Por qué no al metano.

En asunto como la energía la política tiene mucho que decir, el comercio también, pero quizá los que más deberían hablar, al menos de entrada, serían los científicos. Y, en ese campo, sin embargo, poco se les oye.
Lo primero que hay que saber es que los combustible fósiles dan energía por combustión, de ahí su nombre: de combinarse con el O2 del aire. Todos los derivado del carbono, sea el negro carbón, el metano, CH4, el propano y butano C4H10 de la bombona, la gasolina C8H18, el fuel o el gasoil C16H34 etc. desprende siempre que arden CO2. Son, por tanto, los principales responsables del aumento no natural de este gas invernadero en la atmósfera.
El carbono, C, al no tener hidrógeno, al arder no libera agua, H2O, por lo que el 100% de su humo es CO2. Por supuesto, el C -y los restantes hidrocarburos- tienen además impurezas, algunas derivadas del azufre, que al quemarse producen SO2 , gas responsable de la lluvia ácida.
Cuando arde 1 kg de carbón libera 36 000 kJ
Cuando arde 1 kg de metano libera 55000 kJ
Cuando arde 1 kg de gasolina libera 47000 kJ
Cuando arde 1 kg de gasoil libera 46000 kJ
Pero no solo es importante el calor que se libera en la combustión. En un combustible fósil, también lo es, la cantidad de gases calientes que desprende. En los motores de explosión interna esos gases empujan los pistones que, mediante bielas, manivelas y cigüeñales transforman el movimiento oscilatorio de vaivén en movimiento circular; es decir, en energía mecánica. Por tal motivo, en un motor de combustión interna, el carbono, (finamente molido) no sería un buen combustible pues al quemarse, y no tener hidrógeno, liberaría menos gases que, por ejemplo, la gasolina. Tampoco lo es, por el similar motivo, el metano.
De ahí que, el carbono y el metano se usen sólo para producir calor. A su vez, ese calor calienta el agua hasta el vapor que propulsará, primero las turbinas, y, a continuación, las máquinas de vapor, cuya eficiencia es muy baja. Así funcionan las centrales de ciclo combinado, como la de Granadilla.
El metano no se usa, por tanto, en centrales térmicas convencionales, como la de Las Caletillas, en donde su rendimiento sería muy inferior al del fuel.
Esto no se suele decir: “El Metano que se intenta introducir en Canarias, se usará casi exclusivamente en centrales eléctricas de turbinas y ciclos combinados ”.
Su uso en el automovilismo apenas se aplica. (Había la posibilidad coches con células de combustible, en los que el hidrógeno y el metano podían dar directamente energía eléctrica sin combustión en caliente, pero esos vehículos no se han desarrollado).
Bueno, ¿y todo eso qué implica?
El asunto es que calentar el agua hasta vapor, para propulsar turbinas hasta alcanzar el régimen estacionario de revoluciones por minutos es lento. Nada comparable a la rapidez de arrancar un motor de gasoil o gasolina. Las centrales de metano pueden tardar más de 30 minutos en incorporarse al sistema.
Alcanzar el régimen estable de funcionamiento de la turbina que asegure que la generación de la electricidad la frecuencia exacta de 50 ciclos/segundo de la alterna es lento. Por eso, la REE no incorporará ese productor de electricidad a la red con agilidad, justo en los momentos con picos de demanda.
...Y, ¿ entonces qué?
Pues, Imaginemos ahora que, en el "mix" energético, hay fuentes de electricidad como parques eólicos, parques fotovoltaicos, centrales térmicas que funcionan con fuel, en motores de combustión interna y, por último, centrales de ciclo combinado de metano. Es, por ejemplo, el caso de Canarias.
Supongamos, en ese caso, un intervalo con mucho viento, tanto que la producción eléctrica es entonces mayor que la demanda de energía. En ese momento habrá que reducir la producción de energía eléctrica. Si no es así, cabe el riesgo de sobrecarga, lo que suele terminar con un apagón general.
Entonces, ¿qué se desconecta ?. En ese caso, lo que se desconecta primero de la red son las centrales térmicas de fuel, pues el motor de combustión interna Diesel se detiene y arranca con facilidad.
Pero ¿qué pasaría si sólo tuviésemos centrales de gas metano, o que la producción de éstas fuera las más importante?. Pues el asunto es bastante sencillo de entender. En este escenario debido a que las centrales de turbina cuestan mucho conectarlas al sistema, en el caso de mucho viento, paradójicamente R.E.E ordenaría parar los molinos o las centrales fotovoltaicas.
Otra posibilidad sería crear sistema de acumulación de energía , por ejemplo, mediante bombeo de agua. Eso es lo que se hace en Europa debido a la práctica imposibilidad de parar las centrales atómicas.
De ahí que, introducir el metano, no ayuda a complementar el sistema eléctrico con energías auntóctonas, como la eólica , la fotovoltaica y, en un futuro próximo, la geotérmica y mareomotriz. Todo lo contrario.
Mientras no garanticemos el 100% de la producción eléctrica sostenible y renovable, es preferible mantener las centrales térmicas de fuel, con motores de Diesel, antes que introducir centrales de turbinas, las que funcionan con metano.
En definitiva, que para hablar del mix energético es necesario conocer algo de termodinámica.
Lo demás es pura propaganda e intereses creados.
Julio Muñiz. Noviembre de 2017.

Descripción somera y mecanismo de las microalgas.

Descripción somera y mecanismo de las microalgas.
Las cianobacterias que hemos visto últimamente en las playas, en manchas rojizas, observamos que se encuentran formando especies de hilos, que nos recuenrdan algas pero que son realmente agrupaciones filamentosas de células cubiertas de una especie de vaina mucilaginosa.
En estas agrupaciones filamentosas, se distinguen al menos tres o cuatro tipos de células especializadas: (1) las cianobacterias vegetarivas o somáticas, propiamente dicho, que están en mayor número, células que contienen sus pigementos (clorofilas, carótenos, ficocianinas azules o ficoeritrinas rojas) con los que, entre otras cosas, ejecutan la fotosíntesis en un amplio espacio de frecuencias más allá de la luz verde. En ese proceso se une el CO2 y el H2O mediante la energía del sol para formar polímeros de alto contenido energético como el almidón, parecido al glucógeno de los mamífero, que acumulan. (2) Algunas de las células acopian gran cantidad de alimentos para formar acinetos o esporas resistentes que permitirán la reproducción no vegetativa. (3) Además de las células normales y la esporas existen unidas en el filamento (2) otras células especializadas, de mayor tamaño y con membrana celulares más gruesas, que se denominan hetercitos y que, por no tener los pigmentos verdes, azules o rojos, no fabrican sus alimentos. En cambio, los heterocitos pueden producir proteínas.. Cada heterocito tiene dos polos, nódulo o puertas por las que se unen al resto de las células, y, a través de los mismos estos heterocitos recibirán la energía en forma de ATP, ADPH etc, del resto de las cianobacterias y cederán, como veremos, el amonio para las proteínas del resto del grupo. Estas puertas impedirán la entrada de oxígeno pues si eso ocurriera el proceso de fijación del nitrógeno no se podría realizar.
En esos heterocitos, que como he dicho, no se produce oxígeno ( pues no tienen clorofila y no captan CO2), existe la proteína nitrogenasa que permite, con la energía aportada por el resto de las cianobacterias, captar el nitrógeno del aire para formar amonio.
N2 +8 NADPH = 2 NH4+ + 8NADP
Cómo vemos, este proceso exigen el consumo de gran cantidad de energía.

Las paredes de los heterocitos deben ser gruesas para impedir el contacto con el oxígeno pues éste impediría la fijación del N2 y la síntesis de NH4+, que es una reducción (lo contrario a una oxidación). El hecho de que, las agrupaciones filamentosas de cianobacterias tengan células somáticas que captan el CO2 y producen O2 como subproducto, separadas de los heterocitos que no captan el CO2 pero sí el N2 es lo que permite que ambos procesos de síntesis puedan realizarse durante el día, en fase lumínica.
Podemos considerar un cuarto tipo de células o cianobacterias especializadas, (4) que permiten el movimiento en el agua debido a que poseen en su citoplasma vasículas o capsulas hechas con proteínas permeables al gas pero impermeables al agua, capaces de llenarse de gas que, al vaciarse la harían descender a los fondos para captar, en caso de ausencia de una fuente próxima de fósforo este elemento y, en caso de haberlo captado (para fabricar parte del ATP, NADP etc y otros intermediantes energéticos), se llenaría del gas producido como subproducto de algunos procesos asociados y para ascender hasta la superficie en la que podrá captar el CO2 y N2. Estos procesos exigen una importante inversión de energía por lo que, en caso de encontrarse fuentes de fósforo superficial no utilizarían ese recurso que, además, impide tanto la fijación del CO2, por falta de luz, como la del N2 atmosférico.
Un apunte interesante es la probabilidad de que los heterocitos puedan intervenir, además de en la captación del nitrógeno en la multiplicación de las colonias mediante reproducción por fragmentación. Sabemos que la reproducción de cada una de las células se realiza mediante la replicación del ADN, tanto de manera vegetativa binaria como por espora. Pero además existe un mecanismo paralelo, similar a lo que podríamos llamar reproducción por esquejes en las plantas, pues, las agrupaciones filamentosas pueden fragmentarse por alguno de esos nódulos polares, o puertas de intercambios de nutrientes, ya que son los lugares más frágiles de la cadena o agrupación de células que forman los filamentos.
Así, cuando se produce la ruptura, ocurrirá que, de cada filamento se forman dos o más, los cuales irían, a su vez, creciendo gracias a la reproducción vegetativa de las células. En poco tiempo, podría producirse otros filamentos de similar tamaño que, a su vez, darían lugar a grandes colonias o manchas de cianobacterias.
De ahí que, es probable que, cuando el heterocito no cumpla su función habitual, a saber, la fijación del N2 atmosférico para producir amonio, quizá debido a una concentración alta de ese ión en las aguas circundantes, es probable que, entonces, pasen a cumplir el rol alternativo de ser los eslabones frágiles de las cadenas filamentosas de cianobacterias con lo que éstas, si hubiera fósforo suficiente en el medio, y poseyeran la suficiente energía acumulada en forma de almidón de cianofíceas, crecerían de manera exponencial.
De ahí que, justo en las aguas pobre en nutrientes orgánicos, debido, por ejemplo, a la contaminación tóxica por diversos agentes químicos; o como consecuencia de la destrucción de praderas de sebadales, algas y corales, o por cualquier otra causa, -circunstancias características de las aguas litorales de las Canarias, en particular las occidentales- si, a la reducida competencia con otras formas de vida, se suma la riqueza de nitratos, amonios, derivados del fósforo o la disminución de la relación N/P, a temperaturas superiores a los 23 ºC y, tal vez, por la simultánea acción catalítica de los óxidos de hierro y aluminio, las vitaminas y hormonas emitidos, en grandes cantidades, por los emisarios, se explicaría, de una manera factible, la formación de los famosos bloms o floramientos que, en este verano, ha habido en nuestras aguas litorales.
Como han demostrado especialistas, las aguas costeras de las islas tienen dificultad para su rápida dilución en las oceánicas, externas, sometidas a las corrientes y que forman capas límites laminares que rodean a las islas que se encuentran en su paso. Además, simplemente teniendo en cuenta que la densidad de las aguas residuales es menor que la del mar, estos nutrientes y catalizadores en vez de descender ascienden.
Por ello, si en esas aguar relativamete someras pero pobres seguimos echando fósforo y otros cationes, espcialmente el Fe2+, aniones y moléculas orgánicas no sería de extrañar que en años sucesivos estos fenómenos se reprodujeran.
La aceleración de la vida en el Mar de Las Calmas, en El Hierro, después de la erupción del volcán submarino, Tagoror, se debe, en gran medida, al aporte de oligoelementos como el Hierro. También, en las islas occidentales y Lanzarote, con eventos volcánicos recientes, la magnetita de las arenas negras aportan a las aguas litorales importantes concentraciones de este elemento que, combinado con el fósforo, pueden explicar estos afloramientos explosivos.
La desaparición de los sebadales, sumideros naturales del exceso de fósforo, es la causa de (A) la desaparición de las especies que, hasta ahora, competían con la especie Thichodesmium e. (B) el aumento de [PO4(3-)] medio de las aguas próximas al litoral.
No nos olvidemos de separar la paja del gano y no echemos la culpa de estos desagradables afloramientos sólo al cambio climático. Con toda seguridad, en ambiente oligotrópicos como los isleños, sin el aporte de esos nutrientes y elementos catalizadores estos blooms no se producirían en la forma en que en este año se han producido.
Julio Muñiz, 7 de noviembre de 2017.

El agua de los emisarios submarino flota.

Un emisario submarino y una chimenea son elementos ideados para diluir los contaminantes en el seno del mar y la atmósfera respectivamente.

Por supuesto que hay diferencias importantes, principalmente que la comprensibilidad del líquido es muy baja, prácticamente cero, mientras, en cambio, los gases pueden comprimirse fácilmente.

Pero si los caudales de los efluentes salen con la velocidad adecuada, y el emisario está diseñado adecuadamente, estos efluentes salen de tanto de las chimeneas como de los emisarios marinos formando plumas, regiones más o menos cerradas en las que, debido a las fuerzas internas y las tensiones superficiales, los humos y las aguas residuales se mantienen durante tiempo sin mezclarse con el fluido del medio en el que se dispersan: agua de mar o atmósfera.

Las plumas de humos y de aguas residuales tienen flotabilidad, es decir, la tendencia de subir debido, fundamentalmente, a su menor densidad. En el caso de los gases, esta densidad depende casi exclusivamente de la temperatura del interior de la pluma de humo. Cuando sea superior a la externa la pluma sube; hasta que su temperatura, que desciende a mediada de que el volumen de la pluma aumenta -situación adiabática- , se iguala a la del exterior. 

Flotabilidad = Kx(densidad agua mar - densidad agua residual)/densidad agua mar 
Donde K es una constante para cada emisario, situación....

En el caso de disoluciones líquidas, en particular las aguas residuales y el agua del mar, la densidad depende fundamentalmente de la salinidad y de la temperatura. Como regla generales, las aguas residuales o de saneamiento suelen ser menos densas que las del mar. En cambio, las aguas de rechazo de las desaladoras son más densas que las marinas. La temperatura para las aguas residuales en Canarias en relación a las aguas marítimas no es un factor que, en primera aproximación sea muy relevante en la manera que sale la pluma del emisario.

Otro aspecto importante para saber cómo es la forma y el comportamiento de la pluma del fluido es la forma y área de la boca del emisario. Esta forma y superficie son las que regulan la velocidad con la que los humos o las aguas salen de las chimeneas o de los emisarios submarinos respectivamente.

Cuando la superficie de la boca es mayor la velocidad con la que salen los fluidos es menor. Con bajas velocidades se consiguen plumas más estables pues se cumplen los requerimientos del régimen laminar (Módulo de Reynols <2000; Re=ρv D / μ) . En el caso de que no hubieran corrientes de marinas y el emisario fuera una tubería de boca circular podríamos considerar que los efluentes subirían formando una especie de cono cuya base, si no hay oleaje, sería un circulo en la superficie del mar. Si, en cambio, hubiera una corriente submarina lateral esta especie de cónica se proyectaría hacia el sotavento de la corriente formándose, en la superficie una intersección o base cuya forma sería la de una especie de elipse. 

 Las manchas superiores, a medida de que el emisario continua aportando contaminantes, en especial nutrientes, mantienen relativamente constantes sus concentraciones pues simultáneamente  se efectua la dilución  progresiva a lo largo de la superficie del mar, a la vez que las sales y otros sólidos dispersos, no solubles, descienden en forma de lluvia.

Esas proyecciones superficiales o manchas de contaminantes y nutrienes pueden ser fuente para el desarrollo de especies que encuentren en las mismas los nutrientes como fósforo, nitratos, amonios, hierro, vitaminas etc que puedan favorecer la producción de blooms de cianobacterias, microalgas, algas o cualquier otra especie que esté favorecida por la eutrofización. y no le afecten los tóxicos que suelen acompañar a estos efluentes residuales.