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:
La energía presenta tres propiedades básicas:
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".
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
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 |
|
|
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 |
|
|
VENTAJAS |
INCONVENIENTES |
|
|
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 |
|
|
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 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. |
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 |
|
|
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 |
|
|
Energía Mareomotriz
Es la energía asociada a las mareas provocadas por la atracción gravitatoria del Sol y principalmente de la Luna. Se transforma en energía eléctrica. |
VENTAJAS |
INCONVENIENTES |
|
|
Energía Geotérmica
Es la energía interna y cinética asociada al vapor de agua que sale directamente a la superficie en zonas volcánicas y al aumento de temperatura que se produce conforme profundizamos en la superficie terrestre. Se transforma en energía eléctrica o en energía térmica para calefacción. |
VENTAJAS |
INCONVENIENTES |
|
|
Generadores
La energía eléctrica se produce en los aparatos llamados generadores o alternadores. Un generador consta, en su forma más simple de: Una espira que gira impulsada por algún medio externo. Un campo magnético uniforme, creado por un imán, en el seno del cual gira la espira anterior.
Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía (hidraúlica, térmica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada.
Central eléctrica
Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica. En general, la energía mecánica procede de la transformación de la energía potencial del agua almacenada en un embalse; de la energía térmica suministrada al agua mediante la combustión del carbón, gas natural, o fuel, o a través de la energía de fisión del uranio.
Para realizar la conversión de energía mecánica en eléctrica, se emplean unos generadores, más complicados que los que acabamos de ver en la pregunta anterior, que constan de dos piezas fundamentales:
Como hemos visto la turbina es la encargada de mover el rotor del generador y producir la corriente eléctrica. La turbina a su vez es accionada por la energía mecánica del vapor de agua a presión o por un chorro de agua. Todas las centrales eléctricas constan de un sistema de "turbina-generador" cuyo funcionamiento básico es, en todas ellas, muy parecido, variando de unas a otras la forma en que se acciona la turbina, o sea, dicho de otro modo en que fuente de energía primaria se utiliza, para convertir la energía contenida en ella en energía eléctrica.
Las centrales hidroeléctricas se construyen en los cauces de los ríos,
creando un embalse para retener el agua. Para ello se construye un muro
grueso de piedra, hormigón u otros materiales, apoyado generalmente en
alguna montaña.
La masa de agua embalsada se conduce a través de una
tubería hacia los álabes de una turbina que suele estar a pie de presa, la
cual está conectada al generador. Así, el agua transforma su energía
potencial en energía cinética, que hace mover los álabes de la turbina.
Las denominadas termoeléctricas clásicas son de: carbón, de fuel o gas natural. En dichas centrales la energía de la combustión del carbón, fuel o gas natural se emplea para hacer la transformación del agua en vapor. Una central térmica clásica se compone de una caldera y de una turbina que mueve al generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.
Centrales Nucleares
Una central nuclear es una central térmica. La diferencia fundamental entre las centrales térmicas nucleares y las térmicas clásicas reside en la fuente energética utilizada. En las primeras, el uranio y en las segundas, la energía de los combustibles fósiles. Una central nuclear es, por tanto, una central térmica en la que actúa como caldera un reactor nuclear. La energía térmica se origina por las reacciones de fisión en el combustible nuclear formado por un compuesto de uranio. El combustible nuclear se encuentra en el interior de una vasija herméticamente cerrada. El calor generado en el combustible del reactor y transmitido después a un refrigerante se emplea para producir vapor de agua, que va hacia la turbina, transformándose su energía en energía eléctrica en el alternador.
La fisión nuclear es un proceso por el cual los núcleos de ciertos elementos químicos pesados se fisionan (se rompen) en dos fragmentos por el impacto de una partícula (neutrón), liberando una gran cantidad de energía con la que se obtiene, en la central nuclear, vapor de agua.
Las reacciones nucleares de fisión fueron descubiertas por O. Hahn y F. Strassman en 1938. Sólo dos isótopos del uranio y uno del plutonio cumplen las condiciones necesarias para ser utilizados en las reacciones de fisión: el uranio-233, el uranio-235 y el plutonio-239. De ellos, sólo el segundo se encuentra en la naturaleza y en muy pequeñas cantidades, el 0'7% del uranio natural. Los otros dos se obtienen artificialmente.
Centrales Solares
Una central solar es aquella instalación en la que se aprovecha la radiación solar para producir energía eléctrica. Este proceso puede realizarse mediante dos vías:
Centrales Eólicas
Una central eólica es una instalación en donde la energía cinética del viento se puede transformar en energía mecánica de rotación. Para ello se instala una torre en cuya parte superior existe un rotor con múltiples palas, orientadas en la dirección del viento. Las palas o hélices giran alrededor de un eje horizontal que actúa sobre un generador de electricidad: son los Aerogeneradores.A pesar de que aproximadamente un 1% de la energía solar que recibe la Tierra se transforma en movimiento atmosférico, esta energía no se distribuye uniformemente, lo que limita su aprovechamiento. Existen además limitaciones tecnológicas para alcanzar potencias superiores a un megavatio, lo cual hace que su utilidad esté muy restringida. Una central eólica no es más que un conjunto de aerogeneradores.
Centrales Geotérmicas
Una central geotérmica son unas instalaciones que aprovecha la energía geotérmica para producir energía eléctrica. Una central geotérmica no es nada más que una central térmica en la que la caldera ha sido reemplazada por el reservorio geotérmico y en la que la energía es suministrada por el calor de la Tierra, en vez del petróleo u otro combustible.
Javier de Lucas