Principios generales sobre la energía

Física. Transformación y conservación. Tipología. Fuentes alternativas. Orimulsión

  • Enviado por: Daniel Goncalves
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
  • 11 páginas
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Introducción

Hoy en día el mundo esta lleno de energía, cada ser humano que nos rodea esta lleno de energía, un automóvil tiene energía, y hasta algunos elementos de la naturaleza están llenos de energía.

La energía en estos objetos puede presentarse de diferente formas, por ejemplo una pelota que se mueve esta impulsada por una energía cinética, o un río de gran caudal puede producir grandes cantidades de energía hidroeléctrica. Por esto es importante conservar los recursos naturales ya que algunas son energías no renovables.

El ser humano se ve en la necesidad de canalizar y controlar estas energías para su debido uso y no malgastarlas por esto, se crean centrales hidroeléctricas, plantas de refinación y otros lugares donde se almacena y se trata la energía en sus distintas formas.

La energía y sus formas

a.1 Energía 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

a.2 Energía Potencial:

Algunos objetos pueden realizar trabajo cuando se mueven; otros, pueden realizar trabajo por u posición o forma. La energía potencial es una energía de posición. Una banda de goma tiene el potencial, o la capacidad de volar a través del cuarto. 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 el. 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. El núcleo de un átomo es un grupo de partículas unidas por una gran fuerza. La energía potencial del núcleo de un átomo puede liberarse si el núcleo se divide en un reactor nuclear.La energía cinética que se le da a un cuerpo se transforma en energía potencial y luego de nuevo, en energía cinética.

a.3 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.

a.4 Energía nuclear:

El núcleo o centro de un átomo es la fuente de la energía nuclear. Cuando el núcleo se parte, se libera energía nuclear en forma de energía calórica y lumínica. También se libera energía nuclear cuando núcleos livianos chocan a altas velocidades y se fusionan. La energía del sol se produce a partir de una reacción de fusión nuclear en la cual núcleos de Hidrógeno se fusionan formando núcleos de Helio. La energía nuclear es la forma de energía más concentrada.

a.5 Energía térmica:

La materia esta hecha de partículas llamadas átomos que están en movimiento constante. El movimiento interno de los átomos se llama energía calórica. En cuanto más rápido se mueven las partículas, más energía calórica se produce. La energía calórica proviene usualmente, de la fricción. Ésta transforma la temperatura y el estado de la materia.

a.6 Energía eléctrica:

Los motores y generadores eléctricos son grupo de dispositivos usados para convertir energía mecánica en energía eléctrica, o energía eléctrica en energía mecánica, por medios electromagnéticos. Una máquina que convierte energía mecánica en energía eléctrica se llama un generador, alternador, o dínamo, y una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica se llama motor.

La más simple de todas las máquinas dinamoeléctricas es el dinamo de disco desarrollado por Faraday. Consiste en un disco de cobre montado de modo que la parte del disco, del centro al borde, está entre los polos de un imán de herradura. Cuando se rota el disco, una corriente es inducida entre el centro del disco y su borde por la acción del campo del imán. El disco puede ser hecho para operar como motor aplicando un voltaje entre el borde del disco y su centro, haciendo que el disco rote debido a la fuerza producida por la reacción magnética.

El campo magnético de un imán permanente es lo bastante fuerte como para hacer funcionar un dínamo o un motor pequeño. Como consecuencia, en las grandes máquinas, se emplean los electroimanes. Los motores y los generadores consisten de dos unidades básicas, el campo, que es el electroimán con sus bobinas, y la armadura, que es la estructura que utiliza los conductores que cortan el campo magnético y llevan la corriente inducida a un generador o la corriente producida a un motor. La armadura es generalmente una base de hierro laminada alrededor de la cual los alambres conductores son enrollados formando bobinas.

a.7 Energía radiante:

La energía radiante es la energía asociada con ondas producidas en un medio por algún manantial como onda sonora en el aire causadas por un diapasón, ondas luminosas, etc.; y especialmente esa misma energía cuando es emitida por moléculas y átomos a causa de cambios internos. Esta ultima forma de energía se radia en líneas rectas con la velocidad de la luz, puede pasar atrevas de ciertos medios sin absorción, puede ser absorbidas por otros medio, como cuerpos negros, y puede, en fin, ser reflejada por otro medio, como superficies lisas o pulimentadas.

  • Transformación y conservación de la energia:

  • La energía se puede presentar en formas diferentes, es decir, puede estar asociada a cambios materiales de diferente naturaleza. Así, se habla de energía química cuando la transformación afecta a la composición de las sustancias, de energía térmica cuando la transformación está asociada a fenómenos caloríficos, de energía nuclear cuando los cambios afectan a la composición de los núcleos atómicos, de energía luminosa cuando se trata de procesos en los que interviene la luz, etc.

    Los cambios que sufren los sistemas materiales llevan asociados, precisamente, transformaciones de una forma de energía en otra. Pero en todas ellas la energía se conserva, es decir, ni se crea ni se destruye en el proceso de transformación. Esta segunda característica de la energía constituye un principio físico muy general fundado en los resultados de la observación y la experimentación científica, que se conoce como principio de conservación de la energía.

    Otro modo de interpretarlo es el siguiente: si un sistema físico está aislado de modo que no cede energía ni la toma del exterior, la suma de todas las cantidades correspondientes a sus distintas formas de energía permanece constante. Dentro del sistema pueden darse procesos de transformación, pero siempre la energía ganada por una parte del sistema será cedida por otra. Esto es lo que sucede en el universo, que en su conjunto puede ser considerado como un sistema aislado.

    Una descripción matemática de este principio puede efectuarse como sigue: sea S un sistema aislado, el cual tras un proceso de transformación interna pasa a convertirse en S'. Representando por E la energía total del sistema o suma de las cantidades correspondientes a las diferentes formas de energía presentes en él, la conservación de la energía se expresaría en la forma:

    E' = E (6.1)

    o también:

    'Energía'

    es decir, la variación DE de la energía total E del sistema por efecto de su transformación interna ha sido nula.

    Si se considera que el sistema está formado sólo por dos partes o subsistemas 1 y 2, la aplicación del principio de conservación de la energía supondrá ahora:

    E'1 + E'2 = E1 + E2

    o agrupando términos semejantes:

    E'1 - E1 = - (E'2 - E2)

    'Energía'

    'Energía'

    lo que expresa que la energía ganada DE por el subsistema 1 es igual a la perdida, - DE2, por el subsistema 2 sin que haya habido en conjunto variación alguna en la energía total del sistema.

  • Transformación de energía:

  • Acto de transmitir energía a un cuerpo.

    Ejemplos:

    · En forma de calor: se puede transferir energía a un cuerpo suministrándole calor. Cuando una sustancia sufre algún cambio de temperatura (calor/frío), experimenta un cambio físico que hace variar su aspecto.

    · En forma de trabajo: se puede transferir energía a un cuerpo ejerciendo sobre él algún tipo de trabajo.

  • Degradación de energía:

  • La experiencia demuestra que conforme la energía va siendo utilizada para promover cambios en la materia va perdiendo capacidad para ser empleada nuevamente. El principio de la conservación de la energía hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de la energía, la cual está relacionada con la posibilidad de ser utilizada. Así, una cantidad de energía concentrada en un sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se halle dispersa.

    Aun cuando la cantidad de energía se conserva en un proceso de transformación, su calidad disminuye. Todas las transformaciones energéticas asociadas a cambios materiales, acaban antes o después en energía térmica; ésta es una forma de energía muy repartida entre los distintos componentes de la materia, por lo que su grado de aprovechamiento es peor. Este proceso de pérdida progresiva de calidad se conoce como degradación de la energía y constituye otra de las características de esta magnitud o atributo que han identificado los físicos para facilitar el estudio de los sistemas materiales y de sus transformaciones.

  • Fuentes alternas de energía:

  • e.1 carbón

    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:

    ð 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.

  • Orimulsion:

  • Definiciones:

    - Combustible líquido producido mediante tecnología desarrollada por PDVSA Intevep, S.A. y esta compuesto por 70% de Bitumen natural, 30% de agua más aditivos para estabilizar la emulsión (surfactantes). Estos surfactantes son agentes emulsificantes, que se añaden para promover estabilidad a la emulsión. Forman una capa molecular que actúa como barrera, la cual previene la coalescencia de las pequeñas goticas.

    - Es la marca comercial (marca registrada) dada al combustible fósil que se produce de bitumen natural mezclado con agua.

    - El nombre de este combustible deriva de Orinoco, de donde es el bitumen natural y de emulsión, ORIMULSIÓN.

    Características:

    Es el único combustible en mundo de su naturaleza, es decir una base acuosa que suspende un hidrocarburo que no es subproducto de refinación, luce se maneja y se quema como combustible pesado; sin embargo, consiste de pequeñas gotas de bitumen suspendidas en agua.

    Componentes:

    - 30% Agua

    - 59% a 60% Carbón

    - 0,7% a 0,9% Cenizas

    - 2% a 2,8% Azufre

    - 7,2% a 7,8% Hidrógeno

    - 0,4% a 9,58% Nitrógeno

    - 0,53% a 0,60% Oxígeno

    Ventajas:

    Una de las ventajas de este combustible radica en que Venezuela puede venderlo fuera de la cuota de producción de la OPEP y su exportación tiene una alta incidencia el fisco nacional.

  • Energías del futuro:

  • i.1 energía de biomasa:

    Inconvenientes del uso de la energía de la biomasa:

    En muchos lugares se está quemando la madera y destruyendo los bosques a un ritmo mayor que el que se reponen, por lo que se están causando graves daños ambientales

    Al ser los gases quemados añaden CO2 al ambiente

    Mucha de esta energía se usa para hacer alcohol.

    Alrededor de la mitad de la población mundial sigue dependiendo de la biomasa como fuente principal de energía.

    Beneficios del uso de la energía de la biomasa:

    Con su uso se eliminan residuos de la naturaleza.

    Al quemar madera, restos orgánicos, etc., se produce electricidad.

    Es renovable siempre que se use adecuadamente.

    i.2 energía solar:

    Inconvenientes del uso de la energía solar:

    Uno de los problemas de la electricidad generada con el sol es que sólo se puede producir durante el día y es difícil y cara para almacenar.

    Baja eficiencia de las centrales.

    Hay que concentrarla para obtener energía eléctrica de manera rentable.

    Beneficios del uso de la energía solar:

    Puede ayudar a resolver problemas energéticos.

    Es energía limpia.

    Las centrales solares no contaminan.

    i.3 energía eóica:

    Inconvenientes del uso de la energía eólica:

    El impacto ambiental de este sistema de obtención de energía es bajo. Es sobre todo estético, porque deforman el paisaje, aunque también hay que considerar la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos.

    Sólo son rentables en zonas en las que el viento sople muy fuerte.

    Beneficios del uso de la energía eólica:

    Se reduce la dependencia de combustibles fósiles.

    Los niveles de emisiones contaminantes, asociados al consumo de combustibles fósiles se reducen en forma proporcional a la generación con energía eólica.

    Las tecnologías de la energía eólica se encuentran desarrolladas para competir con otras fuentes energéticas.

    El tiempo de construcción es menor con respecto a otras opciones energéticas.

    Al ser plantas modulares, son convenientes cuando se requiere tiempo de respuesta de crecimiento rápido.

    i.4 energía de las mareas

    Inconvenientes del uso de la energía de las mareas:

    Localización puntual.

    Dependiente de la amplitud de las mareas.

    Traslado de energía, muy costoso.

    Beneficios del uso de la energía de las mareas:

    Auto renovable.

    No contaminante.

    Silenciosa.

    Bajo costo de materia prima.

    No concentra población.

    i.5 energía geotérmica

    Inconvenientes de la energía geotérmica:

    Energía no renovable.

    Por una parte el agua caliente extraída del subsuelo es liberada en la superficie contaminando térmicamente los ecosistemas, al aumentar su temperatura natural.

    El agua extraída asciende con sales y otros elementos disueltos que contaminan la atmósfera y las aguas si no es purificada.

    Beneficios de uso de la energía geotérmica:

    Es de uso sanitario.

    Balnearios.

    Sirve para cultivos en invernaderos durante el periodo de nevadas.

    Ayuda a reducir el tiempo de crecimiento de pescados, crustáceos, etc.

    Para varios usos industriales como la pasteurización de la leche.

    Se puede utilizar para la implantación de calefacción en distritos enteros y viviendas individuales.

    Conclusión

    Luego de estudiar a Einstein que fue la primera persona en tratar de experimentar con la energía, podemos concluir que la energía ha sido un descubrimiento que marca la vida del ser humano de una manera trascendental ya que apartir del momento en que se descubrió la electricidad fueron apareciendo inventos como la bombilla y el teléfono con los que el ser humano se facilito la vida.

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