Resumen Energía y Medio Ambiente

Presentación del tema: "Resumen Energía y Medio Ambiente"— Transcripción de la presentación:

1 Resumen Energía y Medio Ambiente
Sergio Esteban Mora Rivera Silvestre Martínez Aponte Cleymer Enrique Florez

2 Antecedente Histórico
Desde tiempos antiguos, el movimiento del sol despertó curiosidad en las culturas antiguas, tanto así que el sol se convirtió en una deidad religiosa. El sol se convirtió en una unidad de tiempo y esto empezó cuando aparecieron los relojes de sombra, el reloj de sombra más efectivo, es el patentado por Bustabad rey, mediante observación este reloj fue diseñado para que pueda ser utilizando en todo mundo.

3 Partiendo de este principio existieron calendarios solares y puntos de referencias históricos gracias al sol, como por ejemplo las cosechas gracias al sol se podía saber en qué temporada sembrar, que alimentos y cuando preparar a los hombre para recoger los frutos.

4 La energía solar es inagotable, con esta podemos reproducir varias decenas de miles de veces la energía humana, el problema de la energía solar, es el flujo que es relativamente bajo, por eso es tan costoso, es decir 4 veces más costoso que la energía normal, que viene de hidroeléctricas. En el futuro se estima que la humanidad en su gran mayoría utilizará la energía solar como fuente principal de energía.

5 Los cultivadores son quienes más aprovechan la energía solar, ya sea de forma pasiva o activa re-direccionándola a los cultivos donde el sol llega por periodos e tiempo cortos no llegan los rayos solares. También la energía solar se aprovecha de forme eficaz y pasiva mediante invernaderos

6 Otro sistema que aprovecha a la energía pasiva son las galerías o habitaciones gigantescas, en donde el sol propicia un efecto termorregulador excelente, hoy en día se utilizan materiales que aprovechan más la energía solar . La arquitectura bioclimática, permite reducciones de demanda energética superiores al 50% porque reemplaza calentadores eléctricos o aire acondicionado para mantener el ambiente cálido.

7 La energía sola se puede aprovechar….
Energía solar Utilizar Pasiva Agricultura Arquitectura Bioclimatica Activa Media temperatura Celdas solares fotovoltaicas Realiza vapor para hacer electricidad Baja Temperatura Calefacción De piscinas Alta Temperatura

8 Nuevos sistemas se proyectan para realizar el vapor directamente de las tuberías, aumentando el rendimiento en un 20% y reducirá costos en un 15 % La conversión de energía solar a energía eléctrica se hace a partir de células solares, por medio del proceso fotovoltaico, que hacen los materiales semiconductores, cuando incide una radiación luminosa en ellos.

9 Una célula solar esta echa de silicio de gran pureza, trata con boro y fosforo y placas metálicas en las dos caras. Estas células se agrupan en paneles para generar suficiente energía para un uso concreto.

10 Efecto fotovoltaico puede tener diferentes aplicaciones como:
Aislada de la red: proporciona alimentación eléctrica a la bombilla de un faro, para asegurar el funcionamiento durante largos periodos sin luz solar. En un municipio un sistema de 24 módulos proporciona energía suficiente para bombear agua al depósito municipal. Puede solucionar problemas, a estructuras aisladas, y contribuye con el medio ambiente

11 Hay estaciones fotovoltaicas que producen desde 12 Kilovatios, pasando por los 450 Megavatios hasta llegar a los Gigavatios que puede abastecer a miles de personas Las centrales hidroeléctricas se pueden complementar con campo de módulos fotovoltaicos, porque cuando la central produce menos energía, ya sea por escases de agua o poco flujo de agua el campo fotovoltaico ayuda abastecer y viceversa

12 Nano materiales

13 Son materiales son propiedades morfológicas, tan pequeños como un micrómetro

14 Creación de nano materiales
Ascendente Reducción de materiales básicos a unidades manométricas Plantillas de índice de formación solida, Auto-ensanblaje de componente individuales Descendente Mediante el uso de moldes para preparar solidos que repliques sus cuerpos, mediante el control preciso de su arquitectura

15 Elipsoides, esferas huecas Tubos Metal
Clasificación Carbón Elipsoides, esferas huecas Tubos Metal Puntos cuánticos, nano partículas de oro dendimetros Polímeros construidos a partir de ramificaciones unificadoras compuestos Capacidad de combinar una partícula con otras similares

16 Estructuras de tubos, principalmente de silicio y de carbono
Tipos Nano partículas Se usa en campos electrónicos, materiales resistencias y en nano-medicina Nano Estructurados Cerámicas, nano estructuras, almacenamiento informático, son mil veces mas pequeños que el material original Nano-tubos Estructuras de tubos, principalmente de silicio y de carbono

17 Nano Tecnolgía La nanociencia y la nanotecnología hoyen día es un sinónimo de innovación, porque antes eran ideas y proyecciones que solo estaba en la imaginación. Hoy en día existen las posibilidades de realizar estas ideas como por ejemplo, los nanorobots.

18 La tecnología ha tenido dificultades para llegar a la escala de células y moléculas, pero poco a poco gracias a la evolución en encoger las dimensiones de los artefactos electrónicos es posible, como lo a mostrado la historia es de los tubos del vacío, el transistor, luego el diodo que incluye millones de transistores, siguiendo esta evolución existe la posibilidad de llegar al nanomundo. Aunque actualmente hay problemas que detienen ese desarrollo. Entre más se reduzca la escala más grande es su área y menor su volumen La dimensión de los objetos entre más pequeñas menos probables es que se apliquen las leyes de la física clásica Es donde entra la física cuántica que estudia las leyes de las moléculas.

19 Historia La nanociencia y nanotecnologías, tiene sus inicios conceptuales en 1959 donde Feynman propone en su conferencia nuevas posibilidades de objetos diseñándolos desde muy pequeña escala. Luego en 1986 Dexler basándose en la conferencias de Feynman, postulo en el libro (Motores de la Creación) objetos que podrían copiar así mismo, dando resultado al concepto de “plaga gris”

20 Meidicina Unas de las proyecciones de la nanotecnología, está en la medicina para aplicarlos en los astronautas, por sus viajes tan largos necesitan estar sanos durante largos periodos de tiempo estando a millones kilómetros de la tierra. Cuando la exposición en gravedad cero y otros ambientes hacen que los músculos y huesos se deterioren, y por ende tienen altas posibilidades de desarrollar cualquier enfermedad incluyendo el cáncer, el problema está en que los equipos médicos necesarios son bastante grandes para transportarlos en las naves que tienen poco espacio, el reto consiste contraer el tamaño de estas máquinas o las utilidades de esta

21 La solución a este problema está en la nanotecnología, la idea es crear una capsula, que al ser ingerida libere nano- exploradores y toda una tropa especializada, así podrán estar diagnosticando al astronauta o paciente constantemente, antes de que se desarrolle una enfermedad, y atacar las células por donde empieza a contagiar al huésped.

22 Actualmente Actualmente se han diseñado maquinas del tamaño de un grano de harina, carros millones de veces más pequeños que los normales, un guitarra cuyas cuerdas son del grosor de unos cuantos átomos. Microchips, cuyos cables son más finos que un cabello humano

23 Súper Conductividad HISTORIA Y EVOLUCIÓN:
La superconductividad fue descubierta en 1911 por un físico Holandés llamado Heike Kamerlingh Onnes, quien estudiaba los efectos que producían las temperaturas muy bajas en las propiedades de los metales. En medio de estos estudios descubrió que el Mercurio perdía toda su resistencia al flujo de electricidad cuando se enfriaba a una temperatura de 4° kelvin.

24 Este científico continuo buscando superconductividad en otros metales, en cada caso el material debía enfriarse a temperaturas próximas al cero absoluto. El enfriamiento se realizaba sumergiendo el material superconductor en Helio líquido, ya refrigerado a esa temperatura se convertía en superconductor. Este científico hizo pasar corriente por un superconductor al que le había dado forma de anillo y lo mantuvo refrigerado con Helio líquido un año después de haber retirado la fuente de electricidad del superconductor, la corriente aún seguía fluyendo en él sin haber disminuido

25 A pesar de la importancia de éste experimento solo se dio aplicación años más tarde, esto debido a que el Helio necesario para conseguir este enfriamiento era caro y complejo, los gastos de refrigeración siempre han sido mayores que el ahorro de energía, todo esto ocasionó que no hubiera incentivos económicos que impulse a sustituir los conductores convencionales por superconductores.

26 TEORÍAS DE LOS MATERIALES SUPERCONDUCTORES A DETERMINADAS TEMPERATURAS
Teoría BCS 1957 por J. Bardeen, L. Cooper y J.R. Schrieffer: explica la superconductividad a temperaturas próximas al cero absoluto. Cuando los materiales se refrigeran a estas temperaturas el movimiento de sus átomos se reduce dramáticamente. Esta teoría afirma que los electrones que fluyen a través de un superconductor se agrupan en pares llamados pares de Cooper, estos pares electrónicos se producen debido a los phonones que son partículas asociadas a las vibraciones de la red cristalina.

27 EFECTO MEISSNER Un material superconductor se convierte en un material magnético perfecto, de modo que el campo magnético en su interior se anula completamente. Si un superconductor se reflejara de acuerdo son su temperatura crítica en el seno de un campo magnético el campo rodea el superconductor pero no penetra en él. El imán induce corriente en el material superconductor, la corriente crea una fuerza magnética opuesta a la del imán que provoca la repulsión de los dos materiales, la expulsión del campo magnético del material superconductor posibilita efectos curiosos como la levitación de un imán sobre un material superconductor a baja temperatura.

28 MORFOLOGIA DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD
Conductores tipo 1: metales puros como el plomo o el estaño, estos repelen el campo magnético hasta que alcanza una determinada intensidad o campo crítico, una vez el campo magnético alcanza su valor crítico el superconductor vuelve a su estado normal perdiendo sus propiedades. Conductores tipo 2: se comportan de una forma ligeramente distinta, son materiales más complejos como aleaciones de materiales de transición en ellos el campo crítico es más intenso, una vez el campo magnético ha alcanzado su valor crítico el superconductor no repele el campo, pero sigue conduciendo sin ofrecer resistencia.

29 LA DENSIDAD DE CORRIENTE
Es otra de las características que diferencia un superconductor de otro, el paso de una corriente intensa a través de un superconductor puede hacer que este pierda sus propiedades, la densidad se mide en amperios por unidad de área, el valor crítico de la densidad de corriente en un hilo superconductor es de 100 amperios por Cm2, si pasa una corriente más densa por el hilo, ofrece resistencia.

30 EFECTO JOSEPHSON (Brian Josephson): demostró la existencia y características específicas del efecto túnel que podían producirse entre dos materiales superconductores separados con un fin aislante. En este dispositivo llamado unión Josephson los flujos de electrones pueden pasar de un material a otro esquivando el obstáculo aislante en cuyo seno provocan una reacción magnética de muy alta sensibilidad. Este es el origen de una técnica revolucionaria, SQUID, que consiste en poner en paralelo dos uniones Josephson unidas por una conexión superconductoras. Este descubrimiento es utilizado en el campo médico avanzado.

31 OTRAS APLICACIONES DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD
LA CIENCIA Y LA MEDICINA han sido las primeras en aprovechar la tecnología de superconductores, la construcción de equipos de generación de imágenes LOS MEDIOS DE TRANSPORTE también son y se verán afectados por la superconductividad, algunos trenes en Japón son un claro y amplio ejemplo de esto. LAS DEFENSAS MILITARES el lanzamiento de los misiles con guías superconductoras pueden reemplazar los proyectiles explosivos.

32 Nanociencia La nanociencia es un campo de gran potencial de desarrollo ya que tiene gran relevancia entres las disciplinas científicas como la física, la química, la medicina y la farmacia y también en sus relaciones con las ingenierías como la electrónica, la química y materiales.

33 Concepto La nanociencia es el estudio de los sistemas que están entre los 1 y 100 nanómetros de medida. La nanociencia es la que se ocupa de el estudio de los materiales de muy pequeñas dimensiones

34 Propiedades de las Nanoparticulas
Efecto de confinamiento cuántico: Propone que las propiedades electrónicas, ópticas y magnéticas de la partícula dependan del tamaño como de su forma, independientemente de su composición.

35 Propiedades de las Nanoparticulas
Efecto túnel: muestra como una partícula es capaz de sobrepasar una barrera de energía de potencial, a pesar que la energía cinética de ella sea mayor a la de la partícula.

36 Propiedades de las Nanoparticulas
Efecto fotoeléctrico: Es la capacidad que tiene un metal de desprender electrones dependiendo de la luz que incide sobre este. Conductividad: Es la capacidad que tienen los materiales para transportar con facilidad electrones y así generar un flujo.

37 Propiedades de las Nanoparticulas
Magnetismo: Al someter un cúmulo de partículas a un campo magnético lo suficientemente fuerte provoca que el spin de los electrones en su interior se alinee con este campo magnético.

38 Síntesis de Nanoparticulas
Es el proceso mediante el cual se crean las Nanoparticulas. Existen dos métodos: método químico y método físico.

39 Método Químico Consiste en la utilización de elementos reactivos para la creación de Nanoparticulas. Ventajas: Disponibilidad de elementos, bajo costo, reproducibilidad. Desventajas: Largos periodos de preparación y condiciones muy especificas de experimentación.

40 Método Físico Termólisis: Consiste en someter partículas a altas temperaturas para así aumentar su tamaño. Sonoquímica: Este proceso reduce las sales metálicas por medio de ultrasonido. Fotoquímica: Proceso parecido al de la Sonoquímica, solo que en este caso se usan pulsos lumínicos.

41 Aplicaciones de la Nanociencia
Medicina: en los que se caracterizan por el diagnóstico, tratamiento, monitoreo y el control de sistemas biológicos utilizando nanopartículas. Ciencia y tecnología: Ha hecho posible avances tecnológicos con respecto a la electrónica y las telecomunicaciones, mejorando así múltiples elementos con el fin de aumentar la eficacia y reducir el tamaño.

42 Productos Nanotecnológicos en el mercado
Empresa Características Antibacterial Kitchenware Nano Care Technolgy, Ltd. Utensilios de cocina con una cubierta de nanopartículas de plata que impiden la proliferación de bacterias sobre su superficie. All Day Suncare SPF 30 Kara Vita Su formulación basada en nanopartículas ofrece protección contra la radiación UV por más de 8 hrs. AMD® AthlonTM 64 X2 Dual-Core Processor AMD® Los circuitos al interior de este procesador poseen un ancho de 90 nm. APO-HG binocular Minox Los lentes poseen nanopartículas que repelen el polvo, el agua y la suciedad. Benny the Bear Plush Toy Pure Plushy Oso de peluche recubierto de nanopartículas de plata que impiden la proliferación de bacterias en su superficie. Continental GP4000 Special (Black Chili) Tires Continental Neumáticos para bicicletas fabricados con nanopartículas de carbono que otorgan mayor resistencia y disminuyendo notoriamente su peso. Cotton Rain Jacket Pro-Idee GmbH & Co. KG Chaqueta para la lluvia hecha de algodón incorporando nanopartículas que la hacen 100% impermeable, resistente al viento, repele la suciedad y las arrugas.

43 Conclusiones La nanotecnología y la nanociencia ha hecho posible el avance tecnológico y científico que existe el día de hoy y que definirá la vida humana en el futuro. La nanotecnología permite la mejora de los materiales, haciendo que estos cumplan con los propósitos y den los resultados deseados.