Índice
1. Definición de energía; 2. Trabajo y Calor; 3. Unidades de la energía; 4. Fuentes de energía; 5. Energía de los combustibles fósiles; 6. Energía nuclear de fisión; 7. Energía nuclear de fusión; 8. Energía Hidraúlica; 9. Energía Eólica; 10. Energía Solar; 11. Energía de la Biomasa; 12. Energía Mareomotriz; 13. Energía Geotérmica.
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Definición de energía
La energía es una propiedad de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éste puede transformarse, modificando su estado o posición, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación.La energía puede tener distintos orígenes y, dependiendo de ellos se le denomina de una forma u otra:
- Energía cinética: Asociada al movimiento de los cuerpos
- Energía potencial: Asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas.
- Energía interna: Asociada a la temperatura de los cuerpos.
- Energía luminosa: Asociada a la radiación solar.
- Energía nuclear: Asociada a los procesos de fusión (unión de núcleos) o fisión (ruptura de núcleos) que tienen lugar en el interior de los átomos.
La energía presenta tres propiedades básicas:
- La energía total de un sistema aislado se conserva.
Por tanto en el Universo no puede existir creación o desaparición de energía. - La energía puede transmitirse (transferirse) de unos cuerpos, o sistemas materiales, a otros.
- La energía puede transformarse de unas formas a otras.
Trabajo y Calor
La energía puede transferirse entre los sistemas. Dicha transferencia se produce mediante interacciones entre los cuerpos o sistemas provocando cambios en los mismos.
Las interacciones pueden ser diferentes y, por tanto, los cambios o transformaciones que producen también.- Interacción mecánica: Trabajo.
En los siguientes ejemplos, se produce una interacción de carácter mecánico:
La grúa ejerce una fuerza sobre el cuerpo que sostiene, pudiéndolo subir o bajar una determinada altura. El hombre que empuja el trineo por la nieve, ejerce una fuerza sobre el mismo y le produce un desplazamiento.
Cuando la interacción es de tipo mecánico, es decir, mediante la actuación de una fuerza, como en los ejemplos citados, la transferencia de energía entre un cuerpo y otro se denomina TRABAJO.
Mientras se realiza trabajo sobre un cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en tránsito.
- Interacción térmica: Calor.
Cuando interaccionan dos cuerpos o sistemas que se encuentran a distintas temperaturas, como en los ejemplos de las fotos, la transferencia de energía que se produce se denomina calor.
El calor es energía en tránsito, es decir, energía que siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera. En los ejemplos anteriores, el agua o el refresco (mayor temperatura) ceden energía al hielo (menor temperatura). La consecuencia es que el agua o el refresco bajan su temperatura."En el lenguaje cotidiano" decimos que el agua "se enfría".
De manera inversa, el Sol, en el otro ejemplo, (mayor temperatura) transfiere energía al agua del mar (menor temperatura) y el agua aumenta su temperatura o, como se suele decir, "se calienta".
Unidades de la energía
Tanto para la energía como el trabajo y el calor, que son energía en tránsito, se emplea la misma unidad en el Sistema Internacional de unidades (SI) el julio (J) definido como el trabajo realizado por la fuerza de 1 newton cuando se desplaza su punto de aplicación 1 metro.En física nuclear se utiliza como unidad el electrónvoltio (eV) definido como la energía que adquiere un electrón al pasar de un punto a otro entre los que hay una diferencia de potencial de 1 voltio.
Su relación con la unidad del SI es:
1 eV = 1'602 · 10-19 J Para la energía eléctrica se emplea como unidad de producción el kilovatio-hora (kW·h) definido como el trabajo realizado durante una hora por una máquina que tiene una potencia de 1 kilovatio.
1 kW·h = 36 · 105 J Para el calor se emplea también una unidad denominada caloría (cal) que se define como "la energía (calor) necesaria para elevar la temperatura en 1ºC a la masa de 1 gramo de agua pura".
1 cal = 4'186 J Para poder evaluar la calidad energética de los distintos combustibles se establecen unas unidades basadas en el poder calorífico de cada uno de ellos. Las más utilizadas en economía energética son kcal/kg, tec y tep.
- kcal/kg aplicada a un combustible nos indica el número de kilocalorías que obtendriamos en la combustión de 1 kg de ese combustible.
- tec: toneladas equivalentes de carbón. Representa la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla).
1 tec = 29'3 · 109 J - tep: tonelada equivalente de petróleo. Equivale a la energía liberada en la combustión de 1 tonelada de crudo de petróleo.
1 tep = 41'84 · 109 J Entr el tep y el tec existe la equivalencia:
1 tep = 1'428 tec
Fuentes de energía
Llamamos fuente de energía a un sistema natural cuyo contenido energético es susceptible de ser transformado en energía útil.Un aspecto importante a tratar es conocer cuáles son las fuentes que usamos para aprovechar su energía, su utilidad, sus ventajas e incovenientes y su disponibilidad.
Nuestro planeta posee grandes cantidades de energía. Sin embargo, uno de los problemas más importantes es la forma de transformarla en energía utilizable. Las fuentes más buscadas son las que poseen un alto contenido energético y acumulan energía en la menor cantidad de materia posible. Es el caso del petróleo, carbón y gas natural. En otras, por el contrario, se encuentra difusa (solar, eólica, geotérmica, etc)
La mayor parte de las fuentes de energía, salvo la nuclear, la geotérmica y las mareas, derivan del Sol. El petróleo, el gas natural o el viento tienen su origen, aunque lejano, en la energía que proviene del Sol.
Las distintas fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables.
- Renovables. Son aquellas fuentes que no desaparecen al transformar su energía en energía útil.
- No renovables. Es el sistema material que se agota al transformar su energía en energía útil.
FUENTES DE ENERGÍA
RENOVABLES
NO RENOVABLES
- Agua almacenada en los pantanos (energía hidraúlica)
- El Sol (energía solar)
- El viento (energía eólica)
- La biomasa
- Las mareas (energía mareomotriz)
- Las olas
- Combustibles fósiles:
Carbón, Petróleo, Gas Natural. - Geotérmica
- Uranio (energía nuclear de fisión)
Energía de los combustibles fósiles
Es la energía asociada al uso del carbón, gas natural y petróleo. La forma de energía que poseen los combustibles fósiles es energía interna, que podemos aprovechar a partir de las reacciones de combustión.
Se puede transformar en lo que habitualmente se denomina energía térmica (calefacción), energía eléctrica, energía cinética (a través de los motores de combustión interna), etc. Es utilizada en multitud de aplicaciones domésticas e industriales.
VENTAJAS
INCONVENIENTES
- Facilidad de extracción
- Tecnología bien desarrollada
- Además de fuente de energía, en los procesos de separación, se proporcionan materias primas para la industria química, medicina, alimentación,...
- No renovable. Se estima que, al ritmo de consumo actual, las reservas se agotarán en menos de 100 años.
- Transporte caro
- Difícil almacenamiento
- Provoca graves problemas ambientales: efecto invernadero, lluvia ácida...
- Es un desperdicio destinar a ser quemados materiales que son materias primas para la industria química, medicina, alimentación, etc.
Energía nuclear de fisión
Es la energía asociada al uso del uranio. La forma de energía que se aprovecha del uranio es la energía interna de sus núcleos.
Se transforma en energía eléctrica. Una parte importante del suministro de energía eléctrica en los paises desarrollados tiene origen nuclear.
VENTAJAS
INCONVENIENTES
- Grandes reservas de uranio
- Tecnología bien desarrollada
- Gran productividad. Con pequeñas cantidades de sustancia se obtiene gran cantidad de energía.
- Aplicaciones pacíficas y médicas
- Alto riesgo de contaminación en caso de accidente
- Producción de residuos radiactivos peligrosos a corto y largo plazo
- Difícil almacenamiento de los residuos producidos
- Alto coste de las instalaciones y mantenimiento de las mismas
- Posibilidad de uso no pacífico
Energía Nuclear de Fusión
Recibe el nombre de fusión nuclear la reacción en la que dos núcleos muy ligeros (hidrógeno) se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía. Para que tenga lugar la fusión, los núcleos cargados positivamente, deben aproximarse venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. La energía cinética necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se suministra en forma de energía térmica (fusión térmica)
La energía del Sol es un ejemplo de este tipo de energía. Actualmente se intentan reproducir los mismos procesos de fusión que ocurren en el Sol, pero de forma controlada.
El aprovechamiento por el hombre de la energía de fusión pasa por la investigación y desarrollo de sistema tecnológicos que cumplan dos requisitos fundamentales: calentar y confinar. Calentar para conseguir un gas sobrecalentado (plasma) en donde los electrones salgan de sus órbitas y donde los núcleos puedan ser controlados por campos magnéticos.
Confinar, para mantener la materia en estado de plasma o gas ionizado, encerrada en la cavidad del receptor el tiempo suficiente para que pueda reaccionar.
VENTAJAS
INCONVENIENTES
- Escasa contaminación
- Recursos prácticamente ilimitados
- Dificultad del desarrollo tecnológico necesario. Actualmente se encuentra en fase de investigación y desarrollo.
- No se ha establecido aún si origina residuos peligrosos.
Energía Hidraúlica
Es la energía asociada a los saltos de agua rios y embalses La forma de energía que posee el agua de los embalses es energía potencial gravitatoria, que podemos aprovechar conduciéndola y haciéndola caer por efecto de la gravedad.
Se puede transformar en energía mecánica en los molinos de agua y en energía eléctrica en las centrales hidroeléctricas.
VENTAJAS
INCONVENIENTES
- Es una energía limpia
- No contaminante
- Su transformación es directa
- Es renovable
- Imprevisibilidad de las precipitaciones
- Capacidad limitada de los embalses
- Impacto medioambiental en los ecosistemas
- Coste inicial elevado (construcciones de grandes embalses)
- Riesgos debidos a la posible ruptura de la presa
Energía Eólica
Es la energía asociada al viento. La forma de energía que posee es la energía cinética del viento, que podemos aprovechar en los molinos, en la navegación a vela,...
Se puede transformar en energía mecánica en los molibos de vientos o barcos de vela, y en energía eléctrica en los aerogeneradores.
VENTAJAS
INCONVENIENTES
- Limpia
- Sencillez de los principios aplicados
- Conversión directa
- Empieza a ser competitiva
- Intermitencia de los vientos
- Dispersión geográfica
- Impacto ambiental sobre ecosistemas
- Generación de interferencias
- Tecnología en desarrollo
- Dificultad de almacenamiento
Energía Solar
Es la energía asociada a la radiación solar. La forma de energía que posee el Sol es energía nuclear interna que se transforma en la energía que emite mediante procesos de fusión. El Sol emite sin cesar lo que se llama energía radiante o, simplemente, radiación.
Se transforma en lo que habitualmente se denomina energía térmica y en energía eléctrica. Se puede realizar directamente (fotovoltaica) o indirectamente.
VENTAJAS
INCONVENIENTES
- Limpia
- Sencillez de los principios aplicados
- Conversión directa
- Empieza a ser competitiva
- Grandes variaciones en el tiempo de irradiación
- Es aprovechable sólo en algunas partes del planeta
- Necesidad de grandes superficies de captación para su aprovechamiento a gran escala
- Tecnología en desarrollo
- Dificultad de almacenamiento
Energía de la Biomasa
Es la energía asociada a los residuos orgánicos generados en la transformación de productos agrícolas, forestales y a los residuos sólidos urbanos. Se trata de aprovechar la energía interna de estos residuos. También se cultivan grandes superficies específicamente para producir biomasa. Se puede transformar en combustibles sólidos (carbón vegetal), líquidos (alcohol y otros) y gaseosos (biogás). De su combustión se puede obtener energía eléctrica.
VENTAJAS
INCONVENIENTES
- Favorece el reciclaje de residuos urbanos
- Contribuye a una mejor limpieza de los bosques y como consecuencia previene incendios forestales
- Aprovecha ciertos terrenos que no son válidos para otros cultivos.
- Necesidad de grandes superficies de cultivo
- Tecnología en desarrollo
