Formas de la energía

Fuentes energéticas. Clases de energía. Centrales eólicas, solares, mareomotrices. Ahorro energético

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Índice

- Formas y definición de la energía pág. 1-2

- Transformaciones de la energía pág. 2

- Fuentes de la energía: renovables y no renovables pág. 2-3

- La central eléctrica: diagrama, y reproducción de la electricidad pág. 3-5

- Centrales térmicas pág. 5

- Central nuclear o centrales nucleares pág. 6

- Central hidroeléctrica pág. 6

- La energía solar: centrales solares pág. 7

- La energía del viento: central eólica pág. 7

- La energía del agua: central mareomotriz pág. 7

- Central geotérmica pág. 8

- Combustibles alternativos: la biomasa y los RSU pág. 8-9

- El ahorro energético pág. 9-10

- Valoración personal pág. 10

Formas y definición de la energía

Definición

En Física se define la energía como la capacidad para realizar un trabajo.

Trabajo entendido en el sentido físico del término, esto es, el producido por una fuerza cuando su punto de aplicación se desplaza. Cuando un sistema realiza un trabajo sobre otro, se transfiere energía entre los dos sistemas.

Formas

Se clasifican en dos grandes grupos las formas en que se puede presentar la energía:

  • Energía externa o macroscópica.

  • Energía interna o microscópica.

La energía macroscópica puede ser debida a dos causas:

  • La masa y la velocidad de un determinado cuerpo, que origina la denominada energía cinética.

  • Su posición dentro de un sistema de referencia, que da lugar a la energía potencial.

La energía cinética es debida al movimiento y para un objeto de masa m que se desplace en línea recta a una velocidad constante v se calcula de acuerdo a la siguiente fórmula:

E cinética = 1/2 mv2

Un ejemplo ilustrará el concepto de energía potencial. El planeta Tierra genera un campo gravitatorio que atrae a todos los cuerpos. Éstos poseen una energía potencial en función de su posición relativa respecto de la superficie terrestre, que se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula:

E potencial = mgh, siendo m la masa del cuerpo, g la aceleración de la gravedad y h, su posición relativa respecto de la superficie terrestre.

La suma de ambas energías, cinética y potencial se denomina energía mecánica:

Energía mecánica = Energía cinética + Energía potencial

La energía interna o microscópica radica en la estructura de la materia, en las moléculas, los átomos y las partículas que la forman.

Según la forma o el sistema físico en que se manifieste se consideran distintas formas de energía:

  • Energía mecánica, asociada al movimiento de una masa (cinética) o debida a que sobre dicha masa actúa una fuerza dependiente de la posición (potencial).

  • Energía eléctrica, asociada al flujo de cargas eléctricas o a su acumulación.

  • Energía electromagnética, transportada por las ondas electromagnéticas, y que puede interpretarse como la energía que transporta el fotón, la partícula asociada a las ondas electromagnéticas.

  • Energía térmica, que se puede entender como la energía cinética interna de las partículas, átomos y moléculas que forman un cuerpo. Se mide mediante la temperatura. El calor es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro en función de sus diferentes temperaturas.

  • Energía química, almacenada en los enlaces entre los átomos que forman las diversas moléculas.

  • Energía nuclear, que radica en el interior de los núcleos atómicos.

  • Por último, la energía másica está contenida en toda masa en virtud de su propia existencia. Einstein estableció en 1905 la fórmula: E = mc2 , que determina la cantidad de energía que queda libre al desaparecer una cantidad de masa m y en la que la constante c es igual a 300.000 km/s, que es la velocidad de la luz en el vacío.

Transformaciones de la energía

A finales del siglo XVII, Isaac Newton sentó las bases de un nuevo concepto de la física e ideó la noción de fuerza como una magnitud que provocaba los movimientos de los cuerpos. Sin embargo, sus herederos ideológicos sustituyeron las fuerzas por la energía a ellas asociadas como causas primigenias de los hechos físicos. Según estos principios , los intercambios de energía entre los distintos sistemas son responsables de estos fenómenos y se manifiestan en diversas formas convertibles entre sí.Un sistema ideal que no sufriera pérdidas constituiría un movil perpetuo, ya que su energía generaría un trabajo permanente. En la realidad, tales sistemas no existen, y las pérdidas energéticas se traducen en emisión de calor. Por ello se dice que el calor es la forma más degradada de la energía y no es recuperable para el sistema; en consecuencia, no resulta transformable.

El siglo XX presenció el nacimiento de una nueva teoría que obligó a modificar sustancialmente el concepto de energía y de sus relaciones de intercambio entre los cuerpos. La relatividad física, defendida por Einstein, observa la energía y la masa como diversas manifestaciones de un propiedad única, con lo que altera el tradicional principio de conservación. Así, la energía puede pasar a otros estados e incluso convertirse en masa, y a la inversa. Einstein, afirmó que toda clase de energía tiene masa determinada, y demostró que masa y energía son equivalentes; la propiedad llamada masa es, simplemente, energía concentrada. En otras palabras, materia es energía y energía es materia.

Fuentes de la energía: renovables y no renovables

Se conocen como Energías Renovables aquellas que se producen de forma continua y que son inagotables a escala humana. Son además, fuentes de abastecimiento energético respetuosas con el medio ambiente.
Existen diferentes fuentes de energía renovables, dependiendo de los recursos naturales utilizados para la generación de energía.

Tipos de fuentes de energía renovable

'Formas de la energía'
'Formas de la energía'
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La hidráulica La Eólica La biomasa

'Formas de la energía'
'Formas de la energía'
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La solar La geotérmica Mareomotriz

  • Son limpias

  • Sin residuos

  • Inagotables

  • Autóctonas

  • Equilibran desajustes ínterterritoriales

Tipos de fuentes de energía no renovable

Petróleo Nuclear

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Carbón Gas

  • Contaminan

  • Generan emisiones y residuos

  • Son limitadas

  • Provocan dependencia exterior

  • Utilizan tecnología importada

La central eléctrica

La energía eléctrica resulta de la existencia de una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en comunicación por medio de un material conductor.

La energía eléctrica, o electricidad, puede transformarse en muchas otras formas de energía, más útiles para la vida diaria, como son la luminosa, o luz, la mecánica, o movimiento, y la térmica, o calor.

'Formas de la energía'

La producción de electricidad ha experimentado una gran evolución durante el último siglo debido al incremento del consumo.

Por ello, no se ha aumentado tan sólo el número de MW producidos, sino que también se han ampliado y modificado las fuentes de producción de energía durante estos años. No solamente se ha tenido en cuenta la potencia demandada, sino también otros factores como los recursos naturales disponibles, la eficiencia y el impacto medioambiental que producen en la Naturaleza.

La producción de electricidad se realiza siempre a través de una central eléctrica, una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica.

El funcionamiento de una central eléctrica básicamente responde al esquema:

'Formas de la energía'

Donde la energía mecánica puede proceder de distintas fuentes.

ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO


El movimiento que el agua, viento o vapor de agua imprime a la turbina, hace que el rotor comience a girar a gran velocidad, produciéndose unas corrientes eléctricas en el interior del estator que proporcionan al generador la fuerza electromotriz capaz de producir energía eléctrica a cualquier sistema conectado a él.

'Formas de la energía'

Todas las centrales eléctricas constan de un sistema de "turbina - generador", variando de unas a otras la forma en la que se acciona la turbina, es decir, la fuente de energía primaria utilizada para generar energía eléctrica.

Centrales térmicas

Instalación que produce energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto.

El funcionamiento de todas las centrales térmicas, o termoeléctricas, es semejante. El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera.

Una vez en la caldera, los quemadores provocan la combustión del carbón, fuel-oil o gas, generando energía calorífica. Esta convierte a su vez, en vapor a alta temperatura el agua que circula por una extensa red formada por miles de tubos que tapizan las paredes de la caldera.

Este vapor entra a gran presión en la turbina de la central, la cual consta de tres cuerpos -de alta, media y baja presión, respectivamente- unidos por un mismo eje.

En el primer cuerpo (alta presión) hay centenares de álabes o paletas de pequeño tamaño. El cuerpo a media presión posee asimismo centenares de alabes pero de mayor tamaño que los anteriores. El de baja presión, por último, tiene alabes aún más grandes que los precedentes. El objetivo de esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente, por lo cual los alabes de la turbina se hacen de mayor tamaño cuando se pasa de un cuerpo a otro de la misma., Hay que advertir, por otro lado, que este vapor, antes de entrar en la turbina, ha de ser cuidadosamente deshumidificado. En caso contrario, las pequeñísimas gotas de agua en suspensión que transportaría serían lanzadas a gran velocidad contra los alabes, actuando como si fueran proyectiles y erosionando las paletas hasta dejarlas inservibles.

El vapor de agua a presión, por lo tanto, hace girar los alabes de la turbina generando energía mecánica. A su vez, el eje que une a los tres cuerpos de la turbina (de alta, media y baja presión) hace girar al mismo tiempo a un alternador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. Esta es vertida a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un transformador.

Por su parte, el vapor -debilitada ya su presión- es enviado a unos condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.

Centrales Nucleares

Una central nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.

Las centrales nucleares constan de uno o varios reactores, que son contenedores impermeables a la radiación en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas de minerales con algún elemento fisil (es decir, que puede fisionarse) o fértil (que puede convertirse en fisil por reacciones nucleares), usualmente uranio. En el proceso de fisión radiactiva, se establece una reacción que es sostenida y moderada mediante el empleo de elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada.

Las instalaciones nucleares son construcciones muy complejas por la variedad de tecnologías industriales empleadas y por la elevada seguridad con la que se les dota. Las características de la reacción nuclear hacen que pueda resultar peligrosa si se pierde su control y prolifera por encima de una determinada temperatura a la que funden los materiales empleados en el reactor, así como si se producen escapes de radiación nociva por esa u otra causa.

La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo. A cambio, no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto invernadero, ni precisan el empleo de combustibles fósiles convencionales. Sin embargo, las emisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos (se denomina gestión a todos los procesos de tratamiento de los residuos, incluido su almacenamiento) no son despreciables.

Centrales hidroeléctricas

Una central hidroeléctrica es aquella que genera electricidad mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central.

El agua es conducida mediante una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la generación de energía eléctrica en alternadores.

Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio aguas abajo de la usina, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador; y,

la energía garantizada, en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que es función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.

La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megawatts), hasta 30 MW se consideran minicentrales. La Central hidroeléctrica mayor del mundo, hasta la fecha (2005), Itaipú, tiene una potencia instalada de 14.000 MW, sumando las 20 turbinas.

La energía solar: centrales solares

Se denomina energía solar fotovoltaica a una forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan las paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red, operación que es muy rentable económicamente pero que precisa todavía de subvenciones para una mayor viabilidad. En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable.

La energía del viento: central eólica

La energía eólica es la que se obtiene por medio del viento, es decir mediante la utilización de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire.

El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Éolo o Eolo, dios de los vientos en la mitología griega y, por tanto, perteneciente o relativo al viento. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. Es un tipo de energía verde.

Parque eólico en la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador, que produce energía eléctrica. Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos.

La central del agua: central mareomotriz

La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de La Tierra y La Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. Es un tipo de energía renovable limpia.

La energía mareomotriz tiene la cualidad de renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han evitado una proliferación notable de este tipo de energía.

Central geotérmica

La energía geotérmica es la energía interna de las aguas profundas en la tierra a temperatura suficientemente alta. Puede utilizarse directamente como energía térmica o como cinética cuando la fuente proporciona vapor de agua que sale directamente a la superficie en zonas volcánicas o el agua caliente profunda o de manantial, que se calienta debido al aumento de temperatura que se produce conforme se profundiza en la superficie terrestre. Se utiliza directamente como energía térmica para calefacción o se puede transformar en energía eléctrica. Es un tipo de energía limpia y renovable.

La energía geotérmica se desarrolló para su aprovechamiento como energía eléctrica en 1904, en Toscana (Italia), donde la producción continúa en la actualidad.

En la actualidad, se está probando una técnica nueva consistente en perforar rocas secas y calientes situadas en sistemas volcánicos en reposo para introducir agua superficial que retorna como vapor.

La energía geotérmica tiene un gran potencial: se calcula, basándose en todos los sistemas hidrotérmicos conocidos con temperaturas superiores a los 150 °C, que Estados Unidos podría producir 23.000 MW en 30 años. En otros 18 países, la capacidad geotérmica total era de 5.800 MW posibles en 1990.

Combustibles alternativos: la biomasa y los RSU

Biomasa

La más amplia definición de BIOMASA sería considerar como tal a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Clasificándolo de la siguiente forma:

Biomasa natural, es la que se produce en la naturaleza sin la intervención humana.

Biomasa residual, que es la que genera cualquier actividad humana, principalmente en los procesos agrícolas, ganaderos y los del propio hombre, tal como, basuras y aguas residuales.

Biomasa producida, que es la cultivada con el propósito de obtener biomasa transformable en combustible, en vez de producir alimentos, como la caña de azúcar en Brasil, orientada a la producción de etanol para carburante.

Desde el punto de vista energético, la biomasa se puede aprovechar de dos maneras; quemándola para producir calor o transformándola en combustible para su mejor transporte y almacenamiento la naturaleza de la biomasa es muy variada, ya que depende de la propia fuente, pudiendo ser animal o vegetal, pero generalmente se puede decir que se compone de hidratos de carbono, lípidos y prótidos. Siendo la biomasa vegetal la que se compone mayoritariamente de hidratos de carbono y la animal de lípidos y prótidos.

La utilización con fines energéticos de la biomasa requiere de su adecuación para utilizarla en los sistemas convencionales.

Residuos Sólidos Urbanos (RSU)


Todas las actividades humanas producen residuos:

  • La agricultura y ganadería

  • La explotación de los bosques

  • La industria

  • La actividad comercial

  • Los hogares

Sin embargo, la cantidad y naturaleza de los residuos son muy distintas dependiendo de su origen. Por eso, se suelen distinguir tres grandes grupos:

  • Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) son las basuras que producimos diariamente en nuestras casas, tiendas, oficinas, mercados, restaurantes, calles, etc. También las fábricas producen algunos RSU, particularmente en las oficinas, almacenes o comedores (papel, cartón, envases y restos de alimentos...).

  • Residuos Tóxicos y Peligrosos (RTP) son los producidos en procesos industriales y que deben ser gestionados de forma especial. En nuestras casas también tenemos este tipo de residuos (lejía, pinturas, aerosoles, disolventes, pilas...). Se considera RTP tanto la sustancia como el recipiente que lo ha contenido.

  • Otros Residuos son aquellos que producimos en actividades industriales o de construcción y que no son Tóxicos ni RSU, es decir, no experimentan transformaciones físico- químicas o biológicas una vez vertidos (escombros, embalajes, escorias, etc.).

El ahorro energético

Ahorrar energía es el camino más eficaz para reducir las emisiones contaminantes de CO2 (dióxido de carbono) a la atmósfera, y por tanto detener el calentamiento global del planeta y el cambio climático. Es también el camino más sencillo y rápido para lograrlo. Por cada kilovatio /hora de electricidad que ahorremos, evitaremos la emisión de aproximadamente un kilogramo de CO2 en la central térmica donde se quema carbón o petróleo para producir esa electricidad.

Además, ahorrar energía tiene otras ventajas adicionales para el medio ambiente, pues con ello evitamos; lluvias ácidas, mareas negras, contaminación del aire, residuos radiactivos, riesgo de accidentes nucleares, proliferación de armas atómicas, destrucción de bosques, devastación de parajes naturales, desertificación.

Pero esas ventajas también alcanzan a nuestros bolsillos: cada kilovatio-hora le cuesta al consumidor más de 17 pesetas (en 1993), de forma que cambiar de hábitos o sustituir los aparatos por otros menos despilfarradores nos ahorra dinero; en algunos casos la alternativa que proponemos puede parecer más cara, pero lo que nos gastemos al principio lo recuperamos de manera más o menos rápida, pues habremos reducido el gasto en energía (factura de la luz, etc.). Una vez amortizado, comenzamos a ahorrar dinero (lo que dejamos de gastar en energía).

Todas estas ventajas se traducen por sí mismas en una mejor calidad de vida, más aún si consumir menos energía va unido a la mejora de los servicios que ésta nos proporciona (luz, calor, movimiento...), es decir, se trata de mejorar la eficiencia energética.

Así pondremos freno a la actual situación de despilfarro energético: en muchas ocasiones consumimos demasiada energía, que no necesitamos, recibiendo poco o ningún servicio y, a veces, un mal servicio e incluso perjuicios.

Ahorrar energía es también un deber de solidaridad, si tenemos en cuenta que cada habitante de los países desarrollados consume, por término medio, la misma energía que 16 ciudadanos del Tercer Mundo, y que los europeos occidentales somos responsables de la emisión de seis veces más cantidad de CO2 que los africanos.

Opinión personal

La energía es muy importante para mi. Sin ella no podria mirar la televisión, estar en el ordenador, encender mi móvil,etc. Creo que sin ella no podria vivir, mi vida seria un aburrimiento.

Bibliografía

- www.es.wikipedia.org

- www.escuelas.consumer.es

- www.uned.es

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