1. Recursos: definición y tipos
Recurso
Cualquier elemento del medio natural que la sociedad puede aprovechar (minerales, suelos, agua, energía, biológicos, paisaje).
Clasificación
- No renovables: se regeneran a escala geológica (carbón, petróleo, gas, minerales metálicos). Stock finito.
- Renovables: se regeneran a escala humana (solar, eólica, hidráulica, biomasa, mareomotriz). La explotación debe respetar la tasa de regeneración.
- Inagotables (en la práctica): solar, eólica, mareomotriz, geotérmica de baja entalpía.
Reserva vs recurso El recurso es el total estimado; la reserva es la parte económicamente explotable hoy.
2. Yacimientos minerales
Yacimiento
Concentración anómala de un mineral o roca que hace rentable su extracción. Se mide por la ley (% del elemento útil).
Génesis principal
- Magmáticos: cromita y platino en magmas básicos.
- Hidrotermales: sulfuros (Cu, Pb, Zn) precipitados desde fluidos calientes. Faja Pirítica Ibérica (Huelva/Sevilla).
- Sedimentarios: bauxita, evaporitas, fosfatos, hierro bandeado.
- Residuales: lateritas (Ni, Al) por meteorización tropical.
- Placeres: concentración por arrastre de partículas pesadas (Au, Sn).
3. Recursos hídricos
Acuífero
Formación geológica permeable que almacena y deja circular el agua. Definido por porosidad y permeabilidad.
Tipos
- Libres: el techo es la zona no saturada (atmósfera).
- Confinados: limitados por capas impermeables, suelen estar a presión.
- Colgados: sobre una capa impermeable encima del freático regional.
Sobreexplotación
Tasa de extracción > tasa de recarga: descenso del nivel freático, intrusión salina (acuífero del Campo de Dalías, Almería), subsidencia del terreno.
4. Gradiente geotérmico
Gradiente
Aumento de temperatura con la profundidad. Media continental: \(\approx 3\;\text{°C}/100\;\text{m}\) (30 °C/km). Mayor en zonas volcánicas (puede superar 100 °C/km).
Cálculo
\(T(z) = T_0 + g\cdot z\), donde \(g\) es el gradiente (°C/m) y \(T_0\) la temperatura superficial.
Usos geotérmicos
- Baja entalpía (<100 °C): climatización, agua caliente.
- Media entalpía (100-150 °C): calefacción urbana, balnearios.
- Alta entalpía (>150 °C): generación eléctrica (Islandia, Larderello).
5. Combustibles fósiles
Carbón
Proviene de masas vegetales sepultadas. Rango: turba → lignito → hulla → antracita (mayor C, mayor poder calorífico).
Petróleo y gas natural
Restos de plancton marino transformados en hidrocarburos. Necesitan roca madre + roca almacén + roca sello + trampa.
Impactos Emisiones de CO₂ (efecto invernadero), SO₂ (lluvia ácida), NOₓ, vertidos petrolíferos. Son no renovables: reservas estimadas en décadas (petróleo) a siglos (carbón).
6. Energías renovables
Solar fotovoltaica
Convierte radiación en electricidad. Irradiación media en Andalucía: ≈ 1 800-2 000 kWh/m²·año. Producción anual ≈ irradiación × η × superficie.
Eólica
Potencia teórica máxima por área barrida: \(P = \tfrac{1}{2}\rho A v^3\). Límite de Betz: \(\eta_{\max}=16/27 \approx 59{,}3\,\%\).
Hidráulica
\(P = \rho g Q h \cdot \eta\) (potencia útil en W), siendo Q el caudal (m³/s) y h el salto (m).
Otras
Biomasa, mareomotriz, undimotriz, geotérmica. Cada una con sus ventajas y limitaciones de localización.
7. Errores frecuentes
1. Confundir reserva con recurso (reserva = lo que es rentable hoy).
2. Olvidar que las renovables tienen también impactos (avifauna, paisaje, ocupación del suelo).
3. Pensar que el gradiente geotérmico es uniforme: varía mucho según el contexto tectónico.
4. Confundir acuífero libre con confinado (el confinado tiene techo impermeable).
5. Olvidar el límite de Betz en cálculos eólicos (η_máx ≈ 59,3 %).
Problemas resueltos paso a paso
PEvAU — Temperatura a profundidad 2019OrdinariaMedio
En una zona con gradiente geotérmico de 30 °C/km y temperatura superficial de 15 °C, ¿qué temperatura habrá a 4 km de profundidad?
1
ΔT = g·z = 30 · 4. ¿Cuántos °C aumenta?
2
T(z) = T₀ + ΔT = 15 + 120. ¿Cuánto vale T?
Ver solución completa
\(T(z) = 15 + 30\cdot 4 = \mathbf{135\;°C}\). Útil para geotermia de media entalpía.
PEvAU — Potencia de un aerogenerador 2022OrdinariaAlta
Un aerogenerador con radio de palas 30 m está expuesto a un viento de 10 m/s. Calcula la potencia teórica máxima aprovechable (límite de Betz). Densidad del aire ρ = 1,225 kg/m³.
1
Área barrida A = π·r² = π·30². ¿Cuántos m²?
2
Potencia teórica P = ½·ρ·A·v³ = 0,5·1,225·2827·10³. ¿Cuántos W?
3
P_máx = (16/27)·P_teórica. Pon en kW.
Ver solución completa
\(A = \pi r^2 = \pi\cdot 30^2 = 2\,827{,}4\;\text{m}^2\).
\(P_\text{teo} = \tfrac{1}{2}\rho A v^3 = 0{,}5\cdot 1{,}225\cdot 2\,827{,}4\cdot 1000 = 1{,}731\times10^6\;\text{W} = 1\,731\;\text{kW}\).
Aplicando Betz: \(P_\text{máx} = \tfrac{16}{27}\cdot 1731 = \mathbf{\approx 1\,026\;kW}\).
\(P_\text{teo} = \tfrac{1}{2}\rho A v^3 = 0{,}5\cdot 1{,}225\cdot 2\,827{,}4\cdot 1000 = 1{,}731\times10^6\;\text{W} = 1\,731\;\text{kW}\).
Aplicando Betz: \(P_\text{máx} = \tfrac{16}{27}\cdot 1731 = \mathbf{\approx 1\,026\;kW}\).
3. Gradiente geotérmico — profundidad
Gradiente 30 °C/km, T₀ = 15 °C. T a 6 km.
1
\(T=T_0+g\cdot h\).
4. Acuífero · caudal Darcy
Darcy: \(Q=K\cdot i\cdot A\) con K=10 m/día, i=0,01, A=200 m². Q en m³/día.
1
Producto K·i·A.
5. Potencia hidroeléctrica
Salto h=80 m, caudal Q=5 m³/s, η=0,85. P en kW. ρ=1000.
1
\(P=\rho g Q h\eta\) en W.
2
Pasa a kW.
6. Producción FV anual
Panel de 350 W·h con 5 h sol-equivalentes/día. Energía anual (kWh).
1
0,35 kW · 5 h · 365.
7. Densidad reserva petróleo
Yacimiento con 5·10⁹ m³ y FRP 30 %. Reserva recuperable en m³.
1
0,30 · 5·10⁹.
8. Eolico — potencia Betz
Rotor R=40 m, v=8 m/s, Cp=0,40. P en kW. ρ=1,225.
1
\(A=\pi R^2\) en m².
2
\(P=\tfrac12\rho A v^3 C_p\) en W.
3
Pasa a kW.
9. Solar térmica · área colectora
ACS familia 4: demanda 8 kWh/día. Irradiación 5 kWh/m²/día, η=0,55. Área m².
1
Área = 8 / (5·0,55).
10. Mineralización de un acuífero
Concentración 600 mg/L y bombeo 50 L/s durante 24 h. Sal extraída en kg.
1
Volumen (L) 50·86400.
2
Masa (mg) 600·V = mg → kg.
11. Combustión gas natural
Quema 100 m³ gas natural con PCI 39 MJ/m³. Energía (MJ).
1
100·39.
12. Recurso geotérmico de baja entalpía
Pozo a 2 km con T_pozo=85 °C, T_red=40 °C, caudal 3 L/s. Potencia térmica (kW) con c=4,18 kJ/kg·K.
1
\(\Delta T\) en K.
2
\(P=\dot m c\Delta T\) (m=ρV) en kW.
13. Ciclo combinado — rendimiento
Gas η_t=38 %, vapor η_s=33 % del calor residual. Rendimiento global %.
1
0,38 + 0,62·0,33.
14. Hidrógeno verde · electrólisis
Electrólisis a 4,5 kWh/Nm³ H₂. Producir 100 Nm³ ⇒ energía (kWh).
1
100·4,5.
15. Tarifa eléctrica anual
Consumo 4 200 kWh/año a 0,18 €/kWh. Coste anual.
1
4 200·0,18.
Test de autoevaluación
1. El límite de Betz para aerogeneradores vale:
2. Un acuífero confinado se diferencia de uno libre en que:
3. La Faja Pirítica Ibérica es un ejemplo de yacimientos de tipo:
4. El gradiente geotérmico continental medio es de aproximadamente:
5. La sobreexplotación de un acuífero costero suele provocar:
Simuladores
Gradiente geotérmico
Cómo varía la temperatura con la profundidad para distintos gradientes.
Aerogenerador (Betz)
Ajusta radio de palas y viento. Curva P(v) con v³ y Betz.
Banco de exámenes (Geología y CCAA)
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