LA ENERGÍA

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.

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.
Intuimos que si “algo” tiene o aporta energía, pensamos que es capaz de producir algún efecto en su entorno, ya sea mover algo, o producir calor, o ser una fuente de luz.... El caso es que la energía es capaz de crear un CAMBIO y TRANSFORMACIONES en el entorno. 

1. CONCEPTO DE ENERGÍA 

La energía es una propiedad asociada a la materia, y en física se define como sigue:

La energía es la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo. 

La energía es una magnitud cuya unidad de medida en el S.I. es el julio (J). 2. TIPOS O FORMAS DE ENERGÍA EN LA NATURALEZA La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se denomina:

1. Energía Mecánica: es la que posee los cuerpos debidos a su movimiento (un motor, por ejemplo). Existen dos tipos de energía mecánica: la potencial y la cinética. La energía potencial es la que tienen los cuerpos debido a su posición, y la energía cinética la que tienen debido a su velocidad. Así, por ejemplo, el agua en un vaso situado a un metro de altura posee energía potencial, ya que si la derramo, ese agua será capaz de hacer algún trabajo cuando llegue al suelo. 

2. Energía Térmica: es la energía asociada al calor que puede absorber o ceder un cuerpo. Así cuando calentamos agua, la estamos transfiriendo energía térmica y cuando se enfría la pierde. Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor será su energía térmica. 

3. Energía Química: Es la energía almacenada dentro de los productos químicos. Los combustibles como la madera, el carbón, y el petróleo, son claros ejemplos de almacenamiento de energía en forma química. También es la energía producida en las reacciones químicas. Se transforma en otras formas de energía cuando se dan reacciones químicas como la combustión. Por ejemplo, cuando quemamos carbón extraemos la energía química que enlaza unos átomos con otros y la liberamos en forma de calor. La energía química es el tipo de energía que acumulan también las pilas. 

4. Energía Luminosa: es la que se transmite por medio de ondas electromagnéticas. Un caso particular es la energía luminosa emitida por el sol. Los rayos X también se consideran como tal. Se podría decir que los rayos X, infrarrojos, ultravioleta es luz “invisible” 

5. Energía Sonora: es la que transporta el sonido. 

6. Energía Eléctrica: es la que poseen las cargas eléctricas en movimiento por los materiales conductores. Debido a su capacidad para transformarse en otras formas de energía, es la adecuada en muchas máquinas. 

7. Energía Nuclear: es La contenida en los núcleos de los átomos. 

8. Energía radiante: es la que poseen las ondas electromagnéticas. Su característica principal es su capacidad de propagarse en el vacío sin soporte material, a través de unidades llamadas fotones.

3.1 TRANSFORMACIONES DE LAS 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. Son consecuencia del paso de energía de unos cuerpos a otros y de sus transformación. 

En la siguiente tabla se puede observar como la energía puede transformarse de unos tipos a otros:

3.2.- PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA 

Sin duda, alguna vez habrás oído frases como “ya no tiene energía” o “se le está acabando la energía”; sin embargo, desde el punto de vista de la física, es incorrecto. Lo que ocurre es, sencillamente, que la forma de energía inicial se ha transformado en otro tipo de energía que ya no podemos usar. Todas las formas de energía se encuentran en un constante proceso de transformación Añadiendo un ejemplo a los del apartado anterior, si pensamos en los fuegos artificiales, la pólvora contiene energía química que se transforma en cinética, potencial, sonora, luminosa y calorífica, manteniéndose constante la energía total. 

La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. 

4. MEDICIÓN DE ENERGÍA 

La energía que posee un cuerpo no se puede medir directamente, pero sí el trabajo realizado con ella. Por ese motivo, las unidades en la que se mide la energía son las mismas que las del trabajo. En el Sistema. Internacional., el trabajo y la energía se miden en Julios (J), pero dependiendo de la forma de energía, también se utilizan otras unidades:

 5.1 FUENTES DE ENERGÍA.

Para utilizar cualquier forma de energía de la naturaleza y transformarla en la forma que nos resulte útil, tendremos que hallar un fenómeno natural o crear un sistema artificial que tenga la tecnología adecuada para poder utilizar dicha energía. Esto es, deberemos hallar una fuente de energía. Las fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los cuales podemos obtener energía utilizable en alguna de las formas definidas anteriormente.

 La cantidad de energía disponible de una fuente de energía determinada se denomina La escasez de recursos energéticos (petróleo, carbón y madera) en algunas de las fuentes de energía más utilizadas plantea la necesidad de usar otras fuentes e investigas el modo más rentable de emplearlas. 

5.2 CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA 

Según el criterio que adoptemos, podemos clasificar las fuentes de energía de varias formas:

6. ENERGÍA ELÉCTRICA 

6.1. CORRIENTE ELÉCTRICA

 La corriente eléctrica es el movimiento de electrones a través de un conductor. Existen dos tipos de corriente: 

1. Corriente continua: Los electrones se mueven en la misma dirección y su valor es constante en el tiempo. Ejemplos de generadores de corriente continua son las pilas y las baterías y, en general, cualquier generador que tenga dos polos (positivo y negativo). Los aparatos electrónicos suelen utilizar este tipo de corriente (móviles, ordenadores portátiles, tablets, relojes, ...) y en general todo dispositivo que use pilas o baterías. 

2. Corriente alterna: los electrones cambian constantemente de sentido (50 veces en un segundo) y su valor no es constante en el tiempo. Es la energía que llega hasta nuestras viviendas y es generada por la mayoría de las centrales eléctricas. Todo aquel aparato que conectas a una toma de corriente de tu casa y no lleve adaptador consume corriente alterna (lavadora, batidora, aspiradora, ...)

6.2 CONCEPTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA 

Como ya vimos al principio, la energía eléctrica es la transportada por la corriente eléctrica. Es la forma de energía más utilizada en las sociedades industrializadas. Si miras a tu alrededor, verás multitud de objetos que usan la energía eléctrica para su funcionamiento. Esto se debe a estas dos características: 

              • Capacidad para transformarse con facilidad en otras formas de energía (lumínica: bombillas; calorífica: estufas; mecánica: motor eléctrico, etc). 

               • Es posible transportarla a largas distancias con bajos costes, de forma rápida y rendimiento relativamente alto (no se pierde excesiva energía). 

El ser humano ha creado las centrales eléctricas: instalaciones donde se transforman algunas de las fuentes de energía en energía eléctrica. 

Una vez generada, esta energía de consumo debe ser transportada hasta los puntos donde se necesite. Ya en ellos, será distribuida: viviendas, alumbrado de las calles, industrias, etcétera.

6.3. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA. ALTERNADORES 

La máquina encargada de generar corriente alterna en una central eléctrica se llama generador eléctrico o alternador. Tiene dos partes, una que se mueve (rotor) y otra que es fija (estator). Es necesario que el rotor se mueva dentro del estator para que se produzca corriente; en caso contrario, no funcionaría. En la mayoría de las centrales eléctricas, los alternadores se mueven con la ayuda de un elemento acoplado al eje del rotor: la turbina. 

La turbina puede ser movida de diferentes formas (el viento, una caída de agua, un chorro de vapor de agua, etc.). Por ejemplo: una dinamo de bicicleta es un tipo de generador eléctrico en el que el movimiento del rotor, al rozar con la rueda, genera la energía eléctrica necesaria para que se encienda el faro.

6.4. TIPOS DE CENTRALES ELÉCTRICAS

 Aunque los fenómenos eléctricos eran ya conocidos en la antigüedad, no fue hasta el siglo XIX cuando se idearon los métodos para generar la corriente eléctrica. El problema de la generación de energía eléctrica se solucionó con la aparición de instalaciones capaces de producir energía eléctrica a gran escala: las centrales eléctricas. Existen diversos tipos de centrales eléctricas, que vienen determinados por la fuente de energía que utilizan para mover el rotor. Estas fuentes pueden ser convencionales (centrales hidráulicas o hidroeléctricas, térmicas y nucleares) y no convencionales (centrales eólicas, solares, mareomotrices y de biomasa). Dentro de las energías no convencionales, las energías solar y eólica son las que mayor implantación tienen en la actualidad, pero se está experimentando el uso de otras energías renovables, como la oceánica, además de la utilización de residuos orgánicos como fuente de energía. Las centrales eléctricas que estudiaremos serán las siguientes: 

1. Centrales térmicas: producen electricidad a partir de la energía química almacenada en un combustible (carbón, derivados del petróleo…) 

2. Centrales hidroeléctricas: producen electricidad a partir de la energía mecánica del agua almacenada en un embalse. 

3. Centrales nucleares: producen electricidad a partir de la energía almacenada en el núcleo del átomo. Se emplean átomos de uranio, plutonio.. 

4. Centrales solares: transforman la energía luminosa procedente del Sol en energía eléctrica. Hay dos tipos: la térmica y la fotovoltaica. 

5. Centrales eólicas: producen electricidad a partir de la energía del viento. 

6. Centrales geotérmicas: producen electricidad a partir de la energía térmica almacenada en el interior de la corteza terrestre. 

7. Centrales de biomasa: producen energía eléctrica a partir de la biomasa. La capacidad que tiene una central para producir energía eléctrica la determina su potencia. Cuanta mayor potencia tenga una central, más energía puede producir por unidad de tiempo. La unidad de potencia básica es el Vatio (W), pero al ser una unidad de medida pequeña, se emplea otras como el kilovatio (kW) que equivale a 1000 W o, mayor aún, el Megavatio (MW) que equivale a 1000000 W. 

Centrales en España:

CENTRAL TÉRMICA:

Es el tipo de centrales más importante en Canarias. En cada isla menor hay una de estas centrales y en las islas mayores hay dos en cada una. En Tenerife están situadas: la más antigua en Las Caletillas y la otra en Granadilla. Casi 93% de la energía producida en Canarias es a través de las centrales térmicas que consumen combustibles fósiles. Eso te da una idea de la gran dependencia que tiene Canarias del exterior, pues no producimos petróleo ni carbón. Como éstas son las centrales más importantes en la producción de energía eléctrica en nuestro archipiélago las vamos a estudiar con detalle. Fijémonos en la imagen que tenemos: 

◦ En una caldera, quemamos combustible (energía química) que suele ser un combustible fósil, basura, biomasa, etc. En Canarias es un derivado del petróleo (fuel y gasóleo).                                           ◦ El calor de la combustión se emplea para transformar agua en vapor al que, además, le aumentamos mucho la presión (energía térmica). ◦ El vapor de agua se conduce por un sistema de tuberías y lo lanzamos a presión contra la turbina, cuyo eje está unido al del rotor del alternador (energía cinética). 

◦ Si se mueve el rotor del alternador se produce energía eléctrica en forma de corriente alterna ◦ El vapor de agua, una vez utilizado, se refrigera (se enfría) en la torre de refrigeración y vuelve a transformarse en agua líquida, pasando posteriormente a un tanque para volver a enviarse a la caldera y comenzar el ciclo de nuevo. 

◦ La energía eléctrica tal como se obtiene ha de pasar por un transformador para que le eleve muchísimo la tensión, bajándole la intensidad de corriente. De ahí que a dicho tendido eléctrico se le llame de alta tensión. En estas centrales, aparte de este sistema, se aprovechan los gases de combustión sobrecalentados para mover otras turbinas. En este caso, hablamos de centrales de ciclo combinado.

CENTRAL NUCLEAR:

En España hay 6 centrales nucleares en funcionamiento (ninguna en Canarias) que producen sobre el 20% de toda la energía del país, mientras que hay 62 centrales térmicas que producen sobre el 30%, Eso nos da una idea de la potencia y eficiencia de las centrales nucleares. Su funcionamiento es, en esencia igual el de una central térmica, solo que en lugar de quemar combustibles fósiles en calderas, se emplea como fuente de energía el uranio-235, aunque éste no se quema, sino que sufre un proceso físico llamado fisión nuclear, que ocurre en el llamado reactor nuclear, donde se obtiene el calor suficiente para transformar el agua en vapor que mueva las turbinas de la central. La fisión nuclear, que transcurre en el reactor nuclear, consiste básicamente en dividir los núcleos de los átomos de uranio con neutrones. Cuando un núcleo se divide, libera una enorme cantidad de energía en forma de calor. 

Si bombardeamos núcleos de átomos de uranio con neutrones, algunos se dividen, dando lugar a átomos más pequeños. Este proceso, que libera gran cantidad de energía se denomina FISIÓN NUCLEAR y ocurre en el REACTOR NUCLEAR. Es el fundamento de las centrales nucleares.

CENTRAL HIDROELÉCTRICA:

En España hay un número importante de centrales hidroeléctricas que producen alrededor del 15% de la energía del país, aunque en años lluviosos puede ser mucho mayor ese porcentaje. En Canarias la producción de energía hidroeléctrica es de sólo un 0,2% porque no cuenta con saltos de agua caudalosos. Su funcionamiento se base en acumular agua del curso de un río con presas y embalses. Este agua está a cierta altura y se aprovecha la energía potencial que ésta almacena. El agua se deja caer y se conduce hasta las turbinas de la central que, al girar, hacen girar a su vez a los alternadores.. 

ENERGÍA EÓLICA 

En España cerca del 20% de la energía producida es eólica. También se produce en Canarias, aunque su porcentaje de producción es ridículo (apenas un 4,4%), a pesar de tener vientos muy favorables (los alisios). La máquina que produce la energía se llama aerogenerador, que seguramente habrás visto. Su funcionamiento es simple. El viento hace mover las palas del aerogenerador a una velocidad baja. Ese movimiento circular se transmite, gracias a una caja de cambios multiplicadora, hasta un eje que gira a una velocidad mucho más alta y que a su vez seconecta al alternador o generador. 

CENTRALES O PARQUES SOLARES FOTOVOLTAICAS 

En Canarias sólo el 3% de la energía producida es solar fotovoltaica, a pesar de ser la región de España con más horas de sol. Las centrales solares fotovoltaicas realizan una conversión directa de la energía solar en energía eléctrica gracias a los paneles solares fotovoltaicos, que se agrupan, formando un parque solar fotovoltaico. Existen materiales que presentan la propiedad de generar corriente eléctrica cuando la luz incide sobre ellos. Estos materiales se emplean para construir células fotovoltaicas. Un panel solar está formado por varias de estas células fotovoltaicas. La corriente eléctrica generada por los paneles fotovoltaicos puede consumirse en el momento o acumularse en un sistema de baterías. Así se puede disponer de la energía eléctrica fuera de las horas de Sol. 

La construcción y funcionamiento de una central eléctrica implica obligatoriamente un cambio ecológico en la zona debido tanto a la construcción de la misma (edificios, comunicaciones…) como a los residuos que genera su actividad. Eso quiere decir que todas las centrales conllevan un impacto ambiental, independientemente de si la energía que utilizan es limpia (no produce contaminación) o no lo es. Por eso, en la construcción de cualquier central eléctrica, deben hacerse siempre una evaluación del impacto ambiental junto a una evaluación sobre las repercusiones económicas y sociales sobre la zona de su ubicación. El siguiente cuadro muestra un estudio sobre las principales características del impacto ambiental de cada tipo de central, así como sus riesgos e inconvenientes y las ventajas que, pese a todo, supone su construcción:

Realiza las siguientes actividades:

1. Define energía

2. Describe los tipos de energía.

3. ¿Qué tipos de energías se manifiestan o almacenan en los siguientes objetos o fenómenos?:

a) Tren en movimiento
b) rayo
c) trueno
d) chocolatina
e) pájaro volando
f) corriente eléctrica
g) relámpago
h) agua de presa
i) agua que corre en un río
j) agua hirviendo
k) madera
l) núcleo de un átomo
m) carbón
o) sol

4.- ¿Qué dice el "Principio de Conservación de la Energía"?

5.- Explica la transformación de energía que se produce en los siguientes ejemplos:

a) Prendemos una barbacoa

b) Ponemos el coche en marcha

c) usamos una calculadora solar.

d) Enchufamos una estufa eléctrica 

e) Encendemos una bombilla f) Usamos una estufa de gas 

g) Oímos música por un altavoz 

h) Usamos una pila 

i) Usamos una placa solar para calentar agua. 

j) Hablamos por un micrófono. 

k) Ponemos en marcha un motor eléctrico. 

l) Lanzamos fuegos artificiales 

m) Quemamos carbón en una caldera.

6. Di si es verdadero o falso; si es falso, vuelve a escribir la frase de forma que sea correcta. 

a) En general, existen dos tipos de fuentes de energía: los materiales (como los combustibles) y el agua. 

b) El gas se considera una fuente de energía. 

c) El sol es una fuente de energía renovable, no convencional y no contaminante.

d) La gasolina se considera una fuente de energía renovable y contaminante. 

e) Todas las fuentes de energía contaminan en mayor o menor medida. 

7. Piensa y completa el cuadro siguiente:

8. Define las siguientes palabras: 

a) Fuente de energía

b) Recurso energético

c) Central eléctrica 

d) Alternador 

e) Turbina 

9. Explica la diferencia que existe entre "Recurso Energético" y "Fuente de Energía". Pon dos ejemplos.

10. Explica por qué la energía eléctrica es la más utilizada en la actualidad9. Usando una turbina y un alternador podemos producir energía eléctrica, ¿cómo? Explícalo con tus palabras, añadiendo un dibujo si fuera necesario. 

11. a) ¿Cuáles son los combustibles fósiles? 

b) ¿Cómo quemando combustibles fósiles podemos producir energía eléctrica? Explícalo con tus palabras indicando cada paso, ¿Cómo se llaman este tipo de centrales? 

12. Clasifica las siguientes fuentes de energía según sean renovables o no renovables: 

a) Solar 

b) Geotérmica 

c) Nuclear. 

d) Hidráulica. 

e) Combustibles fósiles. 

f) Biomasa 

g) Energía eólica. 

13. a) ¿Cuál es el objetivo de las torres de refrigeración en la central térmica? 

b) ¿Cuál es la máquina que transforma en una central térmica la energía mecánica en eléctrica? 

14. ¿Cuál es el impacto ambiental de la central térmica?