Energía

Ciencia. Física. Tipos. Movimiento. Principio de conservación. Fuentes de energía. Energía potencial, cinética, elástica, térmica, química, eléctrica, magnética, nuclear, eólica, solar, hidráulica. Manifestación. Transferencia. Fuentes alternativas

  • Enviado por: Nestor Marmo
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La definición de e. es el resultado de una larga tarea, que ha llevado a incluir bajo este concepto 0fenómenos muy diferentes. En una primera aproximación puede definirse como la capacidad de un sistema para llevar acabo un trabajo. La primera forma de e. que se reconoció como tal(es decir, como capaz de realizar un trabajo) fue la e. mecánica, tanto cinética como potencial. El hecho de que un cuerpo sólido en movimiento, al golpear a otro, haga que este último se desplace o se deforme, realizando un trabajo, es un dato de experiencia cotidiana que, con bastante probabilidad, fue objeto de meditación ya en época remota y que los antiguos griegos estudiaron detalladamente. El agua en movimiento se conduce de la misma forma que un sólido, transmitiendo su energía propia a una rueda hidráulica; lo mismo sucede con el aire en movimiento(viento), que puede impulsar una embarcación o mover las aspas de un molino. En la antigüedad clásica se llegó incluso a estudiar la capacidad que posee un cuerpo(que se encuentre a cierta distancia del suelo) para realizar un trabajo en virtud de su posición en el espacio, o sea de la e. potencial que posee. Aunque el fuego haya sido una de las primeras conquistas fundamentales de la humanidad, el estudio de la e. térmica se deba casi exclusivamente a la ciencia moderna. El carácter misterioso del fuego, considerado durante mucho tiempo como sobrenatural, si bien permitió utilizar la luz y el calor producidos por la combustión, evitó que se le diese una interpretación científica. No es posible considerar los ingenios pasatiempos de Heron de Alejandría como un paso decisivo en la comprensión de la naturaleza del calor; aunque su eolípila (prototipo de la turbina de reacción) pusiera de manifiesto que el calor se transforma de algún modo en movimiento( y por lo tanto puede suministrar trabajo), no logró, sin embargo, impulsar la realización de indagaciones más profundas para hallar una explicación a este hecho. Hay que esperar hasta el siglo XVI, con las clásicas observaciones del conde de Rumford (Benjamín Thompson) sobre el calor que se produce por rozamiento durante la perforación de cañones, para dejar sentada con precisión la posibilidad de transformar la e. mecánica en calor. Es útil hacer aquí hincapié acerca de las consideraciones que condujeron a B. Thompson a suponer que el calor era una forma de energía al perforar los cañones estos se calentaban, y por otra parte la e. mecánica empleada en dicha operación desaparecía por completo; habría pues que suponer que reaparecía en forma del “calentamiento” producido en el metal del cañón si no se quería admitir que la energía mecánica había desaparecido. Los primeros intentos de construcción de máquinas de vapor demostraron las posibilidades recíprocas, o sea de transformar calos en e. mecánica. Pero sólo a mediados del siglo XVIII, y gracias a los importantes trabajos de Mayer, Joule y Clausius, se estableció la equivalencia de e. mecánica y e. térmica, y se determino cuantitativamente su relación de conversión. En las décadas siguientes, la teoría cinética de los gases interpretó la e. térmica en términos de e. mecánica, atribuyéndola al movimiento de agitación de las partículas que constituyen un sistema. A comienzos del siglo XVIII se empezó a estudiar sistemáticamente otros dos tipos de energía: la e. eléctrica y la e. química. Se estableció su recíproca convertibilidad por medio del estudio de las pilas(en las cuales la e. química se trasforma en e. eléctrica) y de los procesos electrolíticos(en los que la e. eléctrica se transforma en e. química); estos procesos permitieron que se estableciera una relación cuantitativa entre la magnitud de los procesos químicos y las cantidades de e. eléctrica. La observación de que tanto la e. eléctrica como la e. química se transforma en calor permitió que se extendiesen también a ellas las consideraciones válidas para las otras formas de e. Así mismo, la observación de los fenómenos electromagnéticos puso de manifiesto la existencia de un vínculo entre e. magnética y e. eléctrica en las propiedades de las ondas electromagnéticas, pareció completar un cuadro unitario de las distintas formas de e., recíprocamente transformarles unas en otras, y la suma de las cuales permanecen constantes en un sistema aislado.

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

El principio de éste nombre es de gran importancia en la ciencia y encontramos ejemplos de él por doquier. Consideramos los hechos siguientes: si desde lo alto de un edificio de altura suficiente dejamos caer una bola de plomo, ésta se mueve con velocidad cada vez mayor hasta que choca con el suelo; si recogemos la bola observamos que ésta se ha calentado algo. Este proceso puede explicarse de la siguiente forma: cuando la bola estaba en lo alto del edificio tenia una capacidad (e. potencial)para adquirir velocidad, transformándose dicha e. potencial en otra forma de e. que posee la bola por estar cayendo(e. Cinética); finalmente, al pararse la bola en el choque con el suelo, la e. cinética se ha convertido en calor(e. Térmica) Diremos, pues, que la e. De la bola se ha conservado en todo el proceso, cambiando de una forma a otra: de e. potencial a cinética en el recorrido por el aire y de cinética a térmica en el choque. La e., pues, no puede desaparecer en ningún proceso natural. El descubrimiento de la radiactividad y la comprobación de que en los fenómenos radioactivos se desarrollan cantidades extraordinariamente grandes de calor pareció poner en discusión este principio fundamental en los primeros años de nuestro siglo. La convertibilidad recíproca de masa y e., que era sostenida por la teoría de la relatividad, permitió superar todas las artificiosas hipótesis que se formulaban para explicar el origen de la e. que aparece en los procesos radioactivos. Gracias a Einstein, a principios de nuestro siglo se llegó a esta ulterior generalización formulándose la ley de la equivalencia entre masa y e., que se expresa en la fórmula fundamental E = mc2, que significa que cuando una partícula de masa m desaparece en la naturaleza, aparece en su lugar una cantidad de e. E, cuyo valor nos lo da la anterior fórmula, donde c es la velocidad de la luz (c = 300.000 Km. / seg.). Así, el principio de conservación de la e. se convirtió en una parte del principio más general de la conservación de la masa-energía. Las dificultades que encontró en sus intentos de explicar algunos fenómenos de la radiación del cuerpo negro recurriendo a la teoría maxwelliana indujeron al físico alemán Max Planck a enunciar en 1900 la hipótesis cuántica: la e. tendría un carácter discontinuo y estaría distribuida en cuantos. Así, una onda de radio de frecuencia f no contiene su e. (e. electromagnética) de una forma continua, sino en forma de “haces” o “paquetes”, llamados cuantos; La e. que tiene uno de estos cuantos viene dada por la fórmula E = hf, donde h es una constante de Planck (h =5,6243x10 ergios-segundos) Esto tiene el profundo significado siguiente: si la onda contiene, por ejemplo, un millón de estos cuantos y su e. aumenta, lo menos que puede hacerlo es pasando atener un millón y un cuanto más, pero no un millón y medio cuanto más de e. más gratificante, esto lo expresamos diciendo que la e. sólo puede variar por “saltos”, siendo el cuanto el “salto” más pequeño.

Actualmente, e. y materia son para nosotros como dos tipos de manifestación de la realidad física. La e. aparece siempre en forma corpuscular, tanto si se presenta bajo forma de cuantos sin masa (existentes sólo en movimiento, a la velocidad de la luz) como si aparecen en forma de corpúsculos provistos de masa en reposo (partículas materiales propiamente dichas) Las relaciones de equivalencia entre las distintas formas de e. podrían inducirnos a pensar que cada una de las diversas formas sea convertible en las otras, íntegramente y sin ninguna limitación. Pero esto en realidad no sucede, y una parte más o menos grande de e. se transforma en calor; por ejemplo, al transformarse la e. eléctrica en e. mecánica, el rendimiento no es del 100%, puesto que se pierde una parte de e. eléctrica en forma de calor por el efecto Joule; además, no se puede utilizar como trabajo toda la e. mecánica que se aplica, ya que se desperdicia una parte de ella en forma de calor a causa de los rozamientos. Se aprecia en estos ejemplos - aunque esta consideración se pueda generalizar - una tendencia de las distintas formas de e. al transformarse espontáneamente en calor. Este proceso no es reversible, ya que el calor sólo se transforma en otras formas de e. en condiciones muy especiales y siempre con un rendimiento más bien bajo. La discusión teórica de este hecho y su validez empírica han llevado a enunciar un principio de degradación de la e., según el cual toda e. tiende a transformarse en calor, no utilizable posteriormente de acuerdo con un proceso irreversible. La transformación en calor de toda la e. existente en el universo, proceso que se va realizando lentamente, tendría como consecuencia la <<muerte térmica>> de nuestros cosmos, al no poderse recuperara este calor degradado en formas de e. útiles para la vida.

Fundándose en las causas que la producen, se distinguen distintos tipos de e., estos son principalmente: e. potencial, cinética, elástica, térmica, química, eléctrica, magnética y nuclear. La e. tiene las mismas dimensiones físicas que un trabajo y se mide con las mismas unidades de este ultimo. En el sistema CGS, la e. se mide en erguios, siendo un ergio igual a la fuerza de una DINA por un desplazamiento de un centímetro, en el sistema MKS, la e. se mide en julios, siendo un joule igual a la fuerza de un newton por un desplazamiento de un metro; El kilográmetro es equivalente al trabajo necesario para levantar 1 Kg. de peso a la altura de 1m. Se atribuye convencionalmente signo positivo a la energía producida por el sistema, y signo negativo a la consumida por él; así, al dar una patada a un balón le comunicamos a éste e. de movimiento, que será positiva; en cambio, chocar este balón con otro, perderá parte de su e., que la comunicará al último, teniendo éste parte de e. signo negativo para el primer balón.

FUENTES DE ENERGÍA

Entre las principales fuentes de e. en la naturaleza podemos encontrar las siguientes:

  • Energía potencial: Se debe exclusivamente a la posición del cuerpo o del sistema considerado. El ejemplo más conocido y accesible de e. potencial es el de un cuerpo que se encuentra a cierta distancia del suelo; dada su posición, el cuerpo está en condiciones de realizar trabajo apenas se deje caer en caída libre. En este caso, a medida que el cuerpo cae, disminuye su e. potencial; teóricamente, ésta sería mínima sólo cuando el cuerpo alcanzase el centro de la tierra, pero en la práctica la corteza terrestre o el fondo del mar son obstáculos que convierten a la e. potencial en inoperante. El caso de un cuerpo que se halle en un campo electroestático es análogo al de un cuerpo que se halle en un campo gravitatorio; también la carga, según su posición propia, posee e. potencial. Así es un hecho de observación diaria en la pantalla de un televisor; la producción de luz en ella es debida a que los electrones emitidos por un filamento caliente adquieren e. eléctrica, dentro de un campo eléctrico, la cual finalmente se transforma en luz. Es particularmente interesante el hecho de que, tanto en un campo gravitatorio como en uno eléctrica, la cantidad de trabajo producido a expensas de la energía potencial no depende de la trayectoria que siga el cuerpo, sino exclusivamente de su posición inicial y final. Recíprocamente, el trabajo realizado para aumentar la e. potencial depende solamente de la posición inicial y final. En la naturaleza todos los sistemas para encontrarse en equilibrio tienden a poseer un mínimo de energía potencial. Así las piedras ruedan de las cumbres de las montañas a los valles, las aguas de un río se deslizan desde su nacimiento a un nivel más bajo, el mar, los núcleos radioactivos emiten energía para ser más estables, etc.

  • Energía cinética: También llamada impropiamente “fuerza viva” según antiguas denominaciones, es la energía que posee una masa en movimiento. La e. cinética de un cuerpo en movimiento halla su expresión más compleja en una fórmula del tipo

E = mv2 + Iw2

  • 2

en la que el primer término del segundo miembro represente la conocida expresión de la

e. cinética de un cuerpo animado por un movimiento de traslación, y el segundo

término expresa la e. cinética corresponde al movimiento de rotación del cuerpo; I

representa la cantidad de inercia, y w la velocidad angular. Un ejemplo lo tenemos en él

Caso de la rueda de un automóvil en marcha: la rueda tiene una energía por trasladarse de

posición (1/2 m.v2, donde m es la masa de la rueda y v es la velocidad con que se mueve el

coche), y una e. por rodar simplemente (1/2 Iw2, donde I es el momento de inercia de

la rueda y w es su velocidad angular, que viene dada por la fórmula w = v/r siendo R el radio de la rueda. Si el cuerpo no tiene movimiento de rotación desaparece el segundo sumando y se tiene

E = mv2

2

En el caso de un cuerpo que adquiere e. cinética a expensas de su energía potencial, sino hay rozamiento la suma total de e. cinética y de e. potencial permanece constante. Esto equivale a decir que la e. cinética aumenta en el mismo porcentaje que disminuye la e. potencial. A la inversa, si se imagina una roca lanzada hacia arriba, se intuye fácilmente que medida que se aleja del suelo crece su e. potencial, mientras su cinética disminuye. El punto culminante de la trayectoria, la energía potencial alcanzará su punto máximo, mientras que la e. cinética será nula al ser nula la velocidad del cuerpo en ese preciso instante a partir del cual la piedra comienza a caer, adquiriendo e. cinética en menoscabo de la e. potencial. Se pueden hacer análogas consideraciones para el caso de una carga en movimiento bajo el influjo de un campo electroestático; en su desplazamiento desde los puntos de potencial más elevado a los de potencial más bajo la carga adquiere e. cinética y pierde e. potencial; este es el caso del tubo de televisión citado anteriormente, en el que los electrones son puestos en movimiento por la acción de un campo eléctrico, adquiriendo e.cinética en igual cantidad que pierden su energía potencial eléctrica.

  • Energía elástica: La e.elástica tiene como causa la tendencia de un cuerpo a volver a su configuración primitiva, después de haber sufrido una deformación. Cuando estiramos una goma realizamos un cierto trabajo, gastando una determinada en muscular; como esta energía no puede desaparecer queda almacenada en la goma estirada. Esta e. elástica de la goma estirada puede convertirse en energía cinética, como sucede en el caso de los tiragomas de los niños, en que la e. elástica de la goma pone en movimiento una piedra. Es interesante señalar que las primeras máquinas de acumulación de la energía utilizaban e. elástica.

  • Energía térmica: Denominación del calor, que pone de relieve el hecho de que este es una forma de e. Teniendo en cuenta que existe una equivalencia entre el calor y las otras formas de e., ésta última puede expresarse en términos de calor, de acuerdo con las siguientes relaciones de conversión recíproca:

1 caloría = º,4266 Kgr = 4,185 joule =4,185X10 ergios

La e. térmica se puede cambiar en e. mecánica, más exactamente en e. cinética, interpretándola como la resultante del movimiento de agitación de las partículas que constituyen el sistema; esto se puede intuir fácilmente en el caso de un sistema gaseoso. En relación con los otros tipos de e. la térmica es considerada en cierto sentido como una forma inferior, puesto que existen unas determinadas condiciones que limitan su conversión en otras formas de e. mientras que estas otras se transforman espontáneamente en e. térmica. Este hecho se expresa por el principio de degradación de la e.. Sin embargo, y a pesar de que el rendimiento de la transformación de la e. térmica en mecánica o eléctrica no es muy elevado, una gran parte de la energía producida en el mundo se crea a partir de la e. térmica, la cual se obtiene de los combustibles. Estos combustibles pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.

Entre los combustibles sólidos se hallan los carbones. También se usan como medios productores de e. los carbones vegetales y los artificiales. Estos combustibles se emplean o bien para producir movimientos o bien en centrales térmicas productoras de e. eléctrica.

Los combustibles líquidos se emplean cada día con más frecuencia como productores de energía. El petróleo y sus derivados, como la gasolina, el gas-oil y el fuel-oil, se utilizan para producir e. mecánica y e. térmica. Su manipulación y transporte son mucho más cómodo que el de los combustibles sólidos. Su poder calorífico supera al de éstos.

También se utilizan ampliamente como elementos productores de e. los combustibles gaseosos, que tampoco dejan residuos y permiten una distribución sencilla del combustible. En las ciudades, por ejemplo, existen canalizadores de gas llamado de ciudad o del alumbrado que lo transportan hasta el interior de las viviendas.

Además de ser empleados estos combustibles como productores de e. térmica se utilizan sobre todo para producir energía mecánica que posteriormente puede o no transformarse en eléctrica. Un ejemplo del primer caso lo constituyen las máquinas de vapor fijas o de arrastre. En ellas se utiliza el combustible para calentar un recipiente con agua, dicha agua se vaporiza y alcanza grandes presiones; a continuación se instalan mecanismos adecuados que son capaces de transformar la presión del vapor en movimientos rectilíneos o rotatorios. En el primer caso se emplean émbolos de simple o doble efecto, a los que se hace entrar el vapor que comunica su fuerza a un émbolo situado dentro; en el segundo caso, saliendo el vapor a gran velocidad de una tobera llega a los álabes de una rueda especial a la que hace girar. Hoy en día, sin embargo, la mayor producción de vapor se aplica a la producción de e. eléctrica en grandes instalaciones a base de las turbinas de vapor ya descritas. A su vez el vapor puede ser producido, bien por los combustibles tradicionales bien aprovechando el calor generado por la fisión del átomo, proceso que se desarrolla prácticamente en las llamadas centrales atómicas. Dichas centrales están todavía en sus albores, sin embargo se les asigna un gran porvenir en el futuro de la producción de e., si bien al producir dicha e. por medios térmicos su rendimiento no resulta demasiado alto. En el fondo se trata de centrales térmicas, pero que emplean combustibles de peso y volumen extraordinariamente reducidos.

  • Energía química: Es la e. producida en el transcurso de las reacciones químicas. Se atribuye a una forma de e. potencial que posen las distintas sustancias químicas gracias a la cual reaccionan entre sí, según la configuración electrónica de cada una. La e. química se manifiesta por efectos térmicos (por ejemplo en reacciones de combustión), mecanismos eléctricos, electromagnéticos, etc. En el organismo humano tenemos un ejemplo que nos demuestra la existencia de e. en el interior de las moléculas, así, mediante la reacción química de la glucosa con el oxigeno que la sangre lleva a las células musculares (combustión de la glucosa), se produce e. suficiente para mantener la temperatura del cuerpo y para realizar los ejercicios musculares.

  • Energía eléctrica: Se divide en e. electroestática y e. electrocinética. La primera es la e. potencial que corresponde al campo generado por una distribución de cargas eléctricas cualquiera, no estando estas últimas en movimiento unas con respecto a otras. Consideremos dos cargas eléctricas, una positiva y otra negativa. La carga positiva atrae con una cierta fuerza a la negativa y al desplazarse esta última se realiza un trabajo igual a la fuerza por el desplazamiento de la carga. Si la carga negativa se encuentra a 5 metros de la positiva tiene más e. potencial electroestática que cuando se encuentra a 1 metro, puesto que el trabajo que se realiza para trasladarla en el primer caso hasta el lugar que ocupa la positiva es mayor que en el segundo, al ser mayor el desplazamiento. La e. electrocinética es la que está vinculada con el movimiento de las cargas eléctricas; más exactamente la que está vinculada con una corriente eléctrica. La cantidad de e. producida por una corriente de intensidad constante, y que circule entre dos puntos cuyos potenciales respectivos sean V1 y V2, la expresa la fórmula siguiente:

W = (V1 -V2) it

En el caso de que i sea variable, la fórmula se vuelve más compleja, porque es necesario tener en cuenta las variaciones instantáneas de la intensidad. Si se trata de e. eléctrica que puede transformarse en otra forma de e., W posee signo positivo; es negativo en el caso de que el resultado sea la obtención de e. eléctrica que se transforma en calor en un hornillo eléctrico tiene signo positivo, en cambio la que pierde el agua de un salto hidráulico para transformase en eléctrica tiene signo negativo.

  • Energía magnética: Es la e. asociada con los imanes, o con los efectos magnéticos de la corriente eléctrica. Así si colocamos frente a un imán una bola de hierro ésta es atraída por el imán con una fuerza magnética, poniéndose en movimiento, hasta que queda unida al imán; si la bola a adquirido e. cinética, ha debido ser a expensas de una e. que poseía por encontrarse en las inmediaciones del imán, siendo ésta la e. magnética. Análogamente, si colocamos la bolita cerca de una espira por la que circulase una corriente eléctrica, se observaría el mismo fenómeno, debido a la existencia del campo magnético que crea la corriente eléctrica.

  • Energía electromagnética: Es la e. perteneciente a un campo electromagnético y que se propaga por medio de ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz.

  • Energía nuclear: Es la e. ( corrientemente llamada atómica, aunque ésta sea denominación propia) que se libera a lo largo de las transformaciones de los núcleos atómicos. La aplicación moderna más importante de la e. liberada en los núcleos en los procesos nucleares es la de las centrales nucleares. En una central nuclear se transforma la e. nuclear en e. eléctrica dentro de un reactor nuclear. La materia de cuyos núcleos se extrae esta e. es el uranio, por un proceso llamado fisión nuclear, en el cual los núcleos de uranio se “rompen”, produciéndose calor; el proceso de fisión es multiplicativo, verificándose lo que se llama una “reacción en cadena”, que comenzando en unos pocos núcleos acaba por extenderse a toda la masa del uranio. Pero quizá sea en el futuro esta forma de e. superada por otra que cuando se consiga obtener con seguridad y eficacia será la más barata de todas, y que podrá obtenerse con cualquier tipo de materia. Se trata de la e. de fusión nuclear. La fusión nuclear es hasta cierto punto el fenómeno contrario de la fisión, pues consiste en unir o “fisionar” dos núcleos, con desprendimiento de calor. En la actualidad se a conseguido e. de fusión no controlada en las bombas de hidrógeno, en las que la e. se saca de la fusión o unión de los núcleos de hidrógeno. En su aspecto pacífico y verdaderamente científico se investiga en la actualidad en la fusión de los núcleos de helio, gas existente en la atmósfera, utilizando diversas máquinas. Además de las formas de e. que se han examinado existen muchas otras; tienen un gran interés científico la e. cósmica que rodea a la tierra en forma de rayos cósmicos. La e. interna y la e. libre son dos funciones que caracterizan el estado de un sistema termodinámico

  • Energía eólica: La que se obtiene aprovechando la e. cinética de masas de aire en movimiento. Esta forma de aprovechamiento de e. se utilizó desde el comienzo de la civilización en forma de molinos de vientos para extraer agua o moler alimentos o como medio propulsor. Hoy día aún se utiliza en ciertas circunstancias como medio productor de e. eléctrica aunque su utilización viene siempre limitada por la irregularidad de los vientos.

  • Energía solar: Aunque sea el sol la fuente natural más importante de e. recibida por nuestro planeta, su utilización directa por el hombre sólo se ha desarrollada en forma económica durante los últimos años. Las instalaciones son complicadas y costosas; consisten en espejos parabólicos que concentran la luz en puntos en los que se producen fuertes calentamientos. Para menores producciones de e. se emplean las llamadas baterías solares que son capaces de absorber e. solar y de acumularla.

  • Energía hidráulica: Se denomina e. hidráulica a la obtenida aprovechando las diferencias de nivel de las masas de agua. Es un cambio de e. potencial a e. cinética. Se suele construir un canal de derivación por donde el agua circula con pequeño desnivel; cuando la diferencia de cotas del canal y del lecho del río es suficiente se instala una tubería que comunica ambos puertos, y en su parte inferior se instala una turbina, la cual a impulsos de la velocidad adquirida por el agua se pone en movimiento rotatorio generalmente acoplada mecánicamente a una dinamo o alternador. En los ríos de montaña con grandes pendientes y caudal constante basta con esa instalación sencilla. Si los ríos son de caudal irregular o a lo largo de estaciones anuales, o existe poco desnivel, es preciso construir una presa que produce un embalsamiento del agua y que además produce una diferencia de cota apreciable entre aguas arriba y aguas abajo. Las características de las turbinas varían según se trate de saltos de agua de mucha altura y poco caudal o de trate de alturas y caudales medios o de pequeños desniveles y grandes caudales; todas las turbinas llevan mecanismos de regulación para lograr que no varíe su velocidad de giro y sí en cambio que aumente o disminuya el momento de la fuerza aplicada, según aumente o disminuya la demanda de e. eléctrica a la máquina generatriz acoplada a ella. La e. hidráulica ha sido utilizada por el hombre desde hace muchos siglos con instalaciones de escaso rendimiento; posteriormente tal rendimiento ha aumentado y existen países donde más de la mitad de a e. eléctrica consumida se produce en centrales hidráulicas a muy bajo coste, cuando existen en tal país ríos rápidos y de fácil aprovechamiento. En otras naciones ha sido preciso construir grandes presas que acumulen el agua, con inmensos gastos iniciales; sin embargo, y posteriormente, los gastos de explotación son bajos y el precio de la e. eléctrica es aceptable. En otros países se ha preferido la creación de centrales térmicas para la producción de la e. eléctrica, en las que se queman, o bien gas natural o carbones de baja calidad. Sus costos iniciales son más bajos que los que se derivan de la construcción de presas y pantanos, pero en cambio los costos de explotación son notablemente más altos. Una buena política de producción de e. eléctrica debe conjugar ambos sistemas, utilizando la hidroeléctrica en períodos de abundancia de agua, y la térmica en períodos de estiaje. Otra forma de aprovechamiento de e. hidráulica es el de la e. de las mareas. Este procedimiento, teóricamente previsto hace siglos, no ha sido puesto en práctica hasta hace muy pocos años y aún hoy en día no pasa de la fase experimental. Consiste en esencia en aprovechar las diferencias de nivel que se crean cuando las mareas suben o bajan entre la superficie libre del mar y una gran cámara a la que se hace pasar el agua. En los conductos de comunicación se instalan turbinas acopladas a máquinas eléctricas, las cuales giran en sentido contrario según el agua vaya del mar a la cámara o de la cámara al mar. Como todas las instalaciones hidroeléctricas, son de gran costo inicial y de bajo costo de explotación.

MANIFESTACIÓN DE LA ENERGÍA

La energía, en su proceso de transformación y transferencia, va manifestándose de una forma a otra, originando así lo que hoy en día constituye nuestro desarrollo científico y tecnológico, comprendiéndose que ella desempeña un papel primordial en la vida del hombre.

Cuando encendemos la hornilla de la cocina de gas y ponemos a calentar agua en un recipiente de metal, se lleva acabo el siguiente proceso: el combustible, que en este caso es el gas, al quemarse libera la e. interna que poseía y transforma la e. calórica que es absorbida por el recipiente y éste por el proceso de conducción la transmite al agua que hierve para luego convertirse en vapor. Ese calor obtenido por el agua no es más que la e. de las moléculas contenidas en ella.

Se ha dicho y se dirá siempre que el sol es la principal fuente de e. en la tierra, tanto es así, que sin él sería casi imposible la subsistencia en nuestro planeta.

Las reacciones nucleares originales en el interior del sol, debido a las grandes temperaturas, dan como resultado una liberación de e. que llega hasta la tierra en forma de radiación electromagnética. Esto trae como consecuencia el calentamiento del agua contenida en los ríos, lagos y mares, la que a su vez se evapora condensándose en las nubes. Estas a su vez se desplazan en diferentes direcciones por efecto de los vientos, precipitándose después en forma de lluvia. Las precipitaciones se encargan de alimentar los ríos quienes a su vez fluyen hacia los mares y océanos, cumpliéndose así el ciclo constante del agua, gracias a la e. solar.

El agua proviene de las montañas es almacenadas en represas en forma de e. potencial. Al abrir las compuertas, el agua se pone en movimiento, se dice que ha adquirido e. cinética. Esta e. de movimiento hace rotar unas turbinas, que a su vez son capaces de generar e. eléctrica que posteriormente será transferida a las ciudades y viviendas. En estas últimas, la e. eléctrica es usada para obtener, e. luminosa en los fluorescentes y bombillos, e. mecánica al ascender la licuadora o la lavadora, e. térmica al encender una plancha o la hornilla de una cocina eléctrica.

Por otro lado, también las plantas son capaces de realizar sus funciones a través de la e. radiante proveniente del sol, radiación que es absorbida a través de las hojas de las plantas verdes para realizar el proceso de la fotosíntesis. Al alimentarnos de plantas, utilizamos e. química extraída de esos alimentos para múltiples propósitos: transmisión de impulsos nerviosos, crecer realizar trabajos nucleares, etc.

La otra forma de e. acumulada en las plantas data de millones de años atrás, cuando una parte de organismos biológicos se fueron enterrando, originándose en ellos una serie de transformaciones hasta convertirse en combustibles fósiles (carbón, petróleo) que hoy en día constituyen fuentes energéticas importantes y de os cuales dependen en gran parte. Estas fuentes de e. han ido agotándose y de continuar así ya no tendremos recursos energéticos. Es esta la razón por la cual debemos ir buscando fuentes alternas y una de ellas la constituye el sol.

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

Al calentar un cuerpo, evidentemente se está gastando e. Las partículas que constituyen el cuerpo incrementan su actividad aumentando su movimiento, con lo cual aumenta la e. de cada una de ellas y, por lo tanto, la e. interna del cuerpo.

Se sabe, que al poner en contacto dos cuerpos, uno caliente y uno frío, el primero se enfría u el segundo se calienta. Esta transferencia de e. desde el primer cuerpo hacia el segundo se lleva a cabo de la siguiente manera: las partículas del cuerpo más caliente, que se mueven más rápidamente porque tienen más e., chocan con las partículas del segundo que se encuentra en la zona de contacto, aumentando su movimiento y, por tanto su e. El movimiento de estas partículas se transmite rápidamente a las restantes del cuerpo, aumentando la e. contenida en él a costa de la e. que pierde en los choques las partículas del primer cuerpo.

La e. que se transfiere de un cuerpo a otro se denomina calor. No es correcto afirmar que el calor se encuentra almacenado en los cuerpos, lo que está almacenado en ellos es la e., es decir, calor es la e. que se transfiere de un cuerpo a otro o de un sistema a otro.

Los cambios en el proceso de transferencia de e. se lleva a cabo en una dirección, desde el que suministra dicha e. hasta el que la recibe. Veamos dos ejemplos:

  • El crecimiento de las plantas constituye un cambio gracias a la transferencia de e. emitida por el sol y donde el receptor son las plantas.

  • Cuando un automóvil se pone en movimiento ocurre un cambio gracias a la transferencia de e. desde el combustible hacia el automóvil el cual es el receptor.

  • COMO LA ENERGÍA HA INFLUENCIADO EN EL DESARROLLO DE LAS SOCIEDADES

    Supongamos ahora que en luego de paliar los daños ocasionados por una excesiva utilización de la energía, un país decidiera atacar el problema de frente utilizando menos energía, haciendo mas con menos energía. Observemos la actuación de dicho país: renunciaría a la guerrra, a la publicidad, a los automóviles, al aire acondicionado, a la calefacción central(utilizando petróleo para fabricar aislantes en lugar de quemarlo en calderas), y a los embalajes inutiles. Fabricaría objetos que duraran muchos años. Los trenes almacenarían la energía de sus frenos en lugar de malgastarla produciendo calor y ruido. Dejaría de invertir cantidades enormes de energía en la agricultura, retrocediendo a un sistema más natural, según el cual la energía procede del suelo y del sol, como se hacia antes. Tasaría sus materias primas para demostrar el agotamiento de los recursos, y aminoraría dicho agotamiento mediante la reutilización de cuantos elementos lo permitieran. Diseñaría sus productos de tal modo, que cuando ya debieran ser realmente desechados, las materias primas pudieran recuperarse y clasificarse con facilidad. Sus habitantes, estables tanto en numero como expectativa, ya no competirían con las maquinas y tendrían mas empleos y menos presiones.

    Esto es un ejemplo claro como la energía ha influenciado en la sociedad hasta el punto de cambiarla.

    ACTUALES FUENTES DE ENERGIA EN EL MUNDO, CRISIS ENERGETICA Y

    FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

    Desde el punto de vista del desarrollo sustentable, una política energética debería estar orientada a brindar la energía necesaria a todas las personas atendiendo a la conservación de los recursos para las generaciones futuras. Esto implica sobre todas las cosas una distribución más equitativa de los recursos energéticos, el uso racional y eficiente de la energía y la utilización de fuentes renovables de bajo impacto ambiental.

    Desde 1990 a la fecha los problemas globales del Cambio Climático han llevado a Naciones Unidas a una serie de conferencias y estudios internacionales cuya conclusión de mayor importancia es que la cantidad máxima de combustibles fósiles que el mundo puede quemar sin superar los límites ecológicos (o Cuota de Carbono) es apenas del 25% de las reservas conocidas de petróleo, gas y carbón y solo de un 5% de los recursos potenciales. Contando solo las reservas de petróleo y gas, la Cuota de Carbono permitiría quemar solo la mitad. Al actual ritmo de consumo de combustibles fósiles habremos quemado esa "Cuota de Carbono" en los próximos 40 años. Si el consumo energético continua aumentando al ritmo actual, esa cuota se consumirá en sólo 30 años.

    Esto debe hacernos reorientar los criterios a partir de los cuales pensamos los temas energéticos. No sólo por la obvia necesidad de conservar el mundo en que vivimos en condiciones de habitabilidad, sino también por un problema económico. En el futuro no estará permitido quemar combustibles fósiles. Cuanto antes se encaren políticas de reconversión tecnológica hacia tecnologías limpias y equipos eficientes, antes estaremos en condiciones de defendernos ante los mercados internacionales. Pero además, se perfila un mercado de compra-venta de emisiones a nivel internacional en el cual los mejores posicionados van a ser los países que tengan una menor emisión de gases de efecto invernadero. El Protocolo de Kyoto firmado por Venezuela y todos los países del globo en 1997 establece cuotas de emisiones de gases de efecto invernadero para algunos países y de futuro todos lo tendrán.

    Con base en esas cuotas de emisiones se podrán (y en algunos casos ya se puede) comerciar las emisiones no realizadas con lo cual de futuro cada tonelada de dióxido de carbono no emitido tendrá un valor comercial.

    El aumento del consumo de energía en el discurso oficial venezolano es vinculado permanentemente al desarrollo y al crecimiento con un signo positivo: Si hay crecimiento del consumo de la energía, esto quiere decir que el país está creciendo. Sin embargo puede ocurrir que sea exactamente lo contrario: aumenta el consumo de energía por que se usa irracional e ineficientemente.

    La política energética venezolana ha optado por el camino opuesto al desarrollo sustentable: promocionar el uso de combustibles fósiles (gas natural y petróleo) y desconocer el potencial del uso racional de la energía. Las opciones del gobierno de introducir el gas natural en la matriz energética uruguaya y promover las exploraciones petroleras no hacen más que empeorar nuestra situación. Sólo el gasoducto del Sur traerá a Montevideo 2 millones de metros cúbicos de gas natural por día, volumen igual al consumo anual de combustibles en Uruguay.

    En el sector petrolero el mayor consumo está en el transporte (46%) Dentro de este sector transporte más de la mitad corresponde a combustibles utilizados en el transporte vehicular particular.

    1. En el caso del transporte de mercaderías deberían promoverse los transportes por vía férrea y por vía marítima, desestimulando el transporte carretero.

    2. En el caso del transporte de pasajeros debería desestimularse el uso del automóvil promoviendo el uso del transporte público y transportes no motorizados como la bicicleta.

    3. Tanto para el transporte colectivo como para el individual deben favorecerse las unidades de tecnología no contaminante (eléctrico, hidrógeno, etc.)

    Además de todas las normativas que en cada caso pudieran crearse, el principio "contaminador-pagador" es un instrumento de mercado que podría ayudar en este sentido, por ejemplo aplicando tasas de contaminación ambiental a los diferentes medios de transporte.

    En el sector electricidad debería:

    1. Iniciarse programas para el uso racional y eficiente de la energía (etiquetado de electrodomésticos, reglamentaciones industriales, eficiencia térmica en edificios, etc.)

    2. Favorecer los proyectos de energías limpias y renovables (eólica, solar, micro represas, biomasas, etc.)

    A pesar de mantener una alta dependencia externa en materia de fuentes primaria de energía -y especialmente de un recurso no renovable como el petróleo- no se han establecido programas de desarrollo de otras fuentes renovables locales ni de ahorro y eficiencia energética. A nivel eólico e hidráulico se ha demostrado un potencial nada despreciable: 300 y 207 MW respectivamente que no se propone explotar. Las biomasas por su parte, en un país esencialmente agropecuario, presentan amplias posibilidades de desarrollo. En particular, una planta de generación de electricidad a partir de la cáscara de arroz de 7 MW de potencia será construida el próximo año para autoabastecimiento del sector arrocero, pero no pueden descartarse otras alternativas como el bagazo de caña, la cáscara de girasol o la biodigestión.

    Una mención especial merece la leña, que representa la mayor fuente energética del sector industrial. Para tener una idea de la potencialidad de este energético basta decir que con las plantaciones forestales actuales podría generarse, manteniendo siempre el mismo volumen en pie, la totalidad de la energía consumida en el país, es decir unos 2.000 ktep. anuales.

    Todas las alternativas mencionadas podrían ser promovidas aún en los marcos de evaluación económicos actuales. No es así el caso de la energía solar, donde los costos comparativos resultan extremadamente altos en relación al resto. No obstante, tanto para este caso como para todos los demás, estos costos serían mucho más competitivos si a las energías actualmente utilizadas se les internalizaran los costos ambientales que ocasionan, especialmente en el caso del petróleo.

    CONCLUSION

    El eje de la discusión sobre el futuro energético nacional debe estar en el estilo de desarrollo que se quiere y el papel a asignarle a la energía en ese marco. Un modelo de desarrollo al estilo de los países industrializados, con crecimiento constante del consumo energético y con un excesivo componente de combustibles fósiles no será posible en el mediano plazo y además, de acuerdo a la experiencia internacional, tampoco es deseable.

    El objetivo debe estar puesto en el desarrollo de las personas y de la sociedad y no en el crecimiento material de la economía. El modelo energético debe asegurar la sobrevivencia del planeta y los recursos para las futuras generaciones utilizando energías limpias y renovables, haciendo un uso racional y sostenible de la energía y distribuyéndola más equitativamente.

    Hay suficiente experiencia y conocimiento técnico acumulado para iniciar este camino. No habrá otro en el futuro así que cuánto antes empecemos mejor.