El suelo como captador de energía ●&nbsp;Invernadero ● Captador solar plano con mangueras para obtener agua caliente.&nbsp;

ACTIVIDAD 1 Y 2. ENERGÍA DEL AGUA Y DEL MAR

Objetivos ●&nbsp;&nbsp;Comprende e identifica las condiciones que se necesitan para que el agua y el mar sea convertida en fuente de energía y aprovechada en el país. ●&nbsp;Explica los procesos de generación de energía del agua y del mar teniendo claro sus características, aplicaciones, ventajas y desventajas en el medio Temas previos Fluidos, Ondas, Ciclo del agua, Estados del agua, Molécula del agua, Polaridad, Solubilidad, Soluciones y disoluciones, Fuerza dipolo, Puentes de hidrógeno.

Energía Hidráulica y Mareomotriz ●&nbsp;&nbsp;Concepto ●&nbsp;&nbsp;Energía Hidráulica y Mareomotriz en Colombia ●&nbsp;&nbsp;Ventajas y desventajas ●&nbsp;&nbsp;Trabajo experimental

Propuestas para el trabajo experimental Energía Hidráulica ●&nbsp;&nbsp;Rueda hidráulica e hidroeléctrica ●&nbsp;&nbsp;Molinete hidráulico Energía Mareomotriz ●&nbsp;&nbsp;Turbina mareomotriz casera ●&nbsp;&nbsp;Convertidor de olas casero

Objetivos ● Comprende e identifica las condiciones que se necesitan para que el viento sea convertido en fuente de energía y aprovechada en el país. ●&nbsp;Explica los procesos de generación de energía eólica teniendo claro sus características, aplicaciones, ventajas y desventajas en el medio Temas previos Fluidos, Cambios de temperatura, Corrientes de aire, Choques térmicos, Electricidad (cargas eléctricas en movimiento).

Energía Eólica ●&nbsp;Concepto ●&nbsp;Energía Eólica en Colombia ●&nbsp;Ventajas y desventajas ●&nbsp;Trabajo experimental

Propuestas para el trabajo experimental ●&nbsp;Conversión de la energía cinética a partir de un molinete ●&nbsp;Veleta para determinar la dirección del viento ●&nbsp;Elaboración de aerogeneradores horizontales y verticales

DIAGRAMA CATEGORÍAS DE IMPACTO ENERGÉTICO

El conocimiento de energías alternativas se convierte en una necesidad vital en el desarrollo de la sociedad y se vuelve una exigencia que se puede ir respondiendo desde la escuela. La enseñanza de las energías alternativas ayuda a un desarrollo social, permitiendo que el estudiante entienda, se prepare e incentive a su entorno para una correcta actitud cívica hacia el cuidado ambiental. La cultura energética, al igual que muchos procesos sociales se debe formar en la escuela, se habla entonces de la unión ingeniería – escuela - energía. En Colombia son muy pocas las instituciones de educación media que han involucrado las energías alternativas dentro en sus instalaciones.&nbsp;

FUENTES DE ENERGÍAS RENOVABLES Y NO RENOVABLES.

Objetivos ● Describe los conceptos Básicos de fuentes de energía y combustibles fósiles ● Explica los procesos que utiliza Colombia para la generación de energía, teniendo en cuenta ventajas y desventajas que tienen las fuentes renovables y no renovables.

Temáticas que se pueden abordar ●&nbsp;Conceptos ●&nbsp;Historia ●&nbsp;Energías Renovables ●&nbsp;Energías no Renovables o&nbsp;Carbón y derivados o&nbsp;Gas natural y derivados o&nbsp;Petróleo y derivados o&nbsp;Energía nuclear ● Uso y efectos de los combustibles fósiles y energía nuclear

La matriz energética propuesta en Colombia, tiene como finalidad, ser incluida en el plan de estudios de los estudiantes de básica secundaria. A continuación, se dará una breve explicación de cómo funcionan actualmente las energías renovables y su perfil energético, para así, más adelante, lograr una vinculación con el plan de estudios. En cualquier actividad que realice el ser humano se hace primordial el uso de la energía. &nbsp;En Colombia se obtiene la electricidad principalmente a partir de centrales hidroeléctricas (aproximadamente el 70%) debido a la abundancia hídrica que se tiene, pero a medida que pasa el tiempo se ha evidenciado una creciente demanda de energía y una conciencia ambiental, que conducen a la búsqueda de otras fuentes alternativas que sean sostenibles, eficientes, prácticas, pero, sobre todo, renovables. Es el caso del Ministerio de Minas y Energía en Colombia actualmente se encuentra enfocado en promover el uso eficiente y racional de la energía, con el propósito de encaminarse principalmente en la utilización de fuentes de carácter renovable que se integren al mercado eléctrico y al sistema energético nacional teniendo un uso sostenible de la energía.&nbsp;[1] ¿Qué significa el uso sostenible de la energía?, Consiste en que la energía generada es capaz de satisfacer la creciente demanda actual sin comprometer la necesidad energética de la sociedad en un presente y futuro, atendiendo a los criterios que la misma sostenibilidad ambiental y social.

UNIVERSIDAD DE BOGOTÁ JORGE TADEO LOZANO BOGOTÁ-COLOMBIA CAMILO ANDRÉS SIERRA SÁNCHEZ camiloa.sierras@utadeo.edu.co

B.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Energía Mareomotriz Aproximadamente el 80% del planeta tierra está constituido por agua y la mayor parte de estos son océanos; el movimiento de las olas, el flujo de corrientes, las variaciones de temperatura entre otras cosas, hacen que el mar sea una fuente alternativa para obtener energía de una forma renovable, logrando de esta manera aprovechar el movimiento de las olas y la variación de la altura de las mareas. Aún se intenta implementar este tipo de esquemas para obtener energía, pero los resultados que presentan son muy costosos y la instalación del mismo. Aunque puede variar según la posición geográfica.&nbsp;Si se analiza bien este tipo de energía, se puede evidenciar que Colombia, es una buena fuente receptiva a raíz de que está rodeada por dos océanos.&nbsp;&nbsp;

¿PARA QUÉ SIRVEN LAS ENERGÍAS RENOVABLES?

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