Energía.
La energía es el concepto mas fundamental de toda la ciencia.Sin embargo, el concepto de energía era desconocido a Isaac Newton, y su existencia aun era tema de debate alrededor del año 1850.El concepto de energía es relativamente reciente y hoy lo encontramos no sólo en todas las ramas de la ciencia, sino en casi todos los aspectos de la sociedad humana. Todos estamos muy familiarizados con el: el Sol nos da energía en forma de luz,nuestros alimentos contienen energía y esta mantiene la vida.La energía es quizás el concepto científico mas popular; con todo, es uno de los más difíciles de definir. Hay energía en las personas,los lugares y las cosas, pero únicamente observamos su efectos cuando algo esta sucediendo.Sólo podemos observar la energía cuando se transfiere de un lugar a otro o cuando se transforma de una forma en otra. Y en si la energía es una propiedad que le permite a cualquier objeto físico realizar algún trabajo, la cual aprovechamos día con día.
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Diagrama de reforzamiento sobre energía.
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Radiación electromagnética: es la emisión de fotones responsables de la interacción electromagnética. La luz es una radiación electromagnética, al igual que la radio.
El teléfono celular, el microondas, el tostador, entre otros aparatos eléctricos, emiten radiaciones electromagnéticas. La radiación electromagnética tiene diversas longitudes de onda.
El término radiación se ha asociado con desastres radioactivos, pero no toda la radiación es dañina, de hecho muchas de las comodidades que tenemos hoy en día, emiten radiaciones electromagnéticas.
Obtención y aprovechamiento de la energía Beneficios y riesgos en la naturaleza y la sociedad.
ENERGÍA EÓLICA
La energía eólica es la que se obtiene del viento, es decir, de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren una energía. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.
El impacto medioambiental de este sistema de obtención de energía es relativamente bajo, pudiéndose nombrar el impacto estético, porque deforman el paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. Además, este tipo de energía, al igual que la solar o la hidroeléctrica, están fuertemente condicionadas por las condiciones climatológicas, siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.
El impacto medioambiental de este sistema de obtención de energía es relativamente bajo, pudiéndose nombrar el impacto estético, porque deforman el paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. Además, este tipo de energía, al igual que la solar o la hidroeléctrica, están fuertemente condicionadas por las condiciones climatológicas, siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.
ENERGÍA GEOTÉRMICA
La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc.
Se obtiene energía geotérmica por extracción del calor interno de la Tierra. En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas basales o dentro de rocas sedimentarias. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor (flashing). El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente rentable.
Se obtiene energía geotérmica por extracción del calor interno de la Tierra. En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas basales o dentro de rocas sedimentarias. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor (flashing). El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente rentable.
ENERGÍA HIDRÁULICA
Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la electricidad 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: Función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.
• La Energía: Esta debe estar garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.
Esta forma de energía posee problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.
Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales mareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.
• La Potencia: Función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.
• La Energía: Esta debe estar garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.
Esta forma de energía posee problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.
Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales mareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.
ENERGÍA NUCLEAR
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.
Estas centrales constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) 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, y en algunos combustibles también plutonio, generado a partir de la activación del 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.
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 para su operación. 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.
Estas centrales constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) 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, y en algunos combustibles también plutonio, generado a partir de la activación del 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.
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 para su operación. 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.
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
La energía solar fotovoltaica es la 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 los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica.
Los principales problemas de este tipo de energía son su elevado coste en comparación con los otros métodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el sílice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatológicas.
Los principales problemas de este tipo de energía son su elevado coste en comparación con los otros métodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el sílice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatológicas. Este último problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de energía para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se están estudiando sistemas como el almacenamiento cinético, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento químico, entre otros.
Los principales problemas de este tipo de energía son su elevado coste en comparación con los otros métodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el sílice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatológicas.
Los principales problemas de este tipo de energía son su elevado coste en comparación con los otros métodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el sílice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatológicas. Este último problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de energía para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se están estudiando sistemas como el almacenamiento cinético, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento químico, entre otros.
ENERGÍA TERMOELÉCTRICA
Una central termoeléctrica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear. Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas.
En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un condensador donde circula por tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.
En las centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustión del gas natural para mover una turbina de gas. En una cámara de combustión se quema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todavía se encuentran a alta temperatura (500 °C), se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoeléctrica común. El vapor luego es enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeración como en una central térmica común. Además, se puede obtener la cogeneración en este tipo de plantas, al alternar entre la generación por medio de gas natural o carbón. Este tipo de plantas está en capacidad de producir energía más allá de la limitación de uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la utilización de fuentes de energía por insumos diferentes.
Las centrales térmicas que usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera dióxido de carbono (CO²), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. También, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y cantidades variables de residuos sólidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (véase accidente de Chernóbil) y también generan residuos radiactivos de diversa índole.
Una central térmica solar o central termosolar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica. En ellas es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 °C hasta 1000 °C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser útiles para otros usos (agrícolas, forestales, etc.).
En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un condensador donde circula por tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.
En las centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustión del gas natural para mover una turbina de gas. En una cámara de combustión se quema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todavía se encuentran a alta temperatura (500 °C), se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoeléctrica común. El vapor luego es enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeración como en una central térmica común. Además, se puede obtener la cogeneración en este tipo de plantas, al alternar entre la generación por medio de gas natural o carbón. Este tipo de plantas está en capacidad de producir energía más allá de la limitación de uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la utilización de fuentes de energía por insumos diferentes.
Las centrales térmicas que usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera dióxido de carbono (CO²), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. También, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y cantidades variables de residuos sólidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (véase accidente de Chernóbil) y también generan residuos radiactivos de diversa índole.
Una central térmica solar o central termosolar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica. En ellas es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 °C hasta 1000 °C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser útiles para otros usos (agrícolas, forestales, etc.).
Este enlace explica mas detalladamente los tipos de energías con sus beneficios y desventajas.
Importancia del aprovechamiento de la energía orientado al consumo sustentable
El Consumo sustentable se refiere al uso óptimo de la energía desde su producción hasta la eficiencia energética de su uso.
La Eficiencia energética es la implementación de acciones que favorezcan la reducción de la cantidad de energía utilizada sin afectar las necesidades de la población. Esto es un uso menor de energía con el mismo resultado que se tiene en la actualidad. El aprovechamiento sustentable busca garantizar el suministro eléctrico y reducir el impacto ambiental.
Hay programas nacionales para aprovechar la energía y fomentar el consumo sustentable, pero las acciones individuales cuentan mucho, así que hay que implementar acciones para aprovechar la energía en la casa y en la escuela, entre las cosas que puedes hacer están:
- Revisar tus electrodomésticos : el 30% del consumo global de energía es gracias a los aparatos electrodomésticos. Para reducir el consumo de energía de este rubro es necesario que tus electrodomésticos funcionen correctamente, que desconectes los aparatos que no estés utilizando y que, de ser posible, cambies aparatos (como los refrigeradores) por modelos ahorradores de energía.
- Iluminación: el consumo de electricidad para iluminar, representa la quinta parte del consumo mundial. Cambia tus focos por bombillas ahorradoras y no enciendas luces que no necesites. Le darás un respiro al planeta.
- Transporte: para ahorrar energía en este sector asegúrate que el automóvil funcione adecuadamente, usa la bicicleta cada vez que puedas, camina, comparte el vehículo con las personas que van al mismo lugar que tú, utiliza el transporte público.
Generación, aprovechamiento y transportación de la energía eléctrica.
En nuestros días, la gran cantidad de energía eléctrica del mundo se produce de diversas maneras, siendo las principales los combustibles fósiles, fisión nuclear, agua y viento. Por ejemplo, en los generadores Michael Faraday, bobinas de alambre de cobre rotativas entre los polos de un imán, producen corriente eléctrica constante con el movimiento. Ese movimiento debe realizarse haciendo girar un gran disco, cuyo eje se une a una turbina que lo mantiene en movimiento constante. De esta manera, la gran cantidad de energía eléctrica se genera a partir del funcionamiento de estas turbinas, lo cual se logra de diferentes maneras.
Mediante combustibles fósiles
Por medio de la quema de combustibles fósiles, la electricidad es generada cuando las paletas de la turbina se mueven gracias a grandes cantidades de vapor. El vapor se genera calentando miles y miles de litros de agua en hornos gigantes y luego se dirige hacia donde están las paletas mediante una serie de canales que presionan el vapor con fuerza. Para conseguir el vapor, el agua hierve con la quema de los combustibles fósiles, como por ejemplo el carbón, el petroleo o el gas natural. Por supuesto, las consecuencias no son las mejores y con este método se liberan grandes cantidades de dióxido de carbono, lo que contamina el aire y el medio ambiente considerablemente.Con agua
Mediante el agua que se controla en la represa se produce electricidad de forma muy similar, solo que en este caso no hay que quemar nada. Las represas de agua sirven para dos propósitos en particular: restringir o controlar grandes cantidades de agua (que a veces pueden resultar peligrosas) y la producción de corriente eléctrica. Controlando el paso del agua que corre a través de un gran río, se puede regular y dirigir con presión, fuertes chorros de agua que mueven las turbinas, produciendo así la electricidad.Con viento
En aquella oportunidad vimos cómo es posible generar energía eléctrica a partir de la energía eólica, aprovechando la fuerza del viento. Con la producción de electricidad a partir del viento se desarrolla exactamente el mismo proceso, solo que a un nivel magno. La electricidad es producida a partir de grandes generadores de energía eólica, los molinos de viento y los aerogeneradores son utilizados para movilizar enormes turbinas que luego convierten la energía generada por el viento en energía eléctrica.Mediante fisión nuclear
Mediante la fisión nuclear se creó la bomba nuclear, así es, sin embargo, con ella también es posible crear algo mucho más útil: energía eléctrica. Como sabemos, en la fisión nuclear se produce una reacción en cadena por medio de la cual se bombardea uranio con neutrones, haciendo que éste se divida. Cada vez que se divide un núcleo de uranio, más neutrones se liberan, haciendo que cada división nuclear en el uranio vuelva a dividirse una y otra vez. La reacción en cadena genera una gran cantidad de calor y ese calor se usa para calentar agua que luego se convierte en vapor. Ese vapor, al igual que en el primer tipo de generación de electricidad que vimos, mueve las turbinas cuando se conduce con presión hacia las turbinas generadoras que producen la electricidad.| ¿Para qué la usamos? ¿Cómo la aprovechamos? En las fábricas La industria utiliza aproximadamente la mitad de la energía eléctrica, una cuarta parte de su consumo de energía. La electricidad tiene muchos usos en las fábricas: se utiliza para mover motores, para obtener calor y frío, para procesos de tratamiento de superficies mediante electrólisis, etc. Una circunstancia reciente es que la industria no sólo es una gran consumidora de electricidad, sino que, gracias a la cogeneración, también empieza a ser productora.En el transporte Tan sólo el transporte público (y dentro de él los ferrocarriles) emplea energía eléctrica. No obstante, se lleva ya tiempo trabajando en versiones eléctricas de los vehículos de gasolina, pues supondrían una buena solución para los problemas de contaminación y ruido que genera el transporte en las ciudades. Incluso es posible (aunque no habitual) emplear la electricidad para hacer volar un avión. |
El aparato diseñado por la NASA y AeroVironment convierte energía solar en energía mecánica para hacer volar un aeroplano, a través de la electricidad.
En la agricultura Especialmente para los motores de riego, usados para elevar agua desde los acuíferos, y para otros usos mecánicos. En los hogares. La electricidad se utiliza en los hogares para usos térmicos (calefacción, aire acondicionado, agua caliente y cocina), en competencia con otros combustibles como el butano, el gasóleo, el carbón y el gas natural, siendo la única energía empleada para la iluminación y los electrodomésticos.En el comercio, la administración y los servicios públicos (como los centros educativos) De manera similar a como se utiliza en el sector doméstico, con el elemento añadido de un uso cada vez mayor de sistemas de procesamiento de la información y de telecomunicaciones, que necesitan electricidad para funcionar.   
Conceptos consultados en el libro "Física Conceptual" (segunda edición) Paul Gittewitt Addison-Wesley Iberoamericana.
Imagenes obtenidas de Google buscador de imagenes.
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