ENERGÍA
¿Qué es la energía? • La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad de producir cambios en los cuerpos. • Se puede medir y se expresa mediante unidades. Su unidad en el Sistema Internacional es el julio (J), aunque existen otras unidades en las que se puede expresar.
Formas de presentarse •
Energía mecánica: es la suma de dos energías. - Cinética: es la que tiene un cuerpo que está en movimiento por lo que es capaz de provocar cambios. - Potencial: es la que tiene un cuerpo debido a su posición, por ejemplo al estar a una determinada altura. Es una energía que los cuerpos tienen almacenada y que pueden producir cambios en otros cuerpos.
• Energía eléctrica: aparece cuando las partículas cargadas de electricidad (como los electrones) se mueven todas en una dirección. El movimiento ordenado de esas cargas es lo que produce la corriente eléctrica. Este tipo de energía se pone de manifiesto en el funcionamiento de todos los electrodomésticos. Estos la obtienen a partir de pilas, de baterías o de la red eléctrica.
• Energía interna: es la que poseen los cuerpos debido al movimiento de las moléculas o átomos que los forman. Tiene gran importancia para el estudio de los cambios de estado. La energía interna de un cuerpo aumenta al pasar del estado sólido al líquido y del líquido al gaseoso. • Energía electromagnética o radiante: la poseen las ondas de radio y televisión. Su principal característica es que puede transmitirse en el espacio en forma de onda sin que exista ningún medio material por lo que no se degrada. El Sol emite
radiación electromagnética, una parte de ella en forma de luz. Además, la radiación solar aporta el calor que, junto con la atmósfera, permite que se mantenga una temperatura idónea para la vida. Así mismo, la energía luminosa es utilizada por los organismos fotosintéticos para elaborar materia orgánica. • Energía química: la poseen los compuestos químicos. Se pone de manifiesto en todas las reacciones químicas. Los alimentos, las pilas y los explosivos la contienen. Los organismos
almacenan esta energía en compuestos orgánicos, principalmente en glúcidos y lípidos, a partir de los cuales las células la obtienen mediante reacciones de oxidación. • Energía nuclear: recibe este nombre porque se obtiene a partir del núcleo de los átomos. Se manifiesta en las reacciones nucleares, en las que se liberan grandes cantidades de energía.
Existen dos tipos de reacciones nucleares: • Fisión: es el proceso en el que un núcleo atómico se rompe en dos o más fracciones mas ligeras, con la liberación de una gran cantidad de energía. • Fusión: es el proceso que tiene lugar cuando se unen núcleos de átomos ligeros y producen un núcleo más pesado y también se libera gran cantidad de energía.
• Energía térmica: este tipo se transfiere de un cuerpo a otro al estar a diferente temperatura. Está relacionada con la cinética del movimiento de los átomos y moléculas que forman losa compuestos. Este paso de energía es lo que denominamos calor, por lo que no se considera un tipo de energía en sí, sino una energía en tránsito; es decir, una forma de pasar energía de un cuerpo a otro.
CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA -Puede ser almacenada y por tanto, usada cuando más convenga. La energía eléctrica puede ser acumulada en condensadores, que son dispositivos eléctricos muy utilizados; por ejemplo, en ordenadores portátiles, teléfonos móviles, etc. -Puede ser transportada. La energía puede pasar de un lugar a otro mediante un sistema que la traslade. La energía eléctrica se transporta mediante cables.
-Puede transformarse de unas formas de energía a otras que sean más útiles. La energía química de una pila se puede transformar en eléctrica y hacer funcionar un aparato de radio. -Se transfiere. La energía puede pasar fácilmente de unos cuerpos a otros. Por ejemplo, cuando un vaso de agua se calienta, lo hace porque se produce una transferencia de energía desde el medio que se encuentra a una temperatura más alta hacia el que tiene menor temperatura.
-Se conserva. Cuando se utiliza, la energía no se gasta. La energía no se puede crear ni destruir, solo se transforma o se transmite de un cuerpo a otro. Este principio es uno de los más importantes de la física y se conoce con el nombre de principio de conservación de la energía. -Se degrada. Generalmente, en los procesos de transformación de un tipo de energía en otra, se produce calor, que no es posible aprovechar. Esto se supone que parte de la energía se pierde.
FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA La energía eléctrica apenas existe libre en la naturaleza de manera aprovechable. Un ejemplo son las tormentas eléctricas. La electricidad tampoco tiene una utilidad biológica directa para el ser humano, salvo en aplicaciones muy singulares, como pudiera ser el uso de corrientes en medicina (electroshock).
La generación de energía eléctrica es una actividad humana básica, ya que está directamente relacionada con los requerimientos actuales del hombre. Todas la formas de utilización de las fuentes de energía, tanto las habituales como las denominadas alternativas o no convencionales, agreden en mayor o menor medida el ambiente, siendo de todos modos la energía eléctrica una de las que causan menor impacto.
FUENTES RENOVABLES Son las que se regeneran continuamente. Tienen su origen principalmente en el flujo continuo de energía del sol. Son fuentes renovables de energía el sol, el viento, el movimiento de los ríos, las olas y las mareas de mares y océanos, el calor interno de la Tierra y la biomasa. El hecho de que una fuente de energía sea renovable no significa que sea abundante o que su explotación resulte poco costosa.
HIDRÁULICA • Esta energía se obtiene en las presas a partir del agua almacenada en los embalses de los ríos. Cuando el agua almacenada se deja salir al cauce del río, pasa a través de una turbina que gira y que se encuentra acoplado a un generador eléctrico, mediante el cual se produce electricidad. De esta forma, la energía potencial del agua almacenada se transforma en energía cinética y, por último en energía eléctrica.
Las instalaciones que transforman la energía del agua en energía eléctrica se llaman centrales hidroeléctricas. Ventajas de la energía hidráulica: - Las centrales hidroeléctricas tienen un mantenimiento mínimo y un coste de explotación bajo. -Es un tipo de energía que no genera residuos ni contaminantes. -La construcción de embalses ayuda a controlar las inundaciones y suministra agua para la agricultura durante las épocas secas.
Inconvenientes de la energía hidráulica: -La energía eléctrica generada es transportada a través de una costosa red, debido a que las centrales hidroeléctricas generalmente están lejos de las grandes poblaciones. -La cantidad de agua disponible depende del tiempo meteorológico. Cuando las lluvias son escasas, la producción eléctrica es menor. -La construcción de embalses implica la inundación de grandes extensiones de terreno, lo que produce graves alteraciones en el entorno. -Existen riesgos de rotura de la presa, lo que puede provocar grandes inundaciones en las poblaciones cercanas.
ENERGÍA SOLAR Esta energía nos llega desde el sol en forma de radiación electromagnética. España, por su elevado número de horas de sol al año, tiene un gran potencial de aprovechamiento de esta energía. Según el modo en el que se emplee la energía solar, se habla de energía solar térmica y energía solar fotovoltaica. La energía solar térmica es la que se emplea para calentar un fluido generalmente agua. Este proceso tiene lugar en unos aparatos denominados colectores. La energía obtenida se puede utilizar para obtener agua caliente y calefacción de uso doméstico.
La energía solar fotovoltaica permite la transformación directa de energía del sol en energía eléctrica por medio de unos dispositivos especiales fabricados con silicio, llamados paneles fotovoltaicos. Esta energía puede utilizarse directamente para consumo doméstico o bien transferirse a la red eléctrica general. Ventajas de la energía solar: -Es una fuente inagotable a escala humana. -Es una energía limpia, no produce ruidos ni sustancias contaminantes. -Su mantenimiento es barato y permite que llegue la electricidad a zonas aisladas.
Inconvenientes de la energía solar: -Su disponibilidad varía en función de diferentes factores, como la latitud, las estaciones, la sucesión día-noche, la nubosidad, etc. -La energía eléctrica producida no se puede almacenar. -Su utilización a gran escala necesita de sistemas de captación que ocupan grandes extensiones de terreno, que quedan inutilizadas para otros usos.
ENERGÍA EÓLICA •
Es la energía cinética del viento. Los movimientos de las masas de aire se originan por las diferencias de temperatura entres distintas zonas de la Tierra, lo que a su vez se debe a la diferente insolación del ecuador y los polos. La energía del viento se puede usar directamente o transformada en otras formas de energía. Actualmente, la energía eólica se emplea para producir energía eléctrica. Para ello se utilizan unos aparatos llamados aerogeneradores.
Los aerogeneradores disponen de unas palas que giran gracias a la energía del viento. Este movimiento es transmitido por un eje a un generador alojado en el interior que transforma la energía mecánica de la rotación en energía eléctrica. Por último, la energía eléctrica generada es transferida a la red eléctrica para su consumo.
Ventajas de la energ铆a e贸lica: -El viento es gratuito y no se agota. -Los aerogeneradores tienen bajos costes de instalaci贸n y mantenimiento. -Se consigue un alto rendimiento. -No se producen residuos ni sustancias contaminantes.
Inconvenientes de la energ铆a e贸lica: -Es intermitente y aleatoria, ya que depende del viento, que puede cambiar de intensidad en pocas horas. -Los aerogeneradores pueden ser un peligro para los animales voladores. -Los parques e贸licos precisan de grandes terrenos. -Los aerogeneradores producen impactos visuales negativos para el paisaje. -Los aerogeneradores generan fuertes impactos ac煤sticos.
Biomasa • La biomasa es el conjunto de materia orgánica de origen animal o vegetal procedente de la transformación natural o artificial de los seres vivos. La energía de la biomasa corresponde a la que puede obtenerse de ella, bien a través de su combustión directa o mediante su transformación para conseguir otro tipo de combustible.
Este tipo de energía se produce de tres maneras: -Mediante el cultivo agrícola de especies de rápido crecimiento, que tienen un alto contenido energético, como cardos, remolacha y cereales. -Aprovechando los residuos de las actividades domésticas (papel, cartón, restos de alimentos...), agrícolas (paja, malas hierbas...), ganaderas (excrementos, restos de animales...) y forestales (ramas, hojas...). -Transformando química o biológicamente ciertas especies vegetales para convertirlas en productos energéticos como biocombustibles.
Antes de proceder al tratamiento de la biomasa con fines energéticos es necesario someterla a una serie de procesos que faciliten su manipulación, transporte y almacenamiento final. Entre estas operaciones destacan la compactación y el secado. Hoy día, el uso de la biomasa en aplicaciones energéticas se hace principalmente para la producción de gas (llamado biogás), en energía calorífica y energía eléctrica.
• Ventajas de la biomasa: • -Produce pocos residuos, que además son biodegradables. • -Los biocombustibles generados a partir de ella son menos contaminantes que los combustibles fósiles. • -Gran parte de la biomasa son residuos de actividades humanas, por lo que su uso energético elimina el coste del tratamiento de los mismos. • Inconvenientes de la biomasa: • -Posee un bajo rendimiento energético. • -En estado fresco tiene un gran volumen lo que dificulta su manipulación y transporte.
Energía geométrica • Es la energía que proviene del calor almacenado en el interior de la Tierra. Se obtiene de aperturas naturales o mediante la perforación de la estructura terrestre. • Actualmente, el calor terrestre se aprovecha por ejemplo en zonas volcánicas o en zonas de aguas termales, para calefacción y climatización de piscinas. • Esta energía asociada a las regiones del planeta en las que el gradiente geotérmico es elevado.
• Ventajas de la energía geotérmica: -No produce residuos y es inagotable a escala humana. -En algunos países resulta rentable para utilizar energía eléctrica. Inconvenientes de la energía geotérmica: -La localización de yacimientos geotérmicos es difícil y costosa. En muchos casos hay que perforar si no existen salidas naturales. -Su explotación y mantenimiento pueden resultar muy costosos.
Energía maremotriz • Es la energía que se obtiene del movimiento del agua del mar, principalmente por las mareas. Hay lugares en los que la diferencia del nivel del agua entre la marea alta (pleamar) y la marea (bajamar) es de varios metros. Esta diferencia de altura puede originar energía cinética utilizable para generar en una central maremotriz, mediante el uso de presas compuertas y turbinas.
• Ventajas de la energía maremotriz: -Es una fuente limpia. -No produce residuos. -Es prácticamente inagotable. Inconvenientes de la energía maremotriz: -Puede producir alteraciones en los ecosistemas próximos. -Está limitada a zonas costeras con condiciones idóneas. -Tiene un bajo rendimiento energético. -Se necesita una alta tecnología muy costosa.
FUENTES NO RENOVABLES Son las que no se regeneran a la escala humana del tiempo. Son de origen terrestre y se han formado durante procesos geológicos muy lentos, a lo largo de millones de años. En la actualidad disponemos de unas reservas muy limitadas y se consumen rápidamente, por lo que se agotarán.
CARBÓN •
La formación del carbón comenzó hace millones de años, cuando grandes cantidades de restos vegetales se fueron depositando en zonas con una fuerte subsidencia, lo que permitió su acumulación a lo largo de millones de años. El aumento de presión y temperatura debido a su enterramiento fue transformando la materia vegetal en carbón.
Existen cuatro tipos de carbón: antracita, hulla, lignito y turba. Su poder calorífico, es decir, la energía que se obtiene al quemar un kg de dicho carbón, es diferente de unos a otros. Entre los usos que se da al carbón destacan: - Como combustible , para la obtención de energía eléctrica en las centrales térmicas. - Como combustible, para usos domésticos (calefacción, cocina, etc.).
- Como materia prima para obtener diversos productos, como plásticos, fibras sintéticas y productos farmacéuticos. El carbón se puede extraer en minas a cielo abierto o de yacimientos a cientos de m de profundidad mediante minas subterráneas.
Petróleo •
Es la fuente de energía mas utilizada en la actualidad. Como combustible es más eficaz que el carbón, pues posee mayor poder calorífico. Se originó hace millones de años por la acumulación de microorganismos marinos (plancton) en el fondo del mar. Al quedar enterrados por sucesivas capas de arcilla, y bajo condiciones adecuadas de presión y temperatura, se transformaron en petróleo.
El petróleo se extrae en forma de crudo. Para su utilización debe someterse a un proceso de refinado, que es una destilación fraccionada en la que se obtienen productos gaseosos (metano, butano), líquidos (gasolina, fuel, queroseno) y sólidos (alquitranes, betunes). El transporte de crudo se realiza por oleoductos y mediante grandes barcos petroleros. Los derivados se emplean como combustible y como materia prima para la fabricación de fertilizantes, plásticos, pinturas, etc.
Gas natural •
Se conoce como una mezcla de gases, entre los que el metano se encuentra en mayor proporción. Su origen es el mismo que el del petróleo, pero en condiciones de presión y temperaturas mayores, por lo que se encuentra junto a él. Se emplea tal como se obtiene de la naturaleza. Aunque, una vez extraído, debe ser licuado, es decir, convertido en líquido, con el fin de facilitar su transporte y almacenamiento.
Una forma de conducirlo hasta los lugares de consumo es a través de gasoductos. Cuando las distancias son muy grandes, el gas se lleva en grandes buques cisterna. Una vez transportado, debe ser convertido nuevamente en gas, lo que se realiza en las plantas de regasificación, donde también se almacena hasta su utilización. Su poder calorífico es alto y su combustión es limpia, por lo que cada vez es más utilizado.
Las reservas de gas natural son abundantes y se supone que existen grandes yacimientos todavía sin descubrir. Sin embargo, este recurso energético no renovable se agotará si sigue el ritmo de consumo actual. Puede sustituir al carbón y al petróleo en casi todas sus aplicaciones. Se usa: - En las cocinas y para calefacción. - Como combustible en ciertos vehículos. - En centrales térmicas para producir energía eléctrica, como sustituto del carbón.
Uranio • Es un elemento cuyos átomos son inestables y pueden romperse o fisionarse. Se utiliza como combustible base para la generación de energía nuclear. En las centrales nucleares se rompen los átomos mediante reacciones de fisión nuclear. La energía que se libera se usa para calentar agua y producir vapor con el que se mueve una turbina y se genera energía eléctrica.
Las centrales nucleares no producen contaminantes atmosféricos; sin embargo, generan residuos radioactivos que deben ser cuidadosamente controlados y almacenados en depósitos o “cementerios nucleares” de alta seguridad para evitar daños a la personas y al medio natural. Algunos de estos residuos duran miles de años.