Energía

Fuentes energéticas. Clases energías. Producción y transporte de electricidad. Reactores nucleares

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ENERGÍA.-capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe radiación y se recibe de la materia cuando emite radiación. La energía asociada al movimiento se conoce como energía cinética, mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial. La energía se manifiesta en varias formas, entre ellas la energía mecánica ,térmica, química, eléctrica, radiante o atómica . Todas las formas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesos adecuados. Las observaciones empíricas del siglo XIX llevaron a la conclusión de que aunque la energía puede transformarse no se puede crear ni destruir. Este es concepto, conocido como principio de conservación de la energía. En la física moderna se unifican la conservación de la energía y de la masa.

Energía cinética

energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación .La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.

Energía de activación

energía mínima que deben poseer las entidades químicas (átomos, moléculas, iones o radicales) para producir una reacción química. La energía de activación representa una barrera energética que tiene que ser sobrepasada para que la reacción tenga lugar.

Energía de enlace

en física nuclear, la energía total necesaria para separar completamente los neutrones y protones que constituyen el núcleo de un átomo. Los átomos más estables son los que tienen una mayor energía de enlace media por partícula nuclear.

Energía de ionización

cantidad de energía que se necesita para separar el electrón menos fuertemente unido de un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental La entidad en que se transforma el átomo al perder un electrón es un ion gaseoso monopositivo. Las sucesivas energías de ionización se definen de manera semejante. Las energías de ionización varían de la misma forma a lo largo de cada periodo y de cada grupo de la tabla periódica.

Energía eólica

energía producida por el viento. Hoy, en los parques eólicos, se utilizan los acumuladores para producir electricidad durante un tiempo. Otra característica de la energía producida por el viento es su infinita disponibilidad en función lineal a la superficie expuesta a su incidencia.. En los parques eólicos las únicas limitaciones al aumento del número de molinos son las urbanísticas.

Energía renovable

también llamada energía alternativa o blanda, este término engloba una serie de fuentes energéticas que en teoría no se agotarían con el paso del tiempo. Las energías renovables comprenden: la energía solar, la hidroeléctrica , la eólica, la geotérmica, la hidráulica y la procedente de la biomasa

Recurso natural

cualquier forma de materia o energía que existe de modo natural y que puede ser utilizada por el ser humano. Los recursos naturales pueden clasificarse por su durabilidad, dividiéndose en renovables y no renovables. Los primeros pueden ser explotados indefinidamente, mientras que los segundos son finitos y con tendencia inexorable al agotamiento.

El carácter renovable de un recurso se puede matizar: existen recursos renovables que son por definición inagotables a escala humana, como la energía solar, la eólica, o la energía de las mareas ya que, por intensivo que sea su uso, siempre están disponibles de modo espontáneo. Pero entre estos recursos hay algunos cuya disponibilidad depende del grado de utilización de los mismos, ya que éste marca el ritmo de recuperación del recurso. Los recursos naturales no renovables son los recursos mineros, entre los que se puede contar también a los combustibles fósiles (el carbón o el petróleo). Existen, en la corteza terrestre, cantidades finitas de estos materiales que pueden ser aprovechados por el ser humano

 Energía hidráulica

INTRODUCCIÓN.- energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad

2. HISTORIA  
Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado. La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio.

3. DESARROLLO DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA  
La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad. La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio.

Generación y transporte de electricidad

1.INTRODUCCIÓN.- conjunto de instalaciones que se utilizan para transformar otros tipos de energía en electricidad y transportarla hasta los lugares donde se consume. Las instalaciones eléctricas tienen seis elementos principales: la central eléctrica, los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica generada a las altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte, las líneas de transporte, las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a las líneas de distribución, las líneas de distribución y los transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los consumidores.

Los cortacircuitos se utilizan para proteger todos los elementos de la instalación contra cortocircuitos y sobrecargas y para realizar las operaciones de conmutación ordinarias. Estos cortacircuitos son grandes interruptores que se activan de modo automático cuando ocurre un cortocircuito o cuando una circunstancia anómala produce una subida repentina de la corriente.

2.FALLOS DEL SISTEMA  .-En muchas zonas del mundo las instalaciones locales o nacionales están conectadas formando una red. Esta red de conexiones permite que la electricidad generada en un área se comparta con otras zonas. Cada empresa aumenta su capacidad de reserva y comparte el riesgo de apagones. Estas redes son enormes y complejos sistemas compuestos y operados por grupos diversos.

3.REGULACIÓN DEL VOLTAJE  
Las largas líneas de conducción presentan inductancia, capacitancia y resistencia al paso de la corriente eléctrica El efecto de la inductancia y de la capacitancia de la línea es la variación de la tensión si varía la corriente, por lo que la tensión suministrada varía con la carga acoplada. Se utilizan muchos tipos de dispositivos para regular esta variación no deseada.

4. PRODUCCIÓN MUNDIAL DE ENERGÍA ELÉCTRICA  
Durante el periodo comprendido entre 1959 y 1990, la producción y consumo anual de electricidad aumentó de poco más de 1 billón de kWh a más de 11,5 billones. También tuvo lugar un cambio en el tipo de generación de energía.

5.IMPACTO AMBIENTAL DE LAS LÍNEAS DE CONDUCCIÓN  
Como toda actividad humana, la generación y transporte de energía eléctrica produce una serie de impactos ambientales. Los impactos producidos en el proceso de generación son altamente específicos de la fuente de energía utilizada: hidráulica, nuclear, térmica… En el caso de las líneas de transporte, los accidentes por electrocución son raros, afectando sólo a grandes aves que pueden tocar a un tiempo dos conductores o un conductor y el apoyo. La clase de accidente más común en este tipo de líneas es la colisión con los cables, sobre todo con el de tierra, más fino y situado por encima del resto. El mayor riesgo para la vegetación en una línea en servicio es el de incendio por caída de un cable en caso de accidente, como la caída de un rayo.

Energía mecánica, suma de las energías cinética y potencial de un cuerpo en un sistema de referencia dado. La energía mecánica de un cuerpo depende tanto de su posición, pues la energía potencial depende de ella, como de su velocidad, de la que depende la energía cinética.

Energía nuclear

Introducción.-energía liberada durante la fisión o fusión de núcleos atómicos. Las cantidades de energía que pueden obtenerse mediante procesos nucleares superan con mucho a las que pueden lograrse mediante procesos químicos, que sólo implican las regiones externas del átomo. Hasta el siglo XIX, el principal combustible era la leña, cuya energía procede de la energía solar acumulada por las plantas. Desde la Revolución Industrial, los seres humanos dependen de los combustibles fósiles —carbón o petróleo—, que también constituyen energía solar almacenada.

2. EL ÁTOMO  
El átomo está formado por un pequeño núcleo, cargado positivamente, rodeado de electrones. El núcleo, que contiene la mayor parte de la masa del átomo, está compuesto a su vez de neutrones y protones, unidos por fuerzas nucleares muy intensas, mucho mayores que las fuerzas eléctricas que ligan los electrones al núcleo. La energía de enlace de un núcleo mide la intensidad con que las fuerzas nucleares mantienen ligados a los protones y neutrones. La energía de enlace por nucleón, es decir, la energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón, depende del número másico.

3. ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN  
Las dos características fundamentales de la fisión nuclear en cuanto a la producción práctica de energía nuclear resultan evidentes en la ecuación En primer lugar, la energía liberada por la fisión es muy grande. En segundo lugar, el proceso de fisión iniciado por la absorción de un neutrón
En diciembre de 1942, en la Universidad de Chicago (EEUU), el físico italiano Enrico Fermi logró producir la primera reacción nuclear en cadena. Para ello empleó un conjunto de bloques de uranio natural distribuidos dentro de una gran masa de grafito puro (una forma de carbono).

4. REACTORES DE ENERGÍA NUCLEAR  
Los primeros reactores nucleares a gran escala se construyeron en 1944 en Hanford, en el estado de Washington (EEUU), para la producción de material para armas nucleares.

4.1. Reactores de agua ligera y pesada  
En todo el mundo se han construido diferentes tipos de reactores para la producción de energía eléctrica. Como moderador y refrigerante se emplea agua normal muy purificada. Aunque al principio de la década de 1980 había 100 centrales nucleares en funcionamiento o en construcción en Estados Unidos, tras el accidente de Three Mile Island (ver más adelante) la preocupación por la seguridad y los factores económicos se combinaron para bloquear el crecimiento de la energía nuclear. Desde 1979, no se han encargado nuevas centrales nucleares en Estados Unidos y no se ha permitido el funcionamiento de algunas centrales ya terminadas. En 1990, alrededor del 20% de la energía eléctrica generada en Estados Unidos procedía de centrales nucleares, mientras que este porcentaje es casi del 75% en Francia.

En Gran Bretaña y Francia, los primeros reactores de generación de energía a gran escala utilizaban como combustible barras de metal de uranio natural, moderadas por grafito y refrigeradas por dióxido de carbono (CO2) gaseoso a presión. En España, la tecnología adoptada en los reactores de las centrales nucleares es del tipo de agua ligera; sólo la central de Vandellòs tiene reactor de grafito refrigerado con CO2.

4.2. Reactores de propulsión  Para la propulsión de grandes buques de superficie se emplean reactores nucleares similares al RAP. Reactores de investigación .

 En muchos países se han construido diversos reactores nucleares de pequeño tamaño para su empleo en formación, investigación o producción de isótopos radiactivos.

4.4. Reactores autorregenerativos  . No se conoce con exactitud sus reservas totales, pero podrían ser limitadas a no ser que se empleen fuentes de muy baja concentración, como granitos y esquistos.

5. COMBUSTIBLES Y RESIDUOS NUCLEARES  
Los combustibles peligrosos empleados en los reactores nucleares presentan problemas para su manejo, sobre todo en el caso de los combustibles agotados, que deben ser almacenados o eliminados de alguna forma.

  • El ciclo del combustible nuclear  Cualquier central de producción de energía eléctrica es sólo parte de un ciclo energético global. El ciclo del combustible de uranio empleado en los sistemas RAL es actualmente el más importante en la producción mundial de energía nuclear, y conlleva muchas etapas.

  • 5.2. Seguridad nuclear  La preocupación de la opinión pública en torno a la aceptabilidad de la energía nuclear procedente de la fisión se debe a dos características básicas del sistema. En la década de 1950 se pensó que la energía nuclear podía ofrecer un futuro de energía barata y abundante. Los grupos preocupados por la conservación de los recursos naturales preveían una reducción de la contaminación atmosférica y de la minería a cielo abierto. La opinión pública era en general favorable a esta nueva fuente de energía, y esperaba que el uso de la energía nuclear pasara del terreno militar al civil.

    5.2.1. Riesgos radiológicos  Los materiales radiactivos emiten radiación ionizante penetrante que puede dañar los tejidos vivos. La unidad que suele emplearse para medir la dosis de radiación equivalente en los seres humanos es el milisievert. En la mayoría de las fases del ciclo de combustible nuclear pueden existir riesgos radiológicos. Sistemas de seguridad de los reactores  Se ha dedicado una enorme atención a la seguridad de los reactores. En un reactor en funcionamiento, la mayor fuente de radiactividad, con diferencia, son los elementos de combustible. Una serie de barreras impide que los productos de fisión pasen a la biosfera durante el funcionamiento normal.

    5.2.3. Accidentes en centrales nucleares  
    A pesar de las numerosas medidas de seguridad, en 1979 llegó a producirse un accidente en el RAP de Three Mile Island, cerca de Harrisburg (Pennsylvania, EEUU). Un error de mantenimiento, el sistema de emergencia para enfriamiento del núcleo empezó a funcionar poco tiempo después según lo prescrito. un error humano,

    El 26 de abril de 1986, otro grave accidente alarmó al mundo. Uno de los cuatro reactores nucleares soviéticos de Chernobil, a unos 130 km al norte de Kíev (en Ucrania), explotó y ardió. el accidente se debió a que los operadores del reactor realizaron unas pruebas no autorizadas. El reactor quedó fuera de control; se produjeron dos explosiones La nube radiactiva se extendió por Escandinavia y el norte de Europa

    5.2.4. Reprocesamiento del combustible  La fase de reprocesamiento del combustible plantea diversos riesgos radiológicos. Uno de ellos es la emisión accidental de productos de fisión en caso de que se produzca una fuga en las instalaciones químicas y los edificios que las albergan. Almacenamiento de residuos  El último paso del ciclo del combustible nuclear, el almacenamiento de residuos, sigue siendo uno de los más polémicos. Muchos residuos nucleares mantienen su radiactividad durante miles de años, más allá de la duración de cualquier institución humana.

    6. FUSIÓN NUCLEAR  
    La liberación de energía nuclear puede producirse en el extremo bajo de la curva de energías de enlace a través de la fusión de dos núcleos ligeros en uno más pesado.

    La fusión nuclear artificial se consiguió por primera vez a principios de la década de 1930 . En la década de 1950 se produjo la primera liberación a gran escala de energía de fusión, aunque incontrolada

    Desde 1950 se han llevado a cabo numerosos proyectos para la confinación magnética de plasma en Estados Unidos, la antigua Unión Soviética, Gran Bretaña, Japón y otros países. Se han observado reacciones termonucleares a principios de la década de 1980 se construyeron dos dispositivos de gran tamaño, uno en la Universidad de Princeton, En 1991, se generó por primera vez en la historia una potencia significativa a partir de la fusión nuclear controlada

    Energía potencial

    energía almacenada que posee un sistema como resultado de las posiciones relativas de sus componentes.

    Para proporcionar energía potencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. La energía potencial se manifiesta de diferentes formas.

    Energía renovable

    también llamada energía alternativa o blanda, este término engloba una serie de fuentes energéticas que en teoría no se agotarían con el paso del tiempo.

    Energía reticular

    energía desprendida cuando se forma un mol de un compuesto iónico a partir de los correspondientes iones en estado gaseoso.

    La energía reticular se puede calcular de forma teórica utilizando una expresión matemática conocida como expresión de Born, y de forma experimental aplicando la ley de Hess.

    1. INTRODUCCIÓN  Energía solar, energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión
    La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

    2. TRANSFORMACIÓN NATURAL DE LA ENERGÍA SOLAR  
    La recogida natural de energía solar se produce en la atmósfera, los océanos y las plantas de la Tierra.

    Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal Asimismo, los océanos representan un tipo natural de recogida de energía solar. Como resultado de su absorción por los océanos y por las corrientes oceánicas, se producen gradientes de temperatura.

    3. RECOGIDA DIRECTA DE ENERGÍA SOLAR  
    La recogida directa de energía solar requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces después de concentrar los rayos del Sol. 3.1. Colectores de placa plana  
    En los procesos térmicos los colectores de placa plana interceptan la radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido portador. Éste, en estado líquido o gaseoso, se calienta al atravesar los canales por transferencia de calor desde la placa de absorción Colectores de concentración  
    Para aplicaciones como el aire acondicionado y la generación central de energía y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los colectores de placa plana no suministran, en términos generales, fluidos con temperaturas bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en una primera fase, y después el fluido se trata con medios convencionales de calentamiento.

    3.3. Hornos solares  
    Los hornos solares son una aplicación importante de los concentradores de alta temperatura. 3.4. Receptores centrales  La generación centralizada de electricidad a partir de energía solar está en desarrollo. 3.5. Enfriamiento solar  Se puede producir frío con el uso de energía solar como fuente de calor en un ciclo de enfriamiento por absorción 4. ELECTRICIDAD FOTOVOLTAICA  
    Las células solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino, convierten la radiación en electricidad de forma directa. 5. ENERGÍA SOLAR EN EL ESPACIO  Un proyecto futurista propuesto para producir energía a gran escala propone situar módulos solares en órbita alrededor de la Tierra. En ellos la energía concentrada de la luz solar se convertiría en microondas que se emitirían hacia antenas terrestres para su conversión en energía eléctrica.

  • DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA SOLAR  


  • Debido a la naturaleza intermitente de la radiación solar como fuente energética durante los periodos de baja demanda debe almacenarse el sobrante de energía solar para cubrir las necesidades cuando la disponibilidad sea insuficiente.

    Energía térmica

    energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a su diferencia de temperaturas. También recibe el nombre de calor. La unidad de la energía térmica es el julio, pero aún se sigue utilizando la unidad histórica del calor, la caloría.