La energía y sus aplicaciones.Vanessa NavarroInformáticaColegio Gonzalo Arango

¿Qué es la energía? La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y

se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al

elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo La energía está presente también en los cambios químicos, como al

quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.

Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso de la energía.

Transformaciones de la energía.

La Energía se encuentra en constante transformación, pasando de unas formas a otras. La energía siempre pasa de formas más útiles a formas menos útiles. Por ejemplo, en un volcán la energía interna de las rocas fundidas puede transformarse en energía térmica produciendo gran cantidad de calor; las piedras lanzadas al aire y la lava en movimiento poseen energía mecánica; se produce la combustión de muchos materiales, liberando energía química; etc.

Degradación de la energía Unas formas de energía pueden transformarse en otras. En estas

transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda transformación, parte de la energía se convierte en calor o energía calorífica.

Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor; pero, éste no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía. Son ejemplos:

La energía eléctrica, al pasar por una resistencia. La energía química, en la combustión de algunas sustancias. La energía mecánica, por choque o rozamiento. Se define, por tanto, el Rendimiento como la relación (en % por

ciento) entre la energía útil obtenida y la energía aportada en una transformación.

Principio de conservación de la energía El Principio de conservación de la energía indica que la

energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.

Clases/Tipos de energía.

Energía eléctrica Energía lumínica Energía mecánica Energía térmica Energía eólica Energía nuclear

Energía cinética Energía química Energía hidráulica Energía sonora Energía radiante Energía de reacción Energía iónica

Energía geotérmica Energía

mareomotriz Energía

electromagnética Energía

hidroeléctrica Energía magnética

Energía eléctrica. La energía eléctrica es la energía

resultante de una diferencia de potencial entre dos puntos y que permite entablar una corriente eléctrica entre los dos, para obtener algún tipo de trabajo, también puede transformarse en otros tipos de energía entre las que se encuentran energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.

A nivel industrial. Definir conceptos que ayuden a

interpretar las variables eléctricas que se manejan a nivel industrial y consecuentemente las medidas que pueden adoptarse, a fin de optimizar el consumo con la consecuente disminución de costos de producción y el ahorro de energía demandad al sistema.

Energía lumínica. La energía luminosa es la fracción que se

percibe de la energía que trasporta la luz y que se puede manifestar sobre la materia de diferentes maneras tales como arrancar los electrones de los metales, comportarse como una onda o como si fuera materia, aunque la mas normal es que se desplace como una onda e interactúe con la materia de forma material o física, también añadimos que esta no debe confundirse con la energía radiante.

Aplicación. Por naturaleza, la principal acción de

la energía lumínica es la que produce la fotosíntesis. Actualmente la energía lumínica comenzó a usarse para obtener energía eléctrica, a través de células fotovoltaicas y que se utiliza en los satélites artificiales.

Energía mecánica. La energía mecánica se debe a la

posición y movimiento de un cuerpo y es la suma de la energía potencial, cinética y energía elástica de un cuerpo en movimiento. Refleja la capacidad que tienen los cuerpos con masa de hacer un trabajo. Algunos ejemplos de energía mecánica los podríamos encontrar en la energía hidráulica, eólica y mareomotriz.

Aplicaciones. En los procesos industriales que

requieren el trabajo del ser humano, como en las líneas de ensamble semiautomáticas en que una parte del trabajo la realiza una máquina (impulsada por un tipo de energía diferente a la mecánica como por ejemplo la que produce un motor eléctrico que mueve mecanismos aunque su fuente de energía no es mecánica, sino eléctrica) y la otra parte necesariamente para algunos procesos debe ser manual.

Energía térmica. La energía térmica es la fuerza que se libera

en forma de calor, puede obtenerse mediante la naturaleza y también del sol mediante una reacción exotérmica como podría ser la combustión de los combustibles, reacciones nucleares de fusión o fisión, mediante la energía eléctrica por el efecto denominado Joule o por ultimo como residuo de otros procesos químicos o mecánicos. También es posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en forma de energía térmica calorífica, como la energía geotérmica o la energía solar fotovoltaica.

Aplicación. La aplicación doméstica por excelencia

para la energía solar térmica es el calentamiento de agua mediante paneles solares térmicos, con los que se calienta el agua de consumo doméstico. Otra aplicación usual es la calefacción con suelo radiante (tubos de agua caliente instalados debajo del suelo de la vivienda que desprenden calor y calientan las estancias). Estas aplicaciones domésticas están muy extendidas.

Energía eólica. Este tipo de energía se obtiene a través

del viento, gracias a la energía cinética generada por el efecto corrientes de aire. La energía eólica se caracteriza por se una energía abundante, renovable y limpia, también ayuda a disminuir las emisiones de gases contaminantes y de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde, el mayor inconveniente de esta seria la intermitencia del viento que podría suponer en algunas ocasiones un problema si se utilizara a gran escala.

A nivel mundial. La energía eólica instalada en el mundo

creció un 17% en 2015, hasta situarse en 432.419 MW, según datos del Global Wind Energy Council (GWEC). China, Estados Unidos, Alemania, India y España son los primeros productores mundiales. La energía eólica está creciendo mundialmente, una tendencia alentadora de cara al acuerdo universal de Naciones Unidas sobre cambio climático previsto a finales de año en París. Este aumento es un resultado directo de las políticas en energía renovable implementadas por los ejecutivos.

Energía nuclear. Esta energía es la liberada del resultado

de una reacción nuclear, se puede obtener mediante dos tipos de procesos, el primero es por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos) y el segundo es por Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados).

En las reacciones nucleares se suele liberar una grandísima cantidad de energía debido en parte a la masa de partículas involucradas en este proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se suele explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.

A nivel mundial. La energía nuclear es una fuente

energética que garantiza el abastecimiento eléctrico, frena las emisiones contaminantes, reduce la dependencia energética exterior y produce electricidad de forma constante con precios estables y predecibles. Así lo entienden cada vez más gobiernos de distintos signos que apuestan por el mantenimiento de las centrales nucleares en sus países y la construcción de nuevas plantas.

Energía solar. La energía solar es el espectro

electromagnético de la luz solar en la superficie terrestre está ocupado principalmente por luz visible y rangos de infrarrojos con una pequeña parte de radiación ultravioleta. La radiación que es absorbida por las nubes, océanos, aire y masas de tierra incrementan la temperatura de estas.

A nivel mundial. En 2011, los sistemas de energía

solar de todo el mundo generaron 85 Tera vatios/hora de electricidad, que bastaron para cubrir las necesidades de 100 millones de personas Por tanto, la energía fotovoltaica se ha convertido en la tercera energía renovable más importante del mundo, por detrás de la hidroeléctrica y la eólica.

Energía química. Esta energía es la retenida en

alimentos y combustibles, Se produce debido a la transformación de sustancias químicas que contienen los alimentos o elementos, posibilita mover objetos o generar otro tipo de energía.

Aplicación. En la actualidad, la energía química

es la que mueve los automóviles, los buques y los aviones y, en general, millones de máquinas. Tanto la combustión del carbón, de la leña o del petróleo en las máquinas de vapor como la de los derivados del petróleo en el estrecho y reducido espacio de los cilindros de un motor de explosión, constituyen reacciones químicas.

Energía fotovoltaica. La energía fotovoltaica y sus

sistemas posibilitan la transformación de luz solar en energía eléctrica, en pocas palabras es la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía electromotriz (voltaica). La característica principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un dispositivo construido de silicio (extraído de la arena común).

A nivel mundial.. La producción anual de energía

eléctrica generada mediante esta fuente de energía a nivel mundial equivalía en 2015 a cerca de 184 TWh, suficiente para abastecer las necesidades energéticas de millones de hogares y cubriendo aproximadamente un 1 % de la demanda mundial de electricidad.

Energía geotérmica. Esta corresponde a la energía

que puede ser obtenida en base al aprovechamiento del calor interior de la tierra, este calor se debe a varios factores entre los mas importantes se encuentran el gradiente geotérmico, el calor radio génico, etc. Geotérmico viene del griego geo, “Tierra”, y thermos, “calor”; literalmente “calor de la Tierra”.

A nivel mundial. Los primeros intentos de producción de

electricidad con energía geotérmica comienzan con los experimentos en Italia, del Príncipe Gionori Conti entre 1904 y 1905. La primera planta (250 kWe) se construye en 1913. En 1950 se alcanzan los 300 MWe en Italia, en el yacimiento de Landarello. En 1958 comienza la producción geo termoeléctrica en Nueva Zelanda, con el yacimiento de Wairakei, en 1959 en Méjico, yacimiento de Pathe y en 1960 en Estados Unidos con el yacimiento de The Geysers.

Energía potencial. En un sistema físico, la energía

potencial es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra U o Ep.

La energía potencial puede presentarse como energía potencial gravitatoria, energía potencial electrostática, y energía potencial elástica.

Energía potencial recibida vs. energía producida consumida Por sí solo, el Sol emite a la Tierra seis mil

veces más energía de la que se consume en todo el mundo.

Y aunque actualmente las células fotovoltaicas son muy poco efectivas en la conversión de energía solar recibida (apenas el 20%) y sus costes ecológicos y económicos de fabricación aún demasiado altos, el potencial de la energía solar es innegable.

Energía hidroeléctrica. Este tipo de energía llamada

metabólica o de metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.

A nivel mundial. La energía hidroeléctrica es la

principal fuente de energía renovable en el mundo, representando una quinta parte de la electricidad a nivel mundial. Aprovechar el agua de manera responsable puede ayudar a suministrar electricidad a millones de personas, especialmente en África al sur del Sahara y Asia meridional, donde la falta de energía es más grave.

Fuentes de energía renovables.► Las Fuentes de energía renovables son aquellas que, tras ser

utilizadas, se pueden regenerar de manera natural o artificial. Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza. Existen varias fuentes de energía renovables, como son:

EL SOL: energía solar EL VIENTO: energía eólica LOS RÍOS Y CORRIENTES DE AGUA DULCE: energía hidráulica LOS MARES Y OCÉANOS: energía mareomotriz EL CALOR DE LA TIERRA : energía geotérmica LA MATERIA ORGÁNICA: biomasa

Fuentes de energía no renovables

Las Fuentes de energía no renovables son aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración. Existen varias fuentes de energía no renovables, como son:

Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)

La energía nuclear (fisión y fusión nuclear)

Uso y

Aplica-ciones de la

energía.