Fuentes de energía

Energía mecánica, eléctrica, térmica, nuclear. Manifestaciones. Transformaciones energéticas. Almacenamiento. Fuentes

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1.-Introducción

Desde el principio de los tiempos, la energía ha sido fundamental para cualquier existencia de vida.

Quizá la calorífica sea la mas antigua utiliza conscientemente por el ser humano.

A los pocos años de la creación del ser humano, un cierto individuo, descubrió uno de los más importantes inventos para la ciencia a lo largo de los siglos: el fuego

El fuego desprendía tal cantidad de energía que los primeros días de la existencia de este elemento, revolucionó la vida del hombre prehistórico y la del actual para siempre.

A partir de este descubrimiento, se han ido descubriendo diversas fuentes de energía.

Sin más preámbulos, procedemos a la evolución y estudio de la energía

2.-La energía

¿Qué sería el mundo moderno sin este recurso tan valioso?

La respuesta obviamente sería nada.

Cualquier objeto que miremos en este siglo XXI ha sido creado o es partícipe de la electricidad

Existen varios tipos de electricidad aunque todos tienden a transformarse en eléctrica.

Dentro de este gran campo que es la energía eléctrica distinguir varias formas de obtenerla: Hidroeléctrica, térmica, luminosa, nuclear, química…

La principal forma de transmitir esta energía son las tomas de corriente, es decir, la instalación eléctrica; sin embargo, hay otros tipos de trasmisión y almacenaje de corriente como pueden ser las baterías o las pilas.

Existen tanto energías renovables como no renovables.

Entre las renovables, la más conocido es la solar.

Entre las no renovables la propulsada por el petróleo.

En este gráfico se puede observar dicha afirmación:

3.-Manifestaciones de la energía

3.1.-Energía mecánica

3.1.1Energía cinética: Un objeto que se mueve puede realizar un trabajo en otro objeto al chocar con este y moverlo a través de cierta distancia. Debido a que un objeto en movimiento tiene la capacidad de realizar trabajo, tiene energía. La energía del movimiento se llama energía cinética. La palabra “cinética” viene de la palabra griega kinetikos que significa “movimiento”.

Cuanto más rápido se mueve un objeto, más energía cinética tiene. La energía cinética se relaciona con la velocidad de un objeto. La energía cinética depende de la velocidad y de la masa.

Cuando aumentas la velocidad de un objeto aumentas su energía cinética. El cambio en la energía cinética de un objeto es igual al trabajo que pusiste en ella.

3.1.2Energía potencial: Algunos objetos pueden realizar trabajo cuando se mueven; otros, pueden realizar trabajo por su posición o forma. La energía potencial es una energía de posición. La energía potencial se relaciona con el trabajo de modo diferente que la energía cinética. Un objeto en movimiento tiene energía cinética porque puede realizar trabajo al moverse pero un objeto con energía potencial no se mueve ni realiza trabajo, almacena la energía que se le dio cuando se aplicó trabajo sobre él. Tiene el potencial de devolver esa energía realizando trabajo.

La energía potencial no siempre es mecánica o se asocia con movimiento. La energía química almacenada en la comida es también un ejemplo de energía potencial. La energía cinética que se le da a un cuerpo se transforma en energía potencial y luego de nuevo, en energía cinética

3.2.-Energía eléctrica: Es la principal energía de estos últimos años. Esta energía puede obtenerse de cualquier otra fuente de energía en centros especializados de transformación. Así, podemos obtener esta energía de la cinética, eólica, nuclear, térmica… Las reacciones químicas que tienen lugar en el recipiente crean un desequilibrio energético que da lugar a una corriente eléctrica .Esta energía principalmente tiene como fin activar la mecánica de un dispositivo. El fin de este será normalmente calentar, enfriar, provocar movimiento…El principal elemento conductor de la electricidad es el cobre. La energía eléctrica viaja a una gran velocidad y es conducida principalmente por las tomas de corriente de la central para pasar así, y por diversos tipos de almacenaje, a la vivienda, empresa o cualquier otro edificio. Para que esta acción se lleve acabo, se debe de tener una instalación eléctrica tanto en la ciudad como en cualquier establecimiento. La red de transporte de energía de alta tensión, está formada por una barra de hierro conductor en el centro rodeado por un alambre de cobre. Esto es así debido a que el cobre tiene un punto poco elevado de fusión con respecto a la velocidad que ejerce la electricidad y por lo tanto, este material podría fundirse provocando una fuga con catastróficas posibilidades; sin embargo las tomas de corriente de los inmuebles son únicamente de cobre.

Generación de la energía eléctrica: Existen diversos tipos de centrales eléctricas que vienen determinados por la fuente de energía que utilizan para mover el rotor. Estas fuentes pueden ser convencionales (centrales hidráulicas o hidroeléctricas, térmicas y nucleares) y no convencionales (centrales eólicas, solares, maremotrices y de biomasa).

Dentro de las energías no convencionales, las energías solares y eólicas son las que mayor implantación tienen en la actualidad, pero se está experimentando el uso de otras energías renovables, como la oceánica, además de la utilización de residuos orgánicos como fuente de energía.

La energía química se transforma en energía eléctrica. Después de un tiempo de funcionamiento, la pila agota alguna de sus sustancias. También se puede generar una corriente eléctrica moviendo un imán cerca de una espiral. Estos dispositivos se llaman generadores electromagnéticos y son empleados en la producción industrial de la energía eléctrica. Los efectos eléctricos y magnéticos dependen de la posición y movimiento relativos de las partículas con carga. En lo que respecta a los efectos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas. Las cargas de distinto signo se atraen. La intensidad de corriente, que recorre un cable se mide por él número de culombios que pasan en un segundo por la sección determinada del cable. Un culombio por segundo equivale a 1 amperio.

3.3.-Energía térmica: 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.

Cuando dos cuerpos se ponen en contacto térmico, fluye energía desde el que está a mayor temperatura hasta el que está a menor temperatura, hasta que ambas se igualan.

Sin embargo, la energía térmica también puede dar lugar a un cambio de fase sin que exista variación de la temperatura del cuerpo. Así mismo es un hecho experimental que, con muy pocas excepciones, la energía térmica provoca la dilatación de los cuerpos. Las expresiones que cuantifican este efecto de la energía térmica son muy diferentes según el estado de la materia en el que se encuentren los cuerpos

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3.4.-Energía luminosa: Es aquella que contiene relación con el sol al igual que la solar y es principalmente utilizada por las planta para realizar la fotosíntesis, elemento crucial para la existencia en este planeta de cualquier ser vivo

3.5.-Energía nuclear: La energía nuclear es un tema que mucha gente desconoce, por dos razones: primero, es una disciplina que aparentemente presenta una complejidad tan elevada, que haría cualquier intento de entenderla, seria casi imposible y segundo, la imagen extremadamente nociva a la que nos hemos acostumbrado a ver en el cine y la televisión, hacen que ni siquiera nos interesemos en el asunto. Sin embargo, ambas razones son prejuicios que lo único que consiguen es que nadie entienda nada sobre un tema que puede ser determinante en el desarrollo del país.

Más aún, cuando recientemente se han logrado fabricar acá, elementos combustibles para nuestros reactores (hecho que nos sitúa como los primeros latinoamericanos en elaborar un compuesto de mejores características que el usado hasta ahora y comprado en el exterior).

Para entender la energía nuclear, debemos recordar la teoría de Einstein que decía que la masa se transforma en energía, lo cual es la base para entender el proceso atómico.

Este consiste en la liberación de energía a través de cualquier reacción nuclear, proveniente de la disminución de masa que se transforma en energía, ya sea por fisión (rompimiento de elementos radiactivos) o por fusión (unión de ellos).

Es como si al partir un lápiz por la mitad, las pequeñas moléculas y átomos que se rompen, en vez de desvanecerse en el infinito, se transformaran en energía pura.

Esta, es utilizada en diversos ámbitos. Por ejemplo, la energía eléctrica obtenida a partir del calor, se consigue calentando agua hasta generar vapor, el cual mueve los álabes de una turbina.

La última gira unida a un generador eléctrico produciendo en su movimiento electricidad. El calor se puede obtener a partir de la combustión de carbón, gas, bencina y aceite, o bien a partir de la fisión nuclear de átomos pesados.

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3.6.-Energía química: Se requiere de energía para unir los átomos entre si. A esta energía se le llama energía química. A menudo, cuando se rompe la unión de los átomos. Se libera esta energía. Como cuando al digerir la comida se rompen uniones de átomos, liberando energía que el cuerpo almacena y usa.

4.-Transformaciones energéticas

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 móvil 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 una 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.

5.-Almacenamiento de la energía

La industria de la producción y el almacenamiento de energía surge ante la necesidad de acumular energía eléctrica para que pueda ser posteriormente utilizada en el lugar y momento que se desee, o como solución a los problemas que se plantean cuando se produce un corte en el suministro de la red eléctrica. Además, en el momento actual se están desarrollando una variedad de nuevas aplicaciones, tales como vehículos eléctricos, ordenadores portátiles, sistemas de aprovechamiento de la energía solar o dispositivos de nivelación de picos de demanda, cuyo éxito comercial está supeditado al desarrollo de sistemas avanzados de producción y almacenamiento de energía.

Hay siete formas principales:

1.Baterías y acumuladores: Las baterías son un método de almacenar electricidad. Sin embargo, las que hay disponibles actualmente, tienen una capacidad de almacenamiento pequeña, y por tanto, harían falta en enormes cantidades. Además la baterías almacenan corriente continua (CC), mientras que la electricidad que recibimos en casa es (CA), corriente alterna.

2.Pilas de combustible: Son similares a las baterías anteriormente descritas, pero con la singularidad de que almacenan combustibles fósiles.

3.El volante: Cuando un equipo generador esté produciendo electricidad, una parte podría usarse para accionar un motor que a su vez haría girar una masa enorme: un volante. Cuando ya no se está produciendo electricidad, la energía cinética almacenada en el volante accionaría un generador para producir electricidad.

4.Condensadores y supercondensadores: Son condensadores de gran capacidad en los que se almacena la energía eléctrica para su posterior recuperación y uso.

5.Células fotovoltaicas: Son células que almacenan la energía eléctrica en colectores solares de células fotovoltaicas.

6.El agua: Cuando un equipo generador está produciendo electricidad, pero la demanda es baja, la energía superflua podría usarse para accionar bombas y bombear agua a un embalse. Después se podría dejar salir el agua cuando hiciera falta para accionar los turboalternadores.

7.El gas de hidrógeno: Se usa la electricidad para producir gas de hidrógeno. El gas lo produce la electrólisis del agua y se almacena bajo presión en forma líquida. Después se puede volver a transformar en electricidad cuando haga falta con una célula energética.

6.-Fuentes de energía

6.1.-Fuentes de energía no renovables

6.1.1.-Carbón: EL CARBON

Actualmente el uso principal del carbón es como combustible. En menor proporción se utiliza como materia prima para la obtención de productos químicos

Del carbón se pueden obtener productos químicos de cuatro formas:

A partir del destilado de alquitrán de hulla que se obtiene al convertir el carbón a coque.

2. Convirtiendo coque a gas de agua (síntesis), del cual pueden obtenerse hidrocarburos de Fischer y Tropsch y metano.

3. Por hidrogenación del carbón para obtener metano o sustancias similares al petróleo.

4. Por conversión del carbón a acetileno vía carburo de calcio.

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6.1.2.-Petróleo: El petróleo es una mezcla líquida de compuestos orgánicos. Su composición varía mucho según el yacimiento, aunque se trata siempre de una mezcla muy compleja en la que los principales constituyentes son hidrocarburos. El refinado del petróleo - proceso indispensable para la obtención de productos útiles - consiste esencialmente en dividirlo en fracciones de distinto punto de ebullición mediante destilación fraccionada y aplicar después diferentes tratamientos a las fracciones obtenidas para que conduzcan a los productos deseados. La división en fracciones de distinto punto de ebullición se produce fácilmente teniendo en cuenta que el punto de ebullición de los hidrocarburos aumenta al aumentar el número de átomos de carbono de la cadena.

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6.1.3.-Gas natural: El gas natural es una mezcla gaseosa y combustible que hace millones de años esta en las profundidades de la tierra. Generalmente esta acompañado del petróleo,

Pero también puede estar en forma aislada.

El gas natural es uno de los combustibles fósiles,

Que también se conocen como hidrocarburos. Este elemento esta compuesto principalmente por metano (CH4), pero tiene una cantidad menor de otros elementos.

El gas natural es menos pesado que el aire, no es toxico y no tiene sabor, color, ni olor, pero se le pone un odorizante para distinguirlo además, es menos inflamable que la mayoría de los combustibles de uso domestico y no necesita procesos de transformación para su uso, lo que permite que tenga un costo realmente competitivo.

Beneficios del gas natural: Al existir la red de distribución, el suministro de gas es continuo y permanente, lo cual representa una gran ventaja en comparación con otros combustibles. Por esto ofrece mayor comodidad, porque evita tener que pedir cilindros, evita la entrada de extraños a la casa y a las duchas cortadas en el caso de los departamentos se olvidan las molestias de tener que llenar periódicamente los estanques, paso de mangueras e ingreso de operarios ajenos al inmueble.

Limpieza del gas natural El gas natural es energía limpia. La combustión del gas natural prácticamente no crea residuos (se quema limpiamente), lo que reduce la contaminación. El gas natural permite reemplazar el combustible que producen mayores contaminantes, como los derivados del petróleo, el carbón o la leña. El gas natural es el combustible más ecológico.

6.1.4.-Minerales radiactivos: Los núcleos de ciertos átomos, como los átomos de uranio o de radio, tienes la propiedad de romperse espontáneamente, desprendiendo partículas y energía. Esta propiedad se denomina radiactividad natural y los minerales que contienen esta propiedad se llaman minerales radiactivos. La energía que se obtiene de los minerales radiactivos no depende de una combustión. El proceso del cual se obtiene dicha energía se llama fisión nuclear y consiste en romper el núcleo de los átomos con lo que se consiguen elementos nuevos y grandes cantidades de energía.

El combustible más utilizado en las centrales de energía nuclear es el uranio, y el mineral mas rico en uranio es la pechblenda o uraninita.

Una tonelada de uranio proporciona tal cantidad de energía como 1 millón de toneladas de carbón. Sin embargo es mucho más contaminante.

6.2.-Fuentes de energía renovables:

6.2.1.-Energía hidráulica: Es aquella energía que se obtiene a partir de la caída del agua desde cierta altura hasta un nivel inferior lo que provoca el movimiento de unas ruedas hidráulicas o turbinas. La energía hidráulica es un recurso natural disponible en las zonas que presentan importantes cantidades de agua. Su desarrollo requiere construir una central hidroeléctrica en pantanos, presas, canales y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad.

6.2.2.-Energía solar: Es la energía radiante producida en el sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la tierra a través del espacio. La recogida directa de energía solar requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares. La energía recogida, se emplea en procesos térmicos; la energía solar se utiliza para calentar un líquido que se distribuye y se convierte en energía eléctrica. Los colectores solares son los de placa plana.

6.2.3.-Energía eólica: es la producida por el viento. El viento es una manifestación indirecta de la energía solar, ésta se produce como resultado del diferente grado de calentamiento de la superficie terrestre por los rayos solares y por el movimiento de rotación de la tierra sobre si misma (fuerza de Corialis). Se considera que un 0.7 por ciento de la radiación solar incidente en las capas altas de la atmósfera, acaba transformada en la energía cinética de los vientos (2,3 Wlm2), aunque mediciones directas dan valores ligeramente superiores (de 4 a 10 W/m2).

Considerando que la aportación del sal en su interacción con el sistema de la atmósfera tierra es de 172.000 TW (un TW son 1.000 megavatios), sólo 1.200 TW están destinados a mantener 14 circulación general de la atmósfera, es decir los vientos.

3.2.4.-Biomasa: La energía del sol es utilizada por las plantas para sintetizar la materia orgánica mediante el proceso de fotosíntesis. Esta materia orgánica es incorporada y transformada por el reino animal, incluido el hombre. El hombre, además, la transforma por procedimientos artificiales para obtener bienes de consumo. Todo este proceso da lugar a elementos utilizables directamente, pero también a subproductos que tienen la posibilidad de encontrar aplicación en el campo energético.

3.2.5.-Energía geotérmica: La energía geotérmica es energía calorífica renovable producida en las profundidades del planeta. Para obtenerla, hay que perforar la corteza terrestre unos 3000 metros.

El calor generado es llevado casi a la superficie por conducción térmica y por intrusión de la capa de magma originado a gran profundidad, esto ocurre en ciertas zonas volcánicas. Las manifestaciones geotérmicas se pueden observar fácilmente en géisers y en aguas termales. Lo que sucede es que el agua de los mantos friáticos se calienta para formar recursos hidrotérmicos naturalmente, formando agua caliente y vapor.

3.2.6.-Energía maremotriz: La energía del sol es utilizada por las plantas para sintetizar la materia orgánica mediante el proceso de fotosíntesis. Esta materia orgánica es incorporada y transformada por el reino animal, incluido el hombre. El hombre, además, la transforma por procedimientos artificiales para obtener bienes de consumo. Todo este proceso da lugar a elementos utilizables directamente, pero también a subproductos que tienen la posibilidad de encontrar aplicación en el campo energético. .

La energía de las mareas o mareomotriz se aprovecha embalsando agua del mar en ensenadas naturales y haciéndola pasar a través de turbinas hidráulicas.

7.-Trabajo, potencia y rendimiento.

7.1.- Trabajo y esfuerzo: No debemos confundir el trabajo con el esfuerzo. Un mismo trabajo, por ejemplo cambiar un mueble de sitio, se puede realizar con poco o con mucho esfuerzo. Es más, se puede hacer mucho esfuerzo y, sin embargo, no realizar ningún trabajo. Si empujamos un mueble y no lo movemos, no habremos hecho ningún trabajo.

Hacemos trabajo cuando aplicamos una fuerza y esta fuerza produce una transformación, por ejemplo un cambio de posición o una deformación.

Al estirar un muelle, levantar una carga o hacer girar una rueda estamos realizando un trabajo.

7.2.- La potencia: La potencia de una máquina es la cantidad de trabajo que la máquina es capaz de hacer en un tiempo determinado, por ejemplo en una hora. Se calcula dividiendo el trabajo realizado entre el tiempo que se ha tardado en realizarlo.

Cuando más potente sea una máquina tanto más rápidamente hará el trabajo. Esto no quiere decir que gaste menos energía para hacerlo, sino que tarda menos tiempo.

La cantidad de energía que se necesita para hacer un trabajo es siempre la misma, pero el esfuerzo y el tiempo que se emplean para hacerlo pueden ser diferentes.

La potencia se mide en watios (W).Un watio equivale a un julio por segundo. Es decir, una máquina que tenga una potencia de 2500 watios puede hacer un trabajo de 2500 julios cada segundo.

7.3.- Rendimiento: No toda la energía que entra en una máquina se emplea para hacer trabajo sino que, por el contrario, una parte de esta energía no se aprovecha y se pierde, generalmente en forma de calor.

Cuando una máquina aprovecha gran parte de la energía que se le suministra en realizar trabajo útil, se dice que tiene rendimiento elevado; en cambio, si una máquina desperdicia grandes cantidades de energía, se dice que tiene bajo rendimiento.

Muchas de estas pérdidas se deben al rozamiento o fricción entre los componentes mecánicos de la máquina.

El rendimiento se define como la relación que existe entre el trabajo útil que se obtiene y la energía que se suministra para obtenerlo.

Generalmente, el rendimiento se expresa en tanto por ciento.

8.-Conclusión

No debemos de abusar de fuentes de energía no renovables, porque si se acabaran no podríamos obtener recursos.

Debemos utilizar fuentes de energías renovables; como la energía solar, eólica, maremotríz, etc.

Los residuos de la energía nuclear son altamente contaminantes y no lo cubre que produzca tanta energía aunque por otra parte si se obtiene la forma de quemar esos residuos será la energía del futuro.

En general, la energía es totalmente necesaria para este nuevo siglo, y es importante cuidar al máximo cada uno de las formas de obtenerla

ÍNDICE

1.- Introducción___________________________________________I

2.- La Energía____________________________________________II

3.-Manifestaciones de la energía_____________________________III

4.-Transformaciones energéticas____________________________VIII

5.- Almacenamiento de la energía______________________________IX

6.- Fuentes de energía_____________________________________XI

7.- Trabajo potencia y rendimiento___________________________XVI

8.- Conclusión__________________________________________XVII