ENERGIA MECANICA

La Energía mecánica es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial (gravitatoria y elástica):

¿Qué es la transformación de energía?Antes de comenzar a hablar de la  transformación de la energía, es necesario definir qué es esta última. Se trata de la capacidad de producir un movimiento o bien, causar la transformación o modificación de algo. Algunas de las energías que existen son: Hidráulica: que se produce a partir del agua en movimiento, que se canaliza

por conductos que desembocan en turbinas. Eléctrica: es la energía que se produce con movimiento de electrones

ubicados en algún conductor. Térmica: se genera a partir de que dos cuerpos que poseen distintas

temperaturas y que se ponen en contacto. Solar: como su nombre permite entrever, es aquella que produce el sol. Eólica: a partir del movimiento de importantes masas de aire es que se

produce este tipo de energía. Nuclear: bajo este nombre se identifica a la energía que se genera desde la

fisión de átomos como uranio o plutonio, es decir, átomos “pesados”. Geotérmica: se trata de aquella energía que proviene del calor característico

de las formaciones rocosas dispuestas por debajo de la superficie de la Tierra.

De esta manera, podemos definir como “transformación de energía” cuando se pasa de una energía a otra. Es importante aclarar que la energía no se crea ni tampoco se destruye, simplemente se transforma. Y en esta transformación la energía total se mantiene, es decir, que no sufre ningún cambio. En general, el ser humano transforma la energía para poder aprovecharla de la mejor manera posible, conforme a sus necesidades.

Listado de ejemplos de transformación de energía

Algunos ejemplos de transformación de la energía podrían ser los siguientes:

1. Para encender una lamparita, se necesita energía eléctrica. Una vez que la misma se enciende, lo que sucede es que dicha energía se transforma en  luminosa y en térmica. Mientras que la primera es la que ilumina el lugar, la segunda lo calienta.

2. A partir de un generador lo que se logra es convertir la energía mecánica en eléctrica.

3. Para arrojar una flecha un blanco se utiliza energía potencial, que es la que logra tensar la cuerda. Una vez arrojada la flecha, la energía en cuestión se transforma en cinética. Luego de ello, la flecha alcanza al blanco y separa sus moléculas con el impacto. Esto hace que a la energía cinética se le sume la calorífica.

4. Un motor, por ejemplo de un auto, no hace más que transformar a la energía eléctrica en mecánica.

5. Antiguamente, los trenes se ponían en movimiento a partir de carbón. Esto era posible gracias a que la energía calórica del carbón se transforma en cinética.

6. Para encender una plancha, lo que necesitamos es energía eléctrica. Una vez que el electrodoméstico se enciende, la energía eléctrica se convierte en térmica.

7. La fisión nuclear transforma a la energía química en atómica8. Las placas solares son las que permiten transformar la

energía solar en eléctrica.9. La energía eólica puede convertirse fácilmente en mecánica. Para ello, lo

que se necesita es un molino que capte las masas de aire, es decir, el viento.10.Para funcionar, los autos precisan combustible. Este contiene cantidades de

energía química que cuando se pone en contacto con algún objeto ardiente, como puede ser por ejemplo una chispa, y luego con oxígeno, se convierte energía calorífica, para luego pasar a transformarse en energía cinética.

11.Un globo aerostático no hace más que transformar la energía química en cinética.

12.Cuando utilizamos pilas lo que ocurre es que la energía química se transforma en eléctrica.

13.La energía mareomotriz que se produce a partir de los movimientos de masas de agua marítima puede transformarse en energía eléctrica a partir de conductos y turbinas.

14.Los secadores de pelo son otros dispositivos que se caracterizan por tener la capacidad de producir una transformación de energía. Estos funcionan de la siguiente manera: se pasa de la energía eléctrica que se produce al enchufar

el electrodoméstico a energía mecánica. Esta transformación es la que hace posible que se ponga en funcionamiento el motor que contiene el artefacto. A su vez, otra parte de la energía eléctrica se convierte en térmica, que permite que se genere el aire caliente. Por último, otra porción de la energía se convierte en sonido, que es el que se oye constantemente cuando el secador se encuentra prendido.

15.Cuando encendemos una vela, la energía de combustión se transforma en otras dos energías: una de ellas es calórica y la otra es  luminosa.

16.Las montañas rusas también son un claro ejemplo de transformación de energía. En ellas, se pasa de energía cinética a potencial, y al revés, constantemente. Lo mismo ocurre en una hamaca. Cuando desciende la hamaca, la energía potencial disminuye mientras que la cinética se incrementa, y viceversa: cuando asciende, la cinética decrece y la potencial, aumenta.

17.Cuando se utilizan los molinos de viento generadores de electricidad, lo que se transforma es la energía eólica en electricidad.

18.Si se arroja un cuerpo dentro de un denominado campo gravitacional, lo que ocurre es que la energía potencial en cinética.

19.Al encenderse una caldera, lo que sucede es que la energía química se convierte en motriz.

20.Un motor también puede transformar la energía motriz en mecánica.

Energía Calorífica y sus transformaciones

Energía Calorífica y sus transformaciones.

Transformación de la energía calorífica

La  luz del sol  llega a la Tierra, sus rayos son energía, veamos la transformación de la energía calorífica. La energía calorífica es la manifestación de la energía en forma de calor, esta energía se puede transmitir de un cuerpo a otro por radiación, conducción y convección.La energía calorífica del sol nos llega a través de las radiaciones solares, esta energía se puede transformar en energía eléctrica gracias a distintos procesos desarrollados como los paneles solares, el problema es que esta tecnología todavía no está completamente desarrollada.

Las plantas, por medio de la fotosíntesis transforma la energía luminosa enenergía química.

La energía térmica se obtiene directamente al exponer cualquier objeto a los rayos solares.

La estufa de gas butano necesita la energía que le proporciona el gas para calentar los alimentos.

Una estufa eléctrica transforma esa electricidad en calor.

La energía térmica pasa de los cuerpos calientes a los fríos cuando estos se ponen en contacto.

Cuando un combustible se quema produce energía térmica.

En las centrales térmicas se obtiene energía eléctrica de la siguiente manera:

El combustible se inyecta a la caldera junto con el aire y allí arde produciendo calor (energía química pasa a energía calorífica)

El calor evapora el agua que es forzada por una bomba a circular por los tubos de la caldera.

El vapor pasa por la turbina haciéndola girar. La energía termo mecánica del vapor produce energía mecánica.

La turbina hace girar al generador, así se transforma la energía mecánica en energía eléctrica.

El equilibrio térmico se alcanza cuando, al poner juntos dos cuerpos de distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energía al de menor y se igualan.

Principio de la conservación de la energía: la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

 

Equilibrio térmico

El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio término.

El de equilibrio térmico es un concepto que forma parte de la  termodinámica, larama de la física que se ocupa de describir los estados de equilibrio a un nivel macroscópico.

Transferencia de calor, en física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta  temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y  la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍAEl 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.

Energía eléctrica mediante energía térmica.En este punto vamos a exponer algunos conceptos fundamentales sobre la generación de energía eléctrica mediante energía térmica. En la actualidad, éste es el procedimiento mediante el cual se genera la mayoría de la electricidad.Los equipos en los cuales se realiza esta conversión energética se denominan centrales termoeléctricas1. Las comúnmente denominadas centrales térmicas convencionales (de carbón,fueloil, o gas), las centrales nucleares, las centrales geotérmicas, las centrales para el aprovechamiento de la energía térmica de los océanos, las centrales de biomasa con conversión térmica y las centrales termosolares, todas ellas son centrales termoeléctricas, y tienen muchos elementos y tecnología en común.

En una central termoeléctrica, partiendo de una fuente de energía primaria que puede ser la energía química de un combustible fósil, la energía nuclear, la energía química contenida en la biomasa, o la energía solar incidente en la tierra en forma de radiación electromagnética, después de un transporte y acondicionamiento adecuado de la energía primaria, mediante un generador de energía térmica específico de cada fuente energética, se transforma la energía primaria en energía térmica al aumentar la temperatura de un fluido de trabajo (aire, agua, aceite, metales líquidos, helio, ...).El generador de energía térmica es el elemento diferenciador entre las centrales termoeléctricas alimentadas por distintas fuentes de energía primaria. En una central térmica convencional es la caldera de combustible fósil, en una central nuclear es el reactor nuclear, en una central de biomasa es la caldera de biomasa, y en una central termosolar es el campo de colectores solares. El resto de elementos de las distintas centrales termoeléctricas son idénticos o muy parecidos.Posteriormente, la energía térmica producida se transfiere total o parcialmente mediante intercambiadores de calor al fluido de trabajo (generalmente aire o agua) de un ciclo termodinámico de potencia, en el cual, siguiendo procesos parecidos para todas las fuentes de energía primaria, se convierte la energía térmica en energía mecánica. Posteriormente, medianteun generador eléctrico se transforma la energía mecánica en eléctrica. Una vez descontados los consumos de energía eléctrica de la propia central y las pérdidas asociadas al transporte y distribución de esta energía eléctrica desde la central hasta los puntos de consumo, nos queda laenergía eléctrica útil para consumo.

Desde el punto de vista de la eficiencia en el uso de la energía, cada uno de los componentes de una central termoeléctrica se caracteriza por un rendimiento energético, definido como el cociente de la energía útil que sale del mismo entre la energía que entra en el mismo. El complemento respecto a la unidad del rendimiento de un componente, es el porcentaje de la energía de entrada que se pierde en el proceso de transformación energética que tiene lugar en el mismo. El

producto de los rendimientos de todos los componentes de la central termoeléctricanos proporciona el rendimiento global de la central, que será por tanto el cociente entre la energía eléctrica producida y la energía primaria empleada en la central (fósil, nuclear, biomasa, o solar). Al hablar del rendimiento de la central se manejan dos conceptos: el rendimiento bruto y el rendimiento neto. El rendimiento bruto, lleva en el numerador el total de la energía eléctricagenerada por la central. Por el contrario, el rendimiento neto emplea en el numerador la energíaeléctrica generada menos la necesaria para el funcionamiento de la central termoeléctrica, quees la energía eléctrica útil que sale de la central.Mediante el adecuado uso simultáneo de varias fuentes de energía primaria en una central termoeléctrica (hibridación) es posible mejorar los rendimientos de conversión energética de distintos componentes de la central, y por tanto mejorar la eficiencia energética con la que se usan los recursos. Posteriormente discutiremos con más detalle los aspectos relacionados con la hibridación.Por ahora nos vamos a ocupar de la eficiencia con la que se realizan las transformaciones energéticas en los distintos componentes de la central. Sin embargo, desde el punto de vista de eficiencia energética global, lo que resulta interesante es comparar las eficiencias energéticas en todo el ciclo de vida y operación de una central. En efecto, una central termoeléctrica presenta otros consumos energéticos implícitos que van más allí de los que ocasionan la diferencia entre el rendimiento bruto y el neto que hemos comentado anteriormente. En efecto, la extracción del combustible, su transporte hasta la central, la construcción de los equipos y edificaciones de la central, el transporte y disposición de los residuos, la eliminación de los impactos medioambientales ocasionados, y la disposición de la central al final de su vida útil, todos ellos suponen consumos energéticos adicionales a considerar al llevar a cabo una comparación energética global de distintas tecnologías de generación de electricidad.Resulta útil tener una idea de los mecanismos de pérdida energética de los distintos componentes de la central termoeléctrica para, por un lado identificar aquellos puntos en los quees más provechoso introducir medidas para mejorar la eficiencia, y por el otro ser conscientes delas limitaciones físicas y tecnológicas impuestas a los distintos procesos de conversión energética. Es importante tener presente que la bondad relativa de los distintos componentes de la central termoeléctrica no viene dada por la comparación de sus rendimientos energéticos. En efecto, la calidad de las distintas formas de energía presentes en los procesos de transformación energética de una central termoeléctrica puede ser muy distinta, por lo que una comparación en términos de rendimientos energéticos no permite una comparación directa de distintos componentes de la central. En termodinámica existe otra magnitud distinta de la energía, la exergía, que se adapta mejor a este

propósito, pero sin necesidad de recurrir a ella, en lo que sigue vamos a presentar algunos argumentos que permitan entender los fundamentos físicos de los diversos procesos de conversión energética en una central termoeléctrica.

 ¿CÓMO SE TRANSFORMA EL SONIDO EN ELECTRICIDAD?

Opinar (5) ImprimirPrincipio del electromagnetismo. De las palabras a las ondas. Sonido y Audio.

¿Convertir sonidos en electricidad? Entonces, ¿mi voz puede prender un foco?

Sí, podría… No es que las palabras estén cargadas de energía eléctrica, pero pueden producirla. Y el invento de la radio se fundamenta en eso, en recoger los sonidos con micrófonos para transformarlos en electricidad que luego volvemos a convertir en sonidos con los altavoces. Tanto los micrófonos como los altavoces y otros muchos equipos usados en la radio, basan su funcionamiento en elprincipio del electromagnetismo.

Para entender este principio, tenemos que remontarnos unos siglos atrás, hasta el XIX, cuando el físico danés Hans Oersted (1777-1851), fue el primero en relacionar la electricidad con elmagnetismo. Un día, en su laboratorio, pasó accidentalmente un cable con corriente al lado de la aguja imantada de una brújula. Para su sorpresa, la aguja se movió. Siguió investigando y llegó a la conclusión de que al pasar una corriente eléctrica por un cable o conductor, alrededor de éste se genera un campo magnético que lo hace actuar como un imán. Ya en la naturaleza se conocían minerales, como la magnetita, que tenían por sí mismos propiedades magnéticas, pero ahora podríamos construir imanes con ayuda de la electricidad.

Si alrededor de un trozo de hierro enrollamos un cable (bobina) por el que hacemos circular una corriente eléctrica, este hierro se magnetiza atrayendo o repeliendo a otros metales, igual que un imán natural. Son los electroimanes. 

El principio del electromagnetismo funciona también de forma inversa. Si movemos el cable o bobina dentro de un campo magnético (como el que genera un imán), en ese cable se inducirá una corriente eléctrica. Esto es lo que sucede con los micrófonos. La voz produce vibraciones que viajan por el aire. Esas ondas sonoras son capaces de mover diferentesmembranas naturales, como la del tímpano, y otras artificiales, como el diafragma de un micrófono.(1) Este diafragma está conectado a un cable muy fino (bobina) que a su vez se enrolla alredor de un imán. Las vibraciones que producen los sonidos en la membrana desplazan la bobina dentro

del campo magnético y estos movimientos generan en ella una corriente eléctrica por el principio del electromagnetismo. Este sistema es capaz de “traducir” o transformar la energía mecánica de las ondas sonoras en electricidad.

La corriente (I) que circula por el cable genera alrededor un campo magnético (B)http://en.wikipedia.org/wiki/User:Wapcaplet

A la salida del micrófono tenemos un cable con dos conductores. ¿Qué crees que transportan? Corrientes eléctricas de muy baja intensidad. Los sonidos convertidos en electricidad entran en la consola. En ella podemos subir el volumen, que se consigue aumentando la amplitud de esas ondas eléctricas. O podemos ecualizarlas, efecto que se logra variando la  frecuencia de las mismas ondas.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mic-dynamic.PNG

La electricidad sale de la consola por otros dos cables que conectamos a un amplificador. Aunque en la consola modifiquemos el volumen, la onda sigue teniendo tensiones eléctricas muy pequeñas. Al amplificarlas, crece la corriente eléctrica de las ondas consiguiendo una potencia mayor de sonido.

Del amplificador salen unos cables, todavía con electricidad, que llevamos a los altavoces. El altavoz o parlante no es más que una especie de cuerda vocal. Es una membrana conectada a una bobina que recibe corriente eléctrica, lo que hace vibrar a la membrana generando ondas que mueven las partículas que hay en el aire llevando a nuestros oídos… ¡sonidos!

El micrófono y el altavoz son dispositivos inversos. El primero recoge sonido y lo transforma en electricidad y el segundo transforma esa electricidad en sonido. A estos equipos les llamamostransductores.

Para demostrar que el micrófono y el altavoz son lo mismo pero al revés, haz la siguiente prueba. Toma unos audífonos o auriculares y conéctalos a la entrada del micrófono de la computadora. Habla por ellos. Verás que tus palabras, aunque no con la buena calidad del micrófono, también se graban.

El sonido son vibraciones, ondas que podemos escuchar con nuestros oídos. Cuando estos sonidos se transforman en electricidad para ser tratados por una computadora o grabados en una cinta magnética lo llamamos audio. A veces, ambas palabras se usan como sinónimas, pero no los son.Un audio es un sonido convertido en señal eléctrica.

Ya hemos visto lo estrechamente ligada que está la electricidad al magnetismo. Ambas energías se unen para formar las ondas electromagnéticas, fundamentales para la invención de la radio, de las que hablaremos ampliamente en la siguiente pregunta.

Energía eléctrica a partir de energía química: las pilas

El fundamento de las pilas y acumuladores es la transformación de la energía química en eléctrica, mediante reacciones de oxidación-reducción producidas en los electrodos, que generan una corriente de electrones. Cuando se unen mediante un hilo metálico dos cuerpos entre los cuales existe una diferencia de potencial, se produce un paso de corriente que provoca la disminución gradual de dicha diferencia. Al final, cuando el potencial se iguala, el paso de corriente eléctrica cesa. Para que la corriente siga circulando debe mantenerse constante la diferencia de potencial.

La pila es un elemento o dispositivo capaz de convertir la energía química en energía eléctrica. Cuando una pila se conecta a un circuito eléctrico se inicia una reacción química capaz de liberar electrones que recorren el circuito.

Todas las pilas consisten en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y otro negativo. El electrolito es un conductor iónico, contiene iones o átomos cargados. Uno de los electrodos produce electrones y el otro los recibe. Al conectar ambos electrodos al circuito que hay que alimentar se produce una corriente eléctrica. Ello nos permitirá poner en funcionamiento los receptores conectados al circuito (bombillas, motorcillos, zumbadores, etc.).

ransformacion de energia hidraulica

Para adentrarnos en el tema de la trasformacion de energia hidraulica, deberemos conocer más a cerca del aprovechamiento de ésta energía. La energía hidráulica es una energía renovable, y como todas ellas, son inagotables y se valen de las fuentes naturales, como el sol, el agua, el viento, la materia orgánica, el calor de las capas internas de la tierra, a diferencia de las energías convencionales, las energías renovables son las que no dañan el medio ambiente, y no contribuyen al agrandamiento de la capa de ozono, del efecto invernadero, y como no emiten gases tóxicos a la atmósfera, no contaminan.

Las energías convencionales provienen de la quema de fósiles, y estas son agotables, es decir que se terminan. Son ellas, el gas, el carbón, el petróleo y sus derivados. La energía hidráulica es el aprovechamiento de la fuerza de los saltos de agua de los ríos para la transformacion de energia hidraulica, la energía potencial durante la caída se convierte en energía cinética, el agua sigue su curso por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación, que finalmente retransforma en energía eléctrica.

La transformacion de la energia hidraulica, se lleva a cabo en lugares o regiones en dónde la afluencia de agua es abundante, las precipitaciones son fundamentales, y ciertos desniveles del terreno para dar lugar a las caídas de agua, que sin ella la transformacion de la energia hidraulica no se podría dar. Para su desarrollo se requieren la construcción de las enormes estructuras de las centrales hidroeléctricas, que su costo inicial es muy elevado, se lleva a cabo gracias a las fuertes inversiones de empresas que se asocian a otras e invierten en el país en que se dan las características necesarias para el aprovechamiento de la energía hidráulica.

Si bien la transformacion de la energia hidraulica en energía eléctrica no es un proceso sencillo y barato, se logra con mucho esfuerzo por parte de los gobiernos, y los ambientalistas que en definitiva son los que se responsabilizan por las energías renovables que constituyen el futuro del consumo de la energía. Si hacemos un poco de historia, es válido destacar que la fuerza del agua ha sido utilizada desde hace mucho tiempo, cuando se la usaba para la molienda del trigo, o para el riego de los cultivos, pero fue realmente en la Revolución Industrial cuando se la conoció y en especial a partir del siglo XIX, cuando se le comenzó a

dar primordial importancia, con la aparición de la rueda hidráulica, para la producción de energía eléctrica. Poco tiempo después con la gran demanda de electricidad fue aumentando.

Transformacion de energia hidraulica en las plantas

La primera central hidráulica fue construida en el año 1880 en Gran Bretaña, pero el éxito llegó con la aparición del generador eléctrico que permitía la transformacion de la energia hidraulica en energía eléctrica en menos tiempo y con una mayor efectividad. La generación de energía eléctrica a partir de la hidráulica fue perfeccionándose, y en el año 1920 fue que las grandes centrales hidráulicas ya generaban una parte importante de la producción total de electricidad en el mundo. Ya en el siglo pasado en la década de los noventa las primeras potencias productoras de energía hidroeléctrica, eran Estados Unidos, Canadá, China, luego le siguen Noruega, Brasil, y el Zaire.

En algunos países han instalado pequeñas centrales hidráulicas, para la generación de energía que equivalen a un kilovatio o un megavatio, suficiente para la generación de la electricidad de un pueblo chico. De la transformacion de la energia hidraulica se desprenden otras industrias, como por ejemplo la del acero, del hormigón, del plástico, y se puede decir que es una energía que abre sus puertas a las nuevas fuentes de trabajo, son miles de personas las que se necesitan para la construcción, instalación, proyección de tan importante proyecto.

En realidad una central hidráulica no es una construcción sola, se necesitan primero, los geólogos y topógrafos que son los encargados de estudiar el terreno, las lluvias, la presión atmosférica, los desniveles del terreno, y recién después comenzar a pensar en el proyecto que se llegará a la concreción final después de varios largos años, de lucha, mediciones, trabajo, de las obras iniciales que generalmente llegan a ser terminadas en una década o tal vez más.Además se

construyen nuevas rutas de acceso que los pobladores se ven beneficiados doblemente por los nuevos caminos, da progreso para poder tener mejor acceso a los mercados para la compra de los productos, eso posibilita a la vez nuevas escuelas para sus hijos, mejoran los hospitales, y con ello la posibilidad de mejorar la salud de la población, control de las inundaciones por la construcción de las represas, etc. Por ello las inversiones son tan importantes. El beneficio del proyecto hidráulico, es la energía eléctrica, la misma que puede apoyar el desarrollo económico, y mejorar la calidad de vida en el área servida.

Energía Geotérmica

¿Qué es la energía geotérmica

Se llama energía geotémica a la que se encuentra en el interior de la tierra en forma de calor, como resultado de:

La desintegración de elementos radiactivos. El calor permanente que se originó en los primeros momentos de formación

del planeta.

Esta energía se manifiesta por medio de procesos geológicos como volcanes en sus fases póstumas, los geíseres que expulsan agua caliente y las aguas termales.

Conversión de la energía geotérmica en eléctrica.

La conversión de la energía geotérmica en electricidad consiste en la utilización de un vapor, que pasa a través de una turbina que está conectada a un generador, produciendo electricidad.

El principal problema es la corrosión de las tuberías que transportan el agua caliente.

Usos de la energía geotérmica

Balnearios: Aguas termales que tienen aplicaciones para la salud.

Calefacción y agua caliente. Electricidad. Extracción de minerales: Se obtienen de los manantiales azufre, sal común,

amoniaco, metano y ácido sulfídrico. Agricultura y acuicultura: Para invernaderos y criaderos de peces.

Ventajas

Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior. Los resuduos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto

ambiental que los originados por el petróleo, carbón...

Inconvenientes

1. Emisión de ácido sulfídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.

2. Emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero.3. Contaminación de aguas proximas con sustancias como arsénico,

amoniaco, etc.4. Contaminación térmica.5. Deterioro del paisaje.6. No se puede transportar.

¿Como funciona una central geotérmica?

El funcionamiento de una central geotérmica o geotermoeléctrica se basa en la compleja operación de un sistema campo-planta.

El campo geotérmico es una extensión de tierra con un mayor gradiente (temperatura) que lo normal. También se conoce como área con calentamiento anómalo, cuya fuente de calor es un acuífero confinado (depósito de agua) almacenado y limitado por una capa sello, impermeable, que conserva el calor y presión, formando lo que se conoce como reservorio geotérmico. Este yacimiento de agua almacenado y calentado de forma natural en el subsuelo por una fuente de calor no muy profunda denominada cámara magmática, usualmente está relacionado con la actividad volcánica. La alta presión que alcanzan estos reservorios (yacimientos de agua y vapor presurizado) muchas veces rompe los estratos rocosos o utilizan las fallas geológicas existentes y salen a la superficie en forma de fumarolas, manantiales de agua caliente, ausoles o geyser. 

En el campo geotérmico es el sitio donde se ubican los pozos geotérmicos que desde la superficie conectan con el reservorio y es a través de éstos que se extrae el vapor que mediante una red de tuberías denominado sistema de acarreo, se

conduce hacia la central generadora, donde la energía calorífica del vapor se convierte en energía mecánica y posteriormente en energía eléctrica. 

PROCESO DE GENERACIÓN

El proceso inicia con la extracción de una mezcla de vapor y agua geotérmica desde del reservorio geotérmico a través de los pozos productores, ya en la superficie, se separan el vapor del agua geotérmica utilizando un equipo llamado separador ciclónico. Una vez separados, el agua se reinyecta nuevamente al subsuelo, mientras que el vapor ―agua en estado gaseoso― ya seco es conducido hasta la central generadora.

En la central geotérmica, la fuerza o energía del vapor activa la turbina cuyo rotor gira a unas 3 mil 600 revoluciones por minuto, que a su vez activa el generador, donde el roce con el campo electromagnético transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Del generador salen 13 mil 800 voltios, que se transfieren a los transformadores que los convierte en 115 mil voltios, que son inyectados a las líneas de alta potencia para ser entregados a las subestaciones y de ahí hacia los hogares, fabricas, escuelas y hospitales, entre otros.

 

 

El vapor geotérmico, después de haber hecho girar la turbina, es condensado ―convertido en agua― y reinyectado al subsuelo, donde mediante un proceso de tipo reciclable el agua se puede volver a calentar, convertirse en vapor que puede extraerse nuevamente para volver a impulsar una turbina. De esta forma la geotermia se convierte en una fuente de generación de energía eléctrica limpia,

cíclica, renovable y sostenible, ya que con la reinyección se logra recargar el recurso, alargando su vida útil o productiva a través de un aprovechamiento sostenible de la fuente.

La energía geotérmica es reconocida a nivel mundial como fuente de generación de electricidad amigable con el medio ambiente debido a que no produce gases tóxicos ni causantes de efecto invernadero, el uso de áreas de suelo no es extenso y con un manejo adecuado sus implicaciones ambientales son mínimas y fáciles de prevenir o mitigar.

Conversión de la energía geotérmica en energía eléctrica: Fase 3Publicado: febrero 29, 2012 de Energía Geotérmica en Uncategorized

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Como hemos visto, la obtención de la energía se hace a través de la succión de

vapor u otro tipo de gas caliente de las profundidades haciéndolo llevar hasta la

superficie donde se encuentra la central geotérmica. Aquí, se utiliza una turbina

térmica que transforma directamente la energía calorífica en energía eléctrica. El

proceso exacto de transfomación de la energía es el siguiente:

En la caldera tenemos conservado el vapor extraído directamente del interior

terrestre. Con este calor haremos funcionar la turbina. La turbina, a través de un

sistema de paletas o álabes, se hará girar mediante el calor transmitido de la

caldera, produciendo así un trabajo útil que hará funcionar un generador eléctrico.

El sistema se mantiene gracias al condensador y a la bomba. El

condensador condensa el vapor que sale de turbina, y este agua líquida lo usa la

bomba para alimentar la caldera. De esta forma conseguimos un sistema continuo

en el que generaremos electricidad constantemente.

Turbina de vapor

Una forma interesante de aprovechar al máximo la obtención de calor es mediante

la inyección de agua líquida (en general condensada de la que sale de la turbina)

en la zona interior terrestre para que eleve su temperatura, se vuelva a convertir

en vapor, y vuelva a subir a la central llena de energía preparada para ser

transformada en electricidad.

En la imagen podemos observar de una manera sencilla el proceso de

realimentación en las plantas geotérmicas. De color rojo observamos el agua

calentada (en forma de vapor) que de forma natural aparece a una profundidad de

4.5 km a una temperatura de entre 150ºC y 300ºC. El vapor se sustrae mediante

uno o dos tubos de aproximadamente 5 km, y otro tubo idéntico es utilizado para

suministrar agua en forma líquida desde la planta para cerrar el circuito de flujo.

Acerca de estos anuncios

Generador eléctrico

Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Mantiene por tanto una diferencia de potencial entre dos puntos denominados polos. Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un campo magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.

El la figura anterior, la espira rectangular rota dentro de un campo magnético, por lo que el  flujo del campo a través de ella varía. Se crea una corriente que circula por la espira, por lo que entre los bornes (representados en verde) aparece una diferencia de potencial ΔV (fuerza electromotriz inducida).

En las centrales de generación de energía eléctrica (nucleares, térmicas, hidráulicas...) la energía mecánica que el generador transforma en energía eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada dependiendo del tipo de central por vapor de agua, aire o agua. En la figura inferior se ha representado esquemáticamente el sistema de generación de energía eléctrica de una central hidráulica.

En la parte inferior de la figura se observan las palas de la turbina (accionada por agua) y las compuertas verticales que sirven para regular el caudal de agua que entra a la turbina. En la parte superior está representado el generador de energía eléctrica. Dicho generador consta de dos partes:

El estátor, que es la parte estática del generador. Actúa como inducido.

El rotor, que es la parte móvil conectada al eje de la turbina. Es el que actúa como inductor.

El rotor puede estar constituido por un imán permanente o más frecuentemente, por un electroimán. Un electroimán es un dispositivo formado por una bobina enrollada en torno a un material ferromagnético por la que se hace circular una corriente, que produce un campo magnético. El campo magnético producido por un electroimán tiene la ventaja de ser más intenso que el de uno producido por un imán permanente y además su intensidad puede regularse.

El estátor está constituido por bobinas por las que circulará la corriente. Cuando el rotor gira, el flujo del campo magnético a través del estátor varía con el tiempo, por lo que se generará una corriente eléctrica. En este enlace puede verse un esquema de una central hidráulica en funcionamiento.

Motor eléctrico

Un motor eléctrico  funciona de forma inversa a un generador. Convierte energía eléctrica en energía mecánica. El principio de funcionamiento de los motores eléctricos se muestra en la figura inferior.

Si se coloca una espira en un campo magnético y se hace pasar una intensidad de corriente a través de ella, el campo ejerce una fuerza sobre los lados de la espira, y estas fuerzas ejercen un momento de fuerzas. La espira empezará a rotar, por lo que se habrá transformado energía eléctrica en energía mecánica.

En función del tipo de corriente empleada, los motores pueden ser de corriente continua y de corriente alterna, y existen distintos tipos de cada uno de ellos.

Funcionamiento de una central nuclear

El principal uso que se le da actualmente a la energía nuclear es el de la generación de  energía eléctrica . Las centrales nucleares son las instalaciones encargadas de este proceso.Prácticamente todas las centrales nucleares en producción utilizan la  fisión nuclear   ya que lafusión nuclear   actualmente es inviable a pesar de estar en proceso de desarrollo.

El funcionamiento de una  central nuclear   es idéntico al de una central térmica que funcione con carbón, petróleo o gas excepto en la forma de proporcionar  energía calorífica   (calor) en el agua para convertirla en vapor. En el caso de losreactores nucleares   este calor se obtiene mediante las reacciones de  fisión nuclear   de los  átomos   del  combustible nuclear , mientras que en las otras centrales térmicas se obtiene  energía térmica   mendiante la quema de uno o varios  combustibles fósiles .A nivel mundial el 90% de los  reactores nucleares   de potencia, es decir, los reactores destinados a la producción de  energía eléctrica   son reactores de agua ligera (en las versiones de agua a presión o de agua en ebullición).

Funcionamiento de un reactor de agua ligera

El principio básico del funcionamiento de una  central nuclear   se basa en la obtención de  energía térmica   mediante la  fisión nuclear   del núcleo de los  átomos   (núcleo atómico ) del  combustible nuclear . Con estaenergía calorífica , que tenemos en forma de vapor de agua, la convertiremos en energía mecánica en una turbina y, finalmente, se convierte la energía mecánica en  energía eléctrica   mediante un generador.El  reactor nuclear   es el encargado de provocar y controlar estas fisiones atómicas que generarán una gran cantidad de  energía calorífica   (calor). Con este calor se calienta agua para convertirla en vapor a otra presión y temperatura.El agua transformada en vapor a alta temperatura sale del edificio de contención debido a la otra presión a que está sometido hasta llegar a la turbina y hacerla girar. En este momento parte de laenergía calorífica   del vapor se transforma en  energía cinética . Esta turbina está conectada a un generador eléctrico mediante el cual se transformará la  energía cinética   en  energía eléctrica .

Por otra parte, el vapor de agua que sale de la turbina, aunque ha perdido  energía calorífica   sigue estando en estado gaseoso y muy caliente, por lo que hay refrigerar antes de volverlo a introducir en el circuito. Al salir de la turbina se dirige a un depósito de condensación donde estará en contacto térmico con unas tuberías de agua fría. El vapor de agua se vuelve líquido, y mediante una bomba se redirige nuevamente al  reactor nuclear   para volver a repetir el ciclo.

De ahí que las centrales nucleares siempre están instaladas cerca de una fuente abundante de agua fría (mar, río, lago), para aprovechar esta agua en el depósito de condensación. La columna de humo blanco que se puede ver saliendo de determinadas centrales es el vapor de agua que se provoca cuando se está intercambio de calor.

ENERGIAS RENOVABLES

Energía Hidráulica: Es aquella energía obtenida principalmente de las corrientes de agua de los ríos. El agua de un río se almacena en grandes embalses artificiales que se ubican a gran altura respecto de un nivel de referencia. El agua adquiere una importante cantidad de energía potencial (aquella que poseen los cuerpos que se encuentran a cierta altura respecto de un nivel de referencia). Posteriormente, el agua se deja caer por medio de conductos hasta el nivel de referencia, por lo que su energía potencial se transforma en energía cinética (aquella que posee un cuerpo gracias a su estado de movimiento). La energía cinética de las caídas deagua se aprovecha, por ejemplo, para mover turbinas generadoras de electricidad:  tal es el principio de las Centrales Hidroeléctricas.

Energía Solar: Es la energía que llega a  la Tierra proveniente de la estrella más cercana a nuestro planeta: El Sol. Esta energía abarca un amplio espectro de Radiación Electromagnética, donde la  luz solar es la parte visible de tal espectro. La energía solar es generada por la llamada Fusión Nuclear que es la fuente de vida de todas las estrellas del Universo. El hombre puede transformar la energía solar en energía térmica o eléctrica. En el primer caso la energía solar es

aprovechada para elevar la  temperatura de un fluido, como por ejemplo el agua, y en el segundo caso la energía luminosa del sol transportada por sus fotones de  luz  incide sobre la superficie de un material semiconductor (ej.: el silicio), produciendo el movimiento de ciertos electrones que componen la estructura atómica del material. Un movimiento de electrones produce una corriente eléctrica que se puede utilizar como fuente de energía de componentes eléctricos o bien electrónicos. Es el caso del principio de funcionamiento de las calculadoras solares.

Energía Eólica:   Esta energía es producida por los vientos generados en la atmósfera terrestre. Se puede transformar en energía eléctrica mediante el uso de turbinas eólicas que basan su funcionamiento en el giro de aspas movidas por los vientos. Bajo el mismo principio se puede utilizar como mecanismo de extracción de aguas subterráneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura. Al igual que la energía solar se trata de un tipo de energía limpia, la cual sin embargo presenta dificultades, pues no existen en la naturaleza flujos de aire constantes en el  tiempo, más bien son dispersos e intermitentes. Este tipo de energía puede ser de granutilidad en regiones aisladas y de difícil acceso y que tienen necesidades de energía eléctrica, y cuyos vientos son apreciables en el transcurso del año.

Biomasa: Esta energía se obtiene de ciertos compuestos orgánicos que se han producido en el  tiempo por procesos naturales, es decir, producto de transformaciones químicas y biológicas sobre algunas especies vegetales o bien sobre ciertos materiales. Un ejemplo de tal proceso  lo constituyen los residuos forestales, los residuos de la agricultura y los residuos domésticos. Estos residuos se transforman con posterioridad en combustibles. En el caso de los residuos domésticos es necesario como paso previo a la obtención de energía, un plan amplio para la adecuada clasificación de las basuras y su posterior reciclaje.

Energía Mareomotriz:   Es la energía obtenida del movimiento de las mareas y las olas del mar. El Movimiento de mareas es generado por la interacción gravitatoria entre  la Tierra y la Luna. Tal movimiento se utiliza para traspasar energía cinética a generadores de electricidad. La gran dificultad para la obtención de este tipo de energía es por una parte su alto costo y el establecimiento de un lugar apto geográficamente para confinar grandes masas de agua en recintos naturales.

ENERGIAS NO RENOVABLES

Son fuentes de energía no renovables aquellas que se encuentran en forma limitada en nuestro planeta y se agotan a medida que se les consume. Son fuentes de energía no renovables: El Carbón, El Petróleo, El Gas Natura, La Energía Geotérmica y La Energía Nuclear.

El Carbón. Es un combustible fósil, formado por la acumulación de vegetales durante el Periodo Carbonífero de la era Primaria de nuestro planeta. Estos

vegetales a lo largo del  tiempo han sufrido el encierro en el subsuelo terrestre, experimentando cambios de presión y  temperatura,  lo que ha posibilitado la acción de reacciones químicas que los han transformado en variados tipos de carbón mineral.

El Petróleo. Es un aceite natural de origen mineral constituido por una mezcla de hidrocarburos. Estos hidrocarburos se producen por antiguos restos de organismos vegetales, organismos acuáticos y organismos vivos depositados en las profundidades de la corteza terrestre en forma de sedimentos.

El Gas Natural. Es una mezcla de gases combustibles depositados en forma natural en el subsuelo de  la Tierra y que poseen un gran poder calorífico. En ocasiones los yacimientos de gas natural se encuentran acompañados por yacimientos de petróleo. El principal componente del gas natural es el metano y en menor proporción los gases de etano, propano y butano.

Energía Geotérmica. Energía contenida también en el interior de la Tierra en forma de gases. Al ser extraída se presenta en forma de gases de alta  temperatura (fumarolas), en forma de vapor y agua hirviendo (geyser) y en forma de agua caliente (fuentes termales).

Energia Nuclear.  La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por FusiónNuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.  Con relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química: por ejemplo, la generada por la combustión del combustible fósil metano.

FISICA NUCLEAR

Cinco siglos antes de Cristo, los  filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida indefinidamente o si llegaría a un punto que tales partículas fueran indivisibles. Es así, como Demócrito formula la  teoría de que la materia se compone de partículas indivisibles, a las que llamó átomos (del griego átomos, indivisible). En 1803 el químicoinglés John Dalton propone una nueva teoría sobre la constitución de la materia. Según Dalton toda

la materia se podía dividir en dos grandes grupos: los elementos y los compuestos. Los elementos estarían constituidos por unidades fundamentales, que en honor a Demócrito, Dalton denominó átomos. Los compuestos se constituirían de moléculas, cuya estructura viene dada por la unión de átomos en proporciones definidas y constantes. La teoría de Dalton seguía considerando el hecho de que los átomos eran partículas indivisibles.

Hacia finales del siglo XIX, se descubrió que los átomos no son indivisibles, pues se componen de varios tipos de partículas elementales. La primera en ser descubierta fue el electrón en el año 1897 por el investigador Sir Joseph Thomson, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1906. Posteriormente, Hantaro Nagaoka (1865-1950) durante sus trabajos realizados en Tokio, propone su teoría según la cual los electrones girarían en órbitas alrededor de un cuerpo central cargado positivamente, al igual que los planetasalrededor del Sol. Hoy día sabemos que la carga positiva del átomo se concentra en un denso núcleo muy pequeño, en cuyo alrededor giran los electrones.

El núcleo del átomo se descubre gracias a los trabajos realizados en la Universidad de Manchester, bajo la dirección de Ernest Rutherford entre los años 1909 a 1911. El experimento utilizado consistía en dirigir un haz de partículas de cierta energía contra una plancha metálica delgada, de las probabilidades que tal barrera desviara la trayectoria de las partículas, se dedujo la distribución de la carga eléctrica al interior de los átomos.

Constitución del Atomo y Modelos Atómicos

La descripción básica de la constitución atómica, reconoce la existencia de partículas con carga eléctrica negativa, llamados electrones, los cuales giran en diversas órbitas (niveles de energía) alrededor de un núcleo central con carga eléctrica positiva.

El átomo en su conjunto y sin la presencia de perturbaciones externas es eléctricamente neutro. El núcleo lo componen los protones con carga eléctrica positiva, y los neutrones que no poseen carga eléctrica. El tamaño de los núcleos atómicos para los diversos elementos están comprendidos entre una cienmilésima y una diezmilésima del tamaño del átomo.

La cantidad de protones y de electrones presentes en cada átomo es la misma. Esta cantidad recibe el nombre de número atómico, y se designa por la letra "Z". A la cantidad total de protones más neutrones presentes en un núcleo atómico se le llama número másico y se designa por la letra "A". Si designamos por "X" a un elemento químico cualquiera, su número atómico y másico se representa por la siguiente simbología:

ZXA

Por ejemplo, para el Hidrogeno tenemos:  1H1. Si bien, todas las características anteriores de la constitución atómica, hoy en día son bastante conocidas y aceptadas, a través de la historia han surgido diversos modelos que han intentado dar respuesta sobre la estructura del átomo. Algunos de tales modelos son los siguientes:

El Modelo de Thomson

Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del electrón, descubierto por él en 1897. Sumodelo era estático, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos conocidos hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos  llevado a cabo por Rutherford demostraron la inexactitud de tales ideas.

El Modelo de Rutherford

Basado en los resultados de su trabajo que demostró la existencia del núcleo atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro. El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por su discípulo Neils Bohr, marcando el inicio del estudio del núcleo atómico, por lo que a Rutherford se le conoce como el padre de la era nuclear.

El Modelo de Bohr

El físico danés Niels Bohr (Premio Nobel de Física 1922), postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. Los electrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía. El electrón puede acceder a un nivel de energía superior, para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón

emita la energía absorbida (por ejemplo en forma de radiación). Este modelo, si bien se ha perfeccionado con el  tiempo, ha servido de base a la moderna física nuclear.

Modelo Cuántico

Se inicia con los estudios del físico francés Luis De Broglie, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1929. Según De Broglie, una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda. En tal sentido, el electrón tiene un comportamiento dual de onda y corpúsculo, pues tiene masa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrón como una onda, es difícil conocer en forma simultánea su posición exacta y su velocidad, por lo tanto, sólo existe la probabilidad de encontrar un electrón en cierto momento y en una región dada en el átomo, denominando a tales regiones como niveles de energía. La idea principal del postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

RADIACTIVIDAD

Radiactividad Natural

En Febrero de 1896, el físico francés Henri Becquerel investigando con cuerpos fluorescentes (entre ellos el Sulfato de Uranio y el Potasio), halló una nueva propiedad de lamateria a la que posteriormente Marie Curie llamó "Radiactividad". Se descubre que ciertos elementos tenían la propiedad de emitir radiaciones semejantes a los rayos X en forma espontánea. Tal radiación era penetrante y provenía del cristal de Uranio sobre el cual se investigaba. Marie y Pierre Curie al proseguir los estudios encontraron fuentes de radiación natural bastante más poderosas que el Uranio original, entre estos el Polonio y el Radio. La radiactividad del elemento no dependía de la naturaleza física o química de los átomos que lo componen, sino que era una propiedad radicada en el interior mismo del átomo.Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, que corresponden a los elementos más pesados. Por encima del número atómico 83, todos los núcleos naturales son radiactivos.

Desintegraciones Alfa, Beta, Gamma.

La radiactividad es un fenómeno que se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. La causa que los origina probablemente se debe a la variación en la cantidad de partículas que

se encuentran en el núcleo.Cuando el núcleo atómico es inestable a causa del gran número de protones que posee (ocurre en los elementos más pesados, es decir con Z = 83 o superior), la estabilidad es alcanzada, con frecuencia, emitiendo una partícula alfa, es decir, un núcleo de Helio (2He4) formado por dos protones y dos neutrones.

Cuando la relación de neutrones/protones en un núcleo atómico es elevada, el núcleo se estabiliza emitiendo un neutrón, o bien como ocurre con frecuencia, emitiendo una partícula beta, es decir, un electrón.

Cuando la relación de neutrones/protones es muy pequeña, debe ocurrir una disminución en el número de protones o aumentar el número de neutrones para lograr la estabilidad del núcleo. Esto ocurre con la emisión de un electrón positivo o positrón, o bien

absorbiendo el núcleo un electrón orbital. Los rayos gamma son ondas electromagnéticas de gran energía, muy parecidos a los rayos X, y en ciertas ocasiones se presentan cuando ocurre una desintegración de partículas beta, o bien una emisión de positrones.

Por lo tanto, la radiación gamma no posee carga eléctrica y su naturaleza ondulatoria permite describir su energía en relación a su frecuencia de emisión.

Radiactividad Artificial

Al bombardear diversos núcleos atómicos con partículas alfa de gran energía, se pueden transformar en un núcleo diferente, por lo tanto, se transforma en un elemento que no existe en lanaturaleza. Los esposos Irene Curie y Frédéric Joliot, experimentando con tales procesos descubren la radiactividad artificial, pues se percatan que al bombardear ciertos núcleos con partículas procedentes de fuentes radiactivas estos se vuelven radiactivos. Si la energía de las partículas es adecuada, entonces puede penetrar en el núcleo generando su inestabilidad y por ende, induciendo su desintegración radiactiva. Desde el descubrimiento de los primeros elementos radiactivos artificiales, el hombre ha logrado en el tiempo obtener una gran cantidad de ellos. Es clave en este proceso la aparición de los llamados aceleradores de partículas y de los reactores nucleares. Estos últimos son fuente importante de neutrones que son utilizados para producir gran variedad de radioisótopos.

Radiaciones

Radiaciones Ionizantes.

Son radiaciones con energía necesaria para arrancar electrones de los átomos. Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, se dice que se ha convertido en un ión (positivo o negativo).Son radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta, gamma y la emisión de neutrones. La radiación cósmica (proveniente del Sol y del espacio interestelar) también es un tipo de radiación ionizante, pues está compuesta por radiaciones electromagnéticas y por partículas con gran cantidad de energía. Es así como, los llamados rayos cósmicos blandos, se componen principalmente de rayos gamma, electrones o positrones, y la radiación cósmica primaria (que llega a las capas más altas de la atmósfera) se compone fundamentalmente de protones. Cuando la radiación cósmica interactúa con la atmósfera de la Tierra, se forman en ella átomos radiactivos (como el Tritio y el Carbono-14) y se producen partículas alfa, neutrones o protones.Las radiaciones ionizantes pueden provocar reacciones y cambios químicos con el material con el cual interaccionan. Por ejemplo, son capaces de romper los enlaces químicos de las moléculas o generar cambios genéticos en células reproductoras.

Radiaciones No Ionizantes.

Son aquellas que no son capaces de producir iones al interactuar con los átomos de un material. Las radiaciones no ionizantes se pueden clasificar en dos grandes grupos: los campos electromagnéticos y las radiaciones ópticas. Dentro de los campos electromagnéticos se pueden distinguir aquellos generados por las líneas de corriente eléctrica o por campos eléctricos estáticos. Otros ejemplos son las ondas de radiofrecuencia, utilizadas por las emisoras de radio en sus transmisiones, y las microondas utilizadas en electrodomésticos y en el área de las  telecomunicaciones. Entre las radiaciones ópticas se pueden mencionar los rayos láser, los rayos infrarrojos, la  luz visible y la radiación ultravioleta. Estas radiaciones pueden provocar calor y ciertos efectos fotoquímicos al actuar sobre el cuerpo humano.

Fisión Nuclear. Es una reacción nuclear que tiene lugar por la rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones de cierta velocidad. A raíz de esta división el núcleo se separa en dos fragmentos acompañado de una emisión de radiación, liberación de 2 ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de energía (200 MeV) que se transforma finalmente en calor. Los neutrones que escapan de la fisión, al bajar su energía cinética, se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una Reacción Nuclear en Cadena. Cabe señalar, que los núcleos atómicos utilizados son de Uranio - 235. El proceso de la fisión permite el funcionamiento de los Reactores Nucleares que actualmente operan en el mundo.

Fusión Nuclear. La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atómico más pesado con mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones. La energía necesaria para lograr la unión de los núcleos se puede obtener utilizando energía térmica o bien utilizando aceleradores de partículas. Ambos métodos buscan que la velocidad de las partículas aumente para así vencer las fuerzas de repulsión electrostáticas generadas al momento de la colisión necesaria para lafusión.

Para obtener núcleos de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado Plasma Físico. Este proceso es propio del Sol y las estrellas, pues se tratan de gigantescas estructuras de mezclas de gases calientes atrapadas por las fuerzas de gravedad estelar. El confinamiento de las partículas se logra utilizando un "Confinamiento Magnético", o bien un "Confinamiento Inercial". El Confinamiento Magnético aprovecha el hecho que el plasma está compuesto por partículas (núcleos) con carga eléctrica. Se sabe que si una de estas partículas interactúa con un Campo Magnético su trayectoria y velocidad cambian, quedando atrapadas por dicho Campo. El Confinamiento Inercial permite comprimir el plasma hasta obtener densidades de 200 a 1000 veces mayor que la de sólidos y líquidos. Cuando se logra la compresión deseada se eleva la  temperatura del elemento, lo que facilita aún más el proceso de la fusión.

La fusión nuclear se puede representar por el siguiente esquema y relación de equilibrio:

2H +  2H   =    3He + 1n + 3,2 MeV

INTERACCION DE LA RADIACION IONIZANTE CON LA MATERIA

El efecto inmediato de las radiaciones ionizantes al interactuar con la materia es la ionización, es decir la creación de iones positivos o negativos. Otro efecto que genera la radiación ionizante es conocido con el nombre de "excitación del átomo". La excitación ocurre cuando un electrón salta a una órbita o nivel de energía superior, para después volver a su órbita original, emitiendo energía en el transcurso del proceso.

Interacción de las Radiaciones Alfa con la Materia. La partícula alfa se compone de 2 protones y 2 neutrones. Su poder de penetración en la materia es muy bajo y sólo es capaz de recorrer algunos centímetros en el aire. Su corto recorrido

describe una trayectoria prácticamente en línea recta. Cuando penetra la materia presenta un alto poder de ionización, formando verdaderas columnas de iones (cuando penetra en un centímetro deaire puede producir hasta 30.000 pares de iones).

Interacción de la Radiaciones Beta con la Materia. La masa de las partículas beta (electrones negativos) es muy pequeña, por lo tanto, su movilidad es mayor respecto de las partículas alfa. Durante su recorrido cambia fácilmente de trayectoria y su alcance y poder de penetración es mayor. Además, su poder de ionización es inferior, respecto de la partícula alfa. Si una partícula beta se acerca a un núcleo atómico, desvía su trayectoria y pierde parte de su energía (se "frena"). La energía que ha perdido se transforma en rayos X. Este proceso recibe el nombre de "Radiación de Frenado". Otra interesante reacción ocurre cuando una partícula beta colisiona con un positrón (electrón positivo). En este proceso, ambas partículas se aniquilan y desaparecen, liberando energía en forma de rayos gamma.

Interacción de las Radiaciones Gamma con la Materia. Las radiaciones gamma carecen de carga eléctrica, por lo tanto, no sufren desviaciones en su trayectoria como producto de la acción de campos eléctricos de núcleos atómicos o electrones. Tales características permiten que la radiación gamma sea capaz de traspasar grandes espesores de material y de ionizar indirectamente las sustancias que encuentra en su recorrido. Un rayo gamma es capaz de sacar un electrón de su órbita atómica. El electrón arrancado producirá ionización en nuevos átomos circundantes, lo que volverá a suceder hasta que se agote toda la energía de la radiación gamma incidente.

Interacción de los Neutrones con la Materia. Los neutrones también carecen de carga eléctrica y no sufren la acción de campos eléctricos ni magnéticos. Al igual que la radiación gamma son capaces de atravesar grandes espesores de material. Cuando un neutrón choca con un átomo le cede parte de su energía mediante la acción de choques elásticos (la energía total del sistema se mantiene constante) e inelásticos (la energía total del sistema no se conserva). Como producto de los sucesivos choques el neutrón pierde velocidad en forma gradual, hasta alcanzar una magnitud de 2.200 metros/segundo.

A estos neutrones se les denomina "Neutrones Térmicos". Si un neutrón colisiona con un núcleo atómico y sus masas son muy parecidas, entonces el neutrón pierde una gran cantidad de energía. Mayor será la pérdida de energía mientras más se asemejen sus masas. Por lo tanto, los choques que aseguran gran pérdida de energía ocurren con los núcleos de los átomos de Hidrógeno. El proceso por el cual los neutrones reducen su velocidad en forma gradual recibe el nombre de "Termalización" o "Moderación de Neutrones".

Los neutrones térmicos se pueden desintegrar, formando un protón y un electrón, o bien pueden ser absorbidos por los

núcleos de los átomos circundantes, dando lugar a reacciones nucleares, como por ejemplo la fisión nuclear.

REACTORES NUCLEARES

Un Reactor Nuclear  es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normalproducción de energía generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica. El primer reactor construido en el mundo fue en 1942, en dependencias de la Universidad de Chicago (USA), bajo la atenta dirección del famoso investigador Enrico Fermi. De ahí el nombre de "Pila de Fermi", como posteriormente se denominó a este reactor. Su estructura y composición eran básicas si se le compara con los reactores actuales existentes en el mundo, basando su confinamiento y seguridad en sólidas paredes de ladrillos de grafito.

Elementos De Un Reactor Nuclear

1. Núcleo 2. Barras de control 3. Generador de vapor 4. Presionador 5. Vasija 6. Turbina 7. Alternador 8. Condensador 9. Agua de refrigeración 10. Agua de refrigeración 11. Contención de hormigón.

El Combustible: Material fisionable utilizado en cantidades específicas y dispuesto en forma tal, que permite extraer con rapidez y facilidad la energía generada. El combustible en un reactor se encuentra en forma sólida, siendo el más utilizado el Uranio bajo su forma isotópica de U-235. Sin embargo, hay elementos igualmente fisionables, como por ejemplo el Plutonio que es un subproducto de la fisión del Uranio. En la naturaleza existe poca cantidad de Uranio fisionable, es alrededor del 0,7%, por lo que en la mayoría de los reactores se emplea combustible "enriquecido", es decir, combustible donde se aumenta la cantidad de Uranio 235.

Barras de Combustible: Son el lugar físico donde se confina el Combustible Nuclear. Algunas Barras de Combustible contienen el Uranio mezclado con Aluminio bajo la forma de láminas planas separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido para disipar el calor generado. Las láminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte.

Núcleo del Reactor: Esta constituido por las Barras de Combustible. El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, refrigerado por un fluido, generalmente agua. En algunos reactores el núcleo se ubica en el interior de una piscina con agua a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien en el interior de una vasija de presión construida en acero.

Barras de Control: Todo reactor posee un sistema que permite iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema lo constituyen las Barras de Control, capaces de capturar los neutrones que se encuentran en el medio circundante. La captura neutrónica evita que se produzcan nuevas fisiones de núcleos atómicos del Uranio. Generalmente las Barras de Control se fabrican de Cadmio o Boro.

Moderador: Los neutrones obtenidos de la fisión nuclear emergen con velocidades muy altas (neutrones rápidos). Para asegurar continuidad de la reacción en cadena, es decir, procurar que los "nuevos neutrones" sigan colisionando con los núcleos atómicos del combustible, es necesario disminuir la velocidad de estas partículas (neutrones lentos). Se disminuye la energía cinética de los neutrones rápidos mediante choques con átomos de otro material adecuado, llamado Moderador. Se utiliza como Moderador el agua natural (agua ligera), el agua pesada, el Carbono (grafito), etc..

Refrigerante: El calor generado por las fisiones se debe extraer del núcleo del reactor. Para lograr este proceso se utilizan fluidos en los cuales se sumerge el núcleo. El fluido no debe ser corrosivo, debe poseer gran poder de absorción calorífico y tener pocas impurezas. Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhídrido carbónico, etc..

Blindaje: En un reactor se produce gran cantidad de todo tipo de Radiaciones, las cuales se distribuyen en todas direcciones. Para evitar que los operarios del reactor y el medio externo sean sometidos indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un adecuado "Blindaje Biológico" que rodea al reactor. Los materiales más usados en la construcción de blindajes para un reactor son el agua, el plomo y el hormigón de alta densidad, cuyo espesor es superior a los 1,5 metros.

Tipos De Reactores Nucleares.

Existen dos tipos de reactores:

Los Reactores de Investigación. Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios en materiales. Los Reactores de Potencia. Estos reactores utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión. Hay dos tipos de reactores de potencia de mayor uso en el mundo: el Reactor de Agua en Ebullición y el Reactor de Agua a Presión.

Reactor de Agua en Ebullición (BWR). Ha sido desarrollado principalmente en Estados Unidos, Suecia y Alemania. Utiliza agua natural purificada como moderador y refrigerante. Como combustible dispone de Uranio-238 enriquecido con Uranio-235, el cual como se sabe, facilita la generación de fisiones nucleares. El calor generado por la reacciones en cadena se utiliza para hacer hervir el agua. El vapor producido se introduce en una turbina que acciona un

generador eléctrico. El vapor que sale de la turbina pasa por un condensador, donde es transformado nuevamente en agua líquida. Posteriormente vuelve al reactor al ser impulsada por un bomba adecuada. Consta de:

1 Núcleo del reactor 2. Barras de control 3. Cambiador de calor (generador de vapor) 4. Presionador 5. Vasija. 6. Turbina. 7. Alternador.8. Bomba. 9. Condensador.10. Agua de refrigeración. 11. Transformador. 12. Recinto de contención de hormigón armado.13. Contención primaria de acero.

Reactor de Agua a Presión (PWR). Es ampliamente utilizado en Estados Unidos, Alemania, Francia y Japón. El refrigerante es agua a gran presión. El moderador puede ser agua o bien grafito. Su combustible también es Uranio-238 enriquecido con Uranio-235. El reactor se basa en el principio de que el agua sometida a grandes presiones puede evaporarse sin llegar al punto de ebullición, es decir a temperaturas mayores de 100 °C. El vapor se produce a unos 600 °C, el cual pasa a un intercambiador de calor donde es enfriado y condensado para volver en forma líquida al reactor. En el intercambio hay traspaso de calor a un circuito secundario de agua. El agua del circuito secundario, producto del calor, produce vapor, que se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico. Consta de:

1. Núcleo del reactor. 2. Barras de control Cambiador de calor (generador de vapor). 4. Presionador 5. Vasija 6. Turbina. 7. Alternador. 8. Bomba 9. Condesador 10. Agua de refrigeración. 11. Transformador. 12. Recinto de contención de hormigón armado.

Existen otros criterios para clasificar diversos tipos de reactores; según la velocidad de los neutrones que emergen de las reacciones de fisión, se habla de reactores rápidos o bien reactores térmicos. Según el combustible utilizado: Hay reactores de Uranio natural (la proporción de Uranio utilizado en el combustible es muy cercana a la que posee en la naturaleza), de Uranio enriquecido (se aumenta la proporción de Uranio en el combustible). Según el moderador utilizado: Se puede utilizar como moderador el agua ligera, el agua pesada o el grafito. Según el refrigerante utilizado: Se utiliza como refrigerante el agua (ligera o pesada), un gas (anhídrido carbónico, aire), vapor de agua, sales u otros líquidos. Estos materiales pueden actuar en cierto tipo de reactores como refrigerante y moderador a la vez.

Seguridad en Los Reactores Nucleares

Sistemas de Control. Básicamente está constituido por las barras de control y por diversa instrumentación lectrónica e informataica. Las barras de control son

accionadas por una serie de sistemas mecánicos, eléctricos u electrónicos, para asegurar con rapidez la extinción de las reacciones nucleares. La instrumentación de monitoreo se ubica en el interior o en el exterior del núcleo del reactor y su finalidad es mantener constante vigilancia de aquellos parámetros necesarios para la seguridad: presión,  temperatura, nivel de radiación, etc..

Sistemas de Contención. Constituido por una serie de barreras múltiples que impiden el escape de la radiación y de los productos radiactivos. La primera barrera, en cierto tipo de reactores, es un material cerámico que recubre el Uranio utilizado como elemento combustible. La segunda barrera es la estructura que contiene al Uranio, es decir, se trata de las barras de combustible.La tercera barrera es la vasija que contiene el núcleo del reactor. En los reactores de potencia se denomina vasija de presión y se construye de un acero especial con un revestimiento interior de acero  inoxidable. La cuarta barrera la constituye el edificio que alberga al reactor en su conjunto. Se conoce con el nombre de "Edificio de Contención" y se construye de hormigón armado de, a lo menos, 90 cm de espesor. Se utiliza para prevenir posibles escapes de productos radiactivos al exterior, resistir fuertes impactos internos o externos, soportar grandes variaciones de presión y mantener una ligera depresión en su interior que asegure una entrada constante de aire desde el exterior, de tal forma de evitar cualquier escape de material activado.

Concepto de Seguridad a Ultranza. Toda central nuclear se diseña y construye bajo el concepto de Seguridad a Ultranza, es decir, se privilegia ante todo la seguridad de toda instalación. Se busca reducir al mínimo posible toda exposición a las radiaciones, no sólo en caso de accidente, sino durante las operaciones normales de su personal.

Ciclo Del Combustible Nuclear.

El Ciclo del Combustible Nuclear son todos los procesos por los cuales se somete al Uranio desde que se extrae de la  tierra hasta su utilización en el reactor y su posterior reelaboración o su almacenamiento como residuo. Consta de las siguientes etapas:

Primera etapa de minería y concentración del Uranio. En esta etapa se extrae el mineral y se separa el Uranio que contiene. Posteriormente se eliminan las impurezas que aún contiene el mineral de Uranio obtenido en el proceso de separación inicial. La concentración del mineral consiste en utilizar procesos físico-químicos para aumentar los contenidos de Uranio a valores superiores al 70%. En todo el proceso se utiliza Uranio natural cuya composición isótopica es de aproximadamente: 99% de Uranio-238, 0,7% de Uranio-235 y 0,006% de Uranio-234.

Segunda etapa de Conversión y Enriquecimiento. El Uranio concentrado se purifica por medio de sucesivos tratamientos en disoluciones y precipitaciones hasta que se convierte en un elemento llamado Hexafluoruro de Uranio.

Posteriormente el Hexafluoruro de Uranio se enriquece, es decir, se aumenta la proporción de átomos de Uranio-235 con respecto al Uranio-238. Para ello se realiza una separación selectiva a nivel atómico, utilizando procesos de difusión gaseosa, ultracentrifugación, procesos aerodinámicos, intercambio químico o métodos de separación por láser.

Tercera etapa de Fabricación de Elementos Combustibles. El Uranio enriquecido se somete a presión y altas temperaturas para transformarlo en pequeños cuerpos cerámicos. Las pastillas cerámicas se colocan en el interior de unas varillas rellenadas con un gas  inerte. Las varillas se apilan en un tubo fabricado de una aleación de circonio, dando forma al llamado Elemento Combustible.

Cuarta etapa de Uso del Combustible en un reactor. Los Elementos Combustibles se introducen en el interior del reactor y forman parte del núcleo del mismo. El Uranio presente en los Elementos Combustibles genera las fisiones que activan al reactor y a medida que transcurre el tiempo se gasta, dejando como desecho los productos de fisión, por ejemplo el Plutonio. En las centrales de potencia el combustible gastado se almacena temporalmente en la propia instalación, en una piscina especialmente adecuada para ello, lo que permite bajar la actividad de los productos de fisión de vida corta.

 Quinta etapa de Reelaboración. Se sabe que en el combustible gastado se ha consumido sólo una pequeña fracción del Uranio que contiene. Se procede entonces a la reelaboración del combustible con el objeto de separar el Uranio que aún es utilizable. En el Proceso de reelaboración también se pueden aislar ciertas cantidades de Plutonio u otros productos de fisión, los cuales son de utilidad en el funcionamiento de algunos tipos de reactores. La reelaboración es compleja y demanda fuertes  inversiones en plantas  industriales de alta  tecnología.

Sexta etapa de Almacenamiento de Residuos. El almacenamiento de los residuos puede ser temporal o definitivo. El almacenamiento temporal supone, en algunos casos, el control y posterior reelaboración del combustible gastado. Si no es posible llevar a cabo la reelaboración el combustible gastado se almacena en finitiva. Los residuos radiactivos se pueden clasificar según su origen, su forma (sólidos, líquidos, gaseosos), su nivel de radiactividad, por la vida media de los isótopos radiactivos que contienen (de vida larga, de vida corta), por la intensidad de las radiaciones que emiten, por su radiotoxicidad, o bien por sus necesidades de almacenamiento.

El almacenamiento definitivo generalmente se aplica a aquellos residuos de alta actividad y vida larga, y se puede realizar enterrándolos a distancias relativamente cortas respecto de la superficie terrestre (menos de 20 metros). También, se

pueden almacenar en formaciones geológicas de mediana o gran profundidad (decenas a centenares de metros).

Es importante señalar que el volumen de residuos radiactivos producidos por una central nuclear dependerá de las características de orden técnico del reactor que los produce. Es así como los reactores de  investigación poseen un núcleo pequeño con alta emisión de neutrones, generando cantidades de residuos bastante menores en comparación a los reactores de potencia.

USOS PACIFICOS DE LA ENERGIA NUCLEAR

Gracias al uso de reactores nucleares hoy en día es posible obtener importantes cantidades de material radiactivo a bajo costo. Desde finales de los años 40 se produce una expansión en el empleo pacífico de diversos tipos de Isótopos Radiactivos en diversas áreas del quehacer científico y productivo del hombre. Estas áreas se pueden clasificar en:

Agricultura Y Alimentación

Control de Plagas. Se sabe que algunos insectos pueden ser muy perjudiciales tanto para la calidad y productividad de cierto tipo de cosechas, como para la salud humana. En muchas regiones del planeta aún se les combate con la ayuda de gran variedad de productos químicos, muchos de ellos cuestionados o prohibidos por los efectos nocivos que producen en el organismo humano. Sin embargo, con la  tecnología nuclear es posible aplicar la llamada "Técnica de los Insectos Estériles (TIE)", que consiste en suministrar altas emisiones de radiación ionizante a un cierto grupo de insectos machos mantenidos en  laboratorio. Luego los machos estériles se dejan en  libertad para facilitar su apareamiento con los insectos hembra. No se produce, por ende, la necesaria descendencia. De este modo, luego de sucesivas y rigurosas repeticiones del proceso, es posible controlar y disminuir su población en una determinada región geográfica. En Chile, se ha aplicado con éxito la técnica TIE para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansión de susexportaciones agrícolas.

Mutaciones. La irradiación aplicada a semillas, después de importantes y rigurosos estudios, permite cambiar la  información genética de ciertas variedades de plantas y vegetales de consumo humano. El objetivo de la técnica, es la obtención de nuevas variedades de especies con características particulares que permitan el aumento de su resistencia y productividad.

Conservación de Alimentos. En el mundo mueren cada año miles de personas como producto del hambre, por lo tanto, cada vez existe mayor preocupación por procurar un adecuado almacenamiento y mantención de losalimentos. Las radiaciones son utilizadas en muchos países para aumentar el período de

conservación de muchos alimentos. Es importante señalar, que la técnica de irradiación no genera efectos secundarios en la saludhumana, siendo capaz de reducir en forma considerable el número de organismos y microorganismos patógenos presentes en variados alimentos de consumo masivo.La irradiación de alimentos es aplicada en Chile en una planta de irradiación multipropósito ubicada en el Centro de Estudios Nucleares Lo Aguirre, con una demanda que obliga a su funcionamiento ininterrumpido durante los 365 días del año.

Hidrología. Gracias al uso de las técnicas nucleares es posible desarrollar diversos estudios relacionados con recursos hídricos. En estudios de aguas superficiales es posible caracterizar y medir las corrientes de aguas lluvias y de nieve; caudales de ríos, fugas en embalses, lagos y canales y la dinámica de lagos y depósitos. En estudios de aguas subterráneas es posible medir los caudales de las napas, identificar el origen de las aguas subterráneas, su edad, velocidad, dirección, flujo, relación con aguas superficiales, conexiones entre acuíferos, porosidad y dispersión de acuíferos.

Medicina. Vacunas. Se han elaborado radiovacunas para combatir enfermedades parasitarias del ganado y que afectan la producción pecuaria en general. Los animales sometidos al tratamiento soportan durante un período más prolongado el peligro de reinfección siempre latente en su medio natural.

Medicina Nuclear. Se ha extendido con gran rapidez el uso de radiaciones y de radioisótopos en medicina como agentes terapéuticos y de diagnóstico. En el diagnóstico se utilizan radiofármacos para diversos estudios de: Tiroides, Hígado, Riñón, Metabolismo, Circulación sanguínea, Corazón, Pulmón, Trato gastrointestinales. En terapia médica con las técnicas nucleares se puede combatir ciertos tipos de cáncer. Con frecuencia se utilizan tratamientos en base a irradiaciones con rayos gamma provenientes de fuentes de Cobalto-60, así como también, esferas internas radiactivas, agujas e hilos de Cobalto radiactivo. Combinando el tratamiento con una adecuada y prematura detección del cáncer, se obtienen terapias con exitosos resultados.

Radioinmunoanalisis. Se trata de un método y procedimiento de gran sensibilidad utilizado para realizar mediciones de hormonas, enzimas, virus de la hepatitis, ciertas proteínas del suero, fármacos y variadas sustancias.El procedimiento consiste en tomar muestras de sangre del paciente, donde con posterioridad se añadirá algún radioisótopo específico, el cual permite obtener mediciones de gran precisión respecto dehormonas y otras sustancias de  interés.

Radiofarmacos. Se administra al paciente un cierto tipo de fármaco radiactivo que permite estudiar, mediante  imágenes bidimensionales (centelleografía) o tridimensionales (tomografía), el estado de diversos órganos delcuerpo humano.De este modo se puede examinar el funcionamiento de la tiroides, el pulmón, el hígado y el riñón, así como el volumen y circulación sanguíneos.

También, se utilizan radiofármacos como el Cromo - 51 para la exploración del bazo, el Selenio - 75 para el estudio del páncreas y el Cobalto - 57 para el diagnóstico de la anemia.

Medio Ambiente. En esta área se utilizan técnicas nucleares para la detección y análisis de diversos contaminantes del medio ambiente. La técnica más conocida recibe el nombre de Análisis por Activación Neutrónica, basado en los trabajos desarrollados en 1936 por el científico húngaro J.G. Hevesy, Premio Nobel de Química en 1944. La técnica consiste en irradiar una muestra, de tal forma, de obtener a posteriori los espectros gamma que ella emite, para finalmente procesar la  información con ayuda computacional. La  información espectral identifica los elementos presentes en la muestra y las concentraciones de los mismos. Una serie de estudios se han podido aplicar a diversos problemas de contaminación como las causadas por el bióxido de azufre, las descargas gaseosas a nivel del suelo, en derrames de petróleo, en desechos agrícolas, encontaminación de aguas y en el smog generado por las ciudades.

Transformación de la energía nuclear en eléctrica Probablemente, la aplicación práctica más conocida de la energía nuclear es la generación de energía eléctrica para su uso civil, en particular mediante la fisión de uranio enriquecido. Para ello se utilizan reactores en los que se hace fisionar o fusionar un combustible. El funcionamiento básico de este tipo de instalaciones industriales es similar a cualquier otra central térmica, sin embargo poseen características especiales con respecto a las que usan combustibles fósiles:

Se necesitan medidas de seguridad y control mucho más estrictas. En el caso de los reactores de cuarta generación estas medidas podrían ser menores, mientras que en la fusión se espera que no sean necesarias.

La cantidad de combustible necesario anualmente en estas instalaciones es varios órdenes de magnitud inferior al que precisan las térmicas convencionales.

Las emisiones directas de C02 y NOx en la generación de electricidad, principales gases de efecto invernadero de origen antrópico, son nulas; aunque indirectamente, en procesos secundarios como la obtención de mineral y construcción de instalaciones, sí se producen emisiones.

Tras su uso exclusivamente militar, se comenzó a plantear la aplicación del conocimiento adquirido a la vida civil. El 20 de diciembre de 1951 fue el primer día que se consiguió generar electricidad con un reactor nuclear (en el reactor estadounidense EBR-I, con una potencia de unos 100 kW), pero no fue hasta 1954 cuando se conectó a la red eléctrica una central nuclear (fue la central nuclear soviética Obninsk, generando 5 MW con solo un 17% de rendimiento térmico). El primer reactor de fisión comercial fue el Calder Hall en Sellafield, que se conectó a la red eléctrica en 1956. El 25 de marzo de 1957 se creó la Comunidad Europea de la Energía Atómica (EURATOM), el mismo día que se creó la Comunidad Económica Europea, entre Bélgica, Francia, Alemania, Italia, Luxemburgo y los Países Bajos. Ese mismo año se creó el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Ambos organismos con la misión, entre otras, de impulsar el uso pacífico de la energía nuclear.

Evolución de las centrales nucleares de fisión en el mundo.

Su desarrollo en todo el mundo experimentó a partir de ese momento un gran crecimiento, de forma muy particular en Francia y Japón, donde la crisis del petróleo de 1973 influyó definitivamente, ya que su dependencia en el petróleo para la generación eléctrica era muy marcada (39 y 73% respectivamente en aquellos años, en 2008 generan un 78 y un 30% respectivamente mediante reactores de fisión) En 1979 el accidente de Three Mile Island provocó un aumento muy considerable en las medidas de control y de seguridad en las centrales, sin embargo no se detuvo el aumento de capacidad instalada. Pero en 1986 el accidente de Chernóbil, en un reactor RBMK de diseño ruso que no cumplía los requisitos de seguridad que se exigían en occidente, acabó radicalmente con ese crecimiento.

En octubre de 2007 existían 439 centrales nucleares en todo el mundo que generaron 2,7 millones de MWh en 2006. La potencia instalada en 2007 fue de 370.721 MWe. En marzo de 2008 había 35 centrales en construcción, planes para construir 91 centrales nuevas (99.095 MWe) y otras 228 propuestas (198.995 MWe). Aunque solo 30 países en el mundo poseen centrales nucleares, aproximadamente el 15% de la energía eléctrica generada en el mundo se produce a partir de energía nuclear.

La mayoría de los reactores son de los llamados de agua ligera (LWR por su sigla en inglés), que utilizan como moderador agua intensamente purificada. En estos reactores el combustible utilizado es uranio enriquecido ligeramente (entre el 3 y el 5%).

En 1965 se construyó la primera central nuclear en España, la Central nuclear José Cabrera. Actualmente se encuentran en funcionamiento ocho reactores nucleares en España: Santa María de Garoña, Almaraz I y II, Ascó I y II, Cofrentes, Vandellós II y Trillo.

Se paralizaron o no entraron en funcionamiento, una vez finalizadas, debido a la moratoria nuclear las centrales de Lemóniz, I y II, Valdecaballeros I y II, Trillo II, Escatrón I y II, Santillán, Regodola y Sayago. Se encuentran desmanteladas o en proceso de desmantelamiento Vandellós I y José Cabrera.

El porcentaje de energía eléctrica producida en España es muy dependiente de la producción hidroeléctrica anual, la cual depende fuertemente de la pluviometría. Así, en el año 2002 un tercio, el 33,9% de la energía eléctrica producida en España lo fue en nucleares con un total de 63.016 GWh.24 , mientras que en el año 2009, el porcentaje fue del 19 %.

Más tarde se planteó añadir el plutonio fisible generado como combustible extra en estos reactores de fisión, aumentando de una forma importante la eficiencia del combustible nuclear y reduciendo así uno de los problemas del combustible gastado. Esta posibilidad incluso llevó al uso del plutonio procedente del armamento nuclear desmantelado en las principales potencias mundiales. Así se desarrolló el combustible MOX, en el que se añade un porcentaje (entre un 3 y un 10% en masa) de este plutonio a uranio empobrecido. Este combustible se usa actualmente como un porcentaje del combustible convencional (de uranio enriquecido). También se ha ensayado en algunos reactores un combustible mezcla de torio y plutonio, que genera una menor cantidad de elementos transuránicos.

Otros reactores utilizan agua pesada como moderador. En estos reactores se puede utilizar uranio natural, es decir, sin enriquecer y además se produce una

cantidad bastante elevada de tritio por activación neutrónica. Este tritio se prevé que pueda aprovecharse en futuras plantas de fusión.