1. LA ENERGÍA.
1.1. CONCEPTO DE ENERGÍA.
• La energía es algo que está presente en la materia que compone a los cuerpos, que no se puede ver ni tocar, pero que se manifiesta en distintas formas como son luz, calor, viento, electricidad…
• La energía se define por tanto como la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo.
• Gracias a la energía de los alimentos el cuerpo es capaz de transformarlo en energía metabólica y muscular.
• Al principio de la historia la única energía de la que disponía el hombre era la ENERGÍA MUSCULAR.
• Con los inventos de máquinas y mecanismos el hombre fue capaz de reducir los esfuerzos que realizaba y mejorar por tanto la calidad de vida de las personas.
• Todo lo que nos rodea necesita energía para funcionar correctamente.
1.2. FORMAS DE ENERGÍA.
La energía puede manifestarse en la naturaleza de diversas formas, y según como se manifieste tiene diversos nombres:
• Energía mecánica
• Energía nuclear
• Energía térmica o calorífica
• Energía química
• Energía eléctrica
• Energía electromagnética
• Energía sonora.
• ENERGÍA MECÁNICA: Es la unión de la energía cinética y la energía potencial.
o La Energía cinética es la energía asociada a los cuerpos que se encuentran en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo. A más masa de cuerpo y a más velocidad más energía cinética tiene un cuerpo.
o La Energía potencial gravitatoria es la que posee un cuerpo que se encuentra a una determinada altura sobre la superficie terrestre. Ej.: Un paracaidista al saltar desde un avión tiene energía potencial gravitatoria, por estar separado de la superficie terrestre una cierta distancia (altura).
• ENERGÍA NUCLEAR: La energía nuclear es contenida en los núcleos de los átomos y se desprende en las reacciones nucleares. Esta energía se libera en los procesos de:
o fisión nuclear (ruptura de un núcleo atómico grande en dos más pequeños)
o fusión nuclear (unión de dos o más núcleos atómicos menores para formar uno mayor).
Ej.: En las estrellas, como nuestro Sol, la fusión tiene lugar a tal escala que la energía liberada es enorme.
• ENERGÍA TÉRMICA: La energía térmica se debe al movimiento de los átomos o moléculas que componen un cuerpo. La temperatura es la medida de la energía térmica de un cuerpo. Cuando dos cuerpos con distinta temperatura se ponen en contacto, el de mayor temperatura "transmite energía térmica" al de menor temperatura. La energía térmica transmitida entre cuerpos a diferente temperatura recibe el nombre de calor.
• ENERGÍA QUÍMICA: La energía química es la energía que se desprende o absorbe en las reacciones químicas. Ej.: La energía química liberada en la combustión del gas butano permite calentar el agua de una vivienda.
• ENERGÍA ELECTRICA: La energía eléctrica es la debida al movimiento de cargas eléctricas dentro de conductores eléctricos. Ej.: La energía eléctrica que hace girar el motor de un coche y ponerlo en movimiento. Es capaz de poner en marcha cualquier electrodoméstico
• ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA: La energía electromagnética es la que transportan las llamadas "ondas electromagnéticas", como la luz, las ondas de radio y TV, las microondas, los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma de la radiactividad.
• ENERGÍA SONORA: Es la asociada a las ondas sonoras, se transmite mediante vibraciones del medio físico.
Las principales fuentes convencionales de energía, aunque no las más antiguas, son cuatro:
■ Los carbones
(turba, lignitos, hulla, antracita,...)
■ El petróleo y sus derivados
(gasolina, gasoil, fueloil, gas butano, keroseno para los aviones,...)
■ El gas natural.
■ La energía nuclear.
EFECTOS MEDIOAMBIENTALES A ESCALA LOCAL
Utilizar estas fuentes de energía tiene una serie de efectos medioambientales negativos a dos escalas: a escala local (sólo en mi pueblo o ciudad) y a escala global (en grandes zonas, incluso afectando a toda la Tierra).
Las cuatro energías convencionales no son renovables, es decir, no pueden ser usadas indefinidamente puesto que a medida que las usamos se van acabando.
Tres de ellas (carbón, petróleo y derivados, y gas natural) cuando se queman emiten gases o partículas contaminantes a la atmósfera que, además de contaminar, pueden afectar a la salud de las personas. Los gases que emiten dependen del tipo de combustible que se queme. Entre estos gases contaminantes se encuentran el dióxido de carbono o anhídrido carbónico (CO2) que provoca el efecto invernadero; los óxidos de azufre y de nitrógeno que provocan la lluvia ácida; el metano que también provoca el efecto invernadero; y el monóxido de carbono (CO), un gas que no se puede ver ni oler, pero que puede resultar muy venenoso cuando se lo respira en niveles elevados. Otro tanto ocurre con ciertos metales pesados.
■ La energía nuclear se utiliza en medicina, en la investigación y para producir electricidad. El problema es que la energía nuclear genera unos residuos sólidos, que son radiactivos y difíciles y costosos de tratar. Cuando hay algún accidente en una central nuclear, como ocurrió el 25 de abril de 1986 en Chernobil (Ucrania, cerca de Rusia), las pérdidas son muy grandes (los daños de este desastre afectaron a 75 millones de personas). Las modernas centrales nucleares de Europa –incluidas las españolas– y de otros países desarrollados son mucho más seguras y están mucho más controladas.
■ Otro impacto local negativo puede ser la contaminación de aguas continentales y marítimas y de suelos. Este impacto lo provocan los residuos que se producen en la extracción (obtención del combustible), procesamiento (mejora del mismo para obtener un producto más útil, por ejemplo, pasar de petróleo a gasolina) y transporte. Un ejemplo de este impacto es el provocado en las costas gallegas por el hundimiento del petrolero "Prestige".
EFECTOS MEDIOAMBIENTALES A ESCALA GLOBAL
Los cuatro problemas globales más serios derivados del uso de las fuentes convencionales de energía son el cambio climático provocado por el efecto invernadero, la lluvia ácida, la pérdida de biodiversidad y la disminución de la capa de ozono.
■ Efecto invernadero. Cuando se quema carbón, para producir calor y, después, energía eléctrica se emite a la atmósfera una serie de gases. Entre estos gases está el CO2 que provoca el efecto invernadero.
■ Lluvia ácida. Ciertos carbones cuando se queman para producir calor o para producir (usando ese calor) energía eléctrica desprenden óxidos de azufre y de nitrógeno. Estos gases al reaccionar con el vapor de agua de la atmósfera (las minúsculas gotas de lluvia) forman otros compuestos que son llamados ácidos y que caen a la tierra en forma de las llamadas "lluvias ácidas".
■ Pérdida de biodiversidad. La palabra biodiversidad quiere decir diversidad biológica. La emisión de gases y de partículas provocada al quemar ciertos combustibles, la ocupación del terreno, las reacciones químicas derivadas o los vertidos incontrolados en el transporte de combustibles fósiles pueden causar, si se realizan a grandes escalas, efectos negativos en ciertas especies de plantas y animales, llegando a ocasionar incluso su desaparición. Es lo que llamamos la pérdida de "biodiversidad".
■ Disminución de la capa de ozono. El ser humano ha venido utilizando una serie de compuestos
en aerosoles, espumas sintéticas, refrigerantes, disolventes, pulverizadores… que destruyen la capa de ozono que protege la Tierra de las radiaciones solares más peligrosas. Los compuestos más peligrosos se llaman clorofluocarbonos. Desde 1987 los países que emitían esos gases se han puesto de acuerdo, de tal manera que el "agujero de ozono" parece que ha comenzado a taponarse de nuevo y se espera que dentro de unos lustros (un lustro son cinco años) tenga el grosor que tuvo hace trescientos años.
LAS FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLE
A diferencia de las fuentes convencionales de energía, las energías renovables no se agotan. La inmensa mayoría de ellas provienen de la energía que llega a nuestro planeta de forma continua como consecuencia de la radiación solar (eólica, solar, biomasa e hidráulcia). La energía de las mareas (maremotriz) tiene su origen en la atracción gravitatoria ejercida por el Sol y la Luna sobre la Tierra y la geotérmica procede de la energía que encierra la Tierra en forma de calor.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
Consiste en el aprovechamiento de la energía solar para calentar agua, cualquier otro líquido o comida. La tecnología actual permite, también, calentar agua mediante el calor del sol hasta producir vapor y, posteriormente, obtener energía eléctrica.
Hay varias formas de aprovechar la energía solar térmica.
■ Una de ellas es mediante los llamados colectores solares planos. El efecto que se produce en ellos es el mismo que se produce en un invernadero. En esencia constan de una placa de vidrio transparente que se coloca por encima de una placa ennegrecida por la que circula el agua que se va a calentar. La luz del sol (la radiación solar) atraviesa la placa de vidrio y calienta la placa ennegrecida. La placa de vidrio es una "trampa solar" pues deja pasar la radiación del sol pero no deja salir la radiación que emite la placa ennegrecida. Con el tiempo esta placa ennegrecida se va calentando.
■ Otra es mediante los llamados colectores concentradores. Tienen forma cilíndrico-parabólica y, en este caso, se trata de espejos. En el centro de estos espejos se coloca un tubo que contiene el agua o el líquido que se quiere calentar.
■ Los pequeños hornos solares utilizados para calentar líquidos y cocinar alimentos son también espejos que concentran, como una lupa, el calor del sol en el cazo o en la sartén. Se pueden desmontar y se transportan con facilidad.
Tienen un problema: por la noche no funcionan.
■ También se fabrican grandes espejos, de una altura superior a dos personas puestas una encima de la otra, llamados heliostatos (en griego, "helio" quiere decir sol) que reflejan la radiación del sol en un recipiente donde se hierve agua obteniendo vapor. Luego ese vapor se mete en una turbina de vapor y hace que su eje de vueltas. Al girar este eje gira también el eje de un generador de corriente eléctrica y así se obtiene energía eléctrica.
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
En este caso la luz del sol (radiación electromagmética) incide sobre una célula fotoeléctrica o fotovoltaica que produce energía eléctrica. Por tanto, la célula fotovoltaica es un dispositivo electrónico capaz de generar energía eléctrica, de forma directa, al recibir la luz solar.
Estas células se combinan en paneles para conseguir los voltajes adecuados. Los paneles comerciales suelen ser de 12 o 24 voltios, los cuales a su vez pueden combinarse para conseguir las potencias adecuadas a cada necesidad. La energía eléctrica generada mediante este sistema puede ser aprovechada de dos formas: para verterla en la red eléctrica, o para ser consumida en lugares aislados, donde no existe una red eléctrica convencional.
ENERGÍA EÓLICA
La diferente distribución de temperaturas en la atmósfera (el sol no calienta igual en todas partes) provoca el movimiento del aire, originándose así los vientos.
Hoy en día, para captar la energía que transporta el viento, se usan máquinas eólicas llamadas
aerogeneradores. Lo habitual es que sólo tengan tres palas, de forma alargada y aerodinámica y que se situen sobre una torre, ya que la velocidad del viento aumenta con la altura. Con su giro, las palas mueven un generador eléctrico contenido en una góndola, produciendo así energía eléctrica. Hay aerogeneradores tan grandes que pueden proporcionar energía eléctrica a 750 e incluso 900 familias europeas cada uno de ellos. Frecuentemente, los aerogeneradores se agrupan en los llamados parques eólicos, para verter a la red eléctrica toda la energía producida por este conjunto de molinos. De esta manera se consigue producir en un espacio pequeño de terreno gran cantidad de electricidad limpia.
BIOMASA
La biomasa es la forma que tienen las plantas para almacenar la energía que les llega del sol.
La energía de la biomasa se aprovecha tanto para producir calor como electricidad. También permite elaborar biocarburantes para los vehículos. La energía hidráulica sirve para generar electricidad
Estos biocombustibles pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Entre los sólidos destacan la paja de cereales, la leñas, las astillas (trocitos de leña), los pelets (especie de cigarrillos hechos con biomasa compactada), las briquetas (cilindros de biomasa compactada) y el carbón vegetal.
Los biocombustibles líquidos son cada día más importantes porque pueden ser empleados para mover los motores de los coches. Como el bioetanol que se obtienen de la caña de azúcar, el maíz y los cereales y, en un futuro, se piensa obtenerlos de la paja de cereales y de la celulosa de la madera. Los biocombustibles líquidos de este primer grupo funcionan en motores de gasolina. El segundo grupo se utiliza junto con gasoil para obtener "biodiesel" y mueven motores de coches y máquinas empleadas en la construcción de carreteras y viviendas. Además, el biodiesel, es menos contaminante que el gasoil normal.
La energía de la biomasa también se aprovecha para producir calor y electricidad. Por ejemplo, en Cúellar (Segovia) funciona desde hace varios años una central que utiliza residuos forestales para calentar agua, que circula por tuberías y atiende las necesidades de calefacción y agua caliente de parte de los habitantes de esta localidad. También se emplea en vertederos para obtener electricidad.
ENERGÍA HIDRÁULICA
La energía hidráulica se obtiene a partir de las aguas de los ríos. De forma indirecta, tiene al sol como origen, puesto que el calor del sol evapora el agua de los mares formando las nubes, que a su vez se transforman en lluvia o nieve que termina volviendo en parte al mar.
La energía hidráulica se utiliza para generar electricidad. Cuando el agua, retenida en un embalse o en una presa, se mete en un tubo y se coloca a la salida del tubo una turbina, el eje de la turbina empiece a dar vueltas. Este giro hace que también de vueltas un generador eléctrico, obteniéndose así la energía hidroeléctrica. Hay varios
tipos de centrales, normalmente se habla de tres centrales: de “agua fluyente” (captan una parte del caudal del río y, a través de un canal, lo trasladan hacia la central), a “pie de presa” (debajo de una presa) y “reversibles” (que, aparte de generar electricidad, también bombean agua para complementar la producción eléctrica cuando más hace falta). No obstante, a pesar de ser una energía muy limpia, pues produce energía eléctrica sin emitir gases de combustión, la construcción de las centrales puede producir daños en el entorno. También puede afectar a las personas, al obligarles a abandonar su pueblo.
Todo ello hace que las centrales minihidráulicas y las microhidráulicas sean consideradas más interesantes.
ENERGÍA GEOTÉRMICA
La energía geotérmica tiene su origen en la enorme diferencia de temperaturas que existen en el interior de la Tierra y que van desde los 15ºC de la superficie a los 4.000ºC que rigen en el núcleo.
En muchos casos sirve para caldear viviendas,invernaderos y otras instalaciones. La energía geotérmica también se está utilizando, desde hace varias décadas, para generar electricidad. En Italia y en California (EE.UU) por ejemplo, hay plantas que, mediante tuberías, recogen el vapor que desprenden acuíferos que se encuentran a temperaturas muy altas y lo emplean para accionar turbinas que ponen en marcha generadores eléctricos. La tecnología actual está permitiendo que también puedan empezar a aprovecharse los llamados yacimientos de roca caliente, en los que no hay fluido, solo roca caliente.
ENERGÍA DE LAS OLASY DE LAS MAREAS
El vaivén del agua de las mareas o de las olas, las corrientes marinas, incluso la diferencia de temperaturas que hay entre el agua de la superficie del mar y la de las profundidades, también pueden ser utilizados para generar energía.
■ Las mareas (el ascenso y descenso de las aguas del mar) son producidas por las acciones gravitatorias del sol y la luna, pero, con la tecnología actual, sólo en aquellos puntos de la costa en los que la marea alta y la baja difieren más de cinco metros de altura es rentable instalar una central maremotriz. Por esta razón, hay muy pocas centrales maremotrices en el mundo. Su funcionamiento es semejante al de las centrales hidroeléctricas de los ríos.
■ Las olas son producidas por el viento y su altura es muy variable. Algunos ingenios logran que la ola penetre en una especie de cilindro, presione hacia arriba el aire que ese cilindro contiene y éste pasa a través de una turbina acoplada a un generador eléctrico. En otros casos, las olas suben por un canal cada vez más estrecho hasta llegar a un depósito que se halla unos metros por encima del nivel del mar para pasar luego a través de la turbina. También se utilizan otras tecnologías, aunque, como en el caso de la energía maremotriz, estamos hablando de una tecnología aún muy incipiente.
HIDRÓGENO Y PILA DE COMBUSTIBLE
Las pilas de combustible, cuando producen energía a partir del hidrógeno, sólo desprenden agua y si pusiéramos nuestras manos en el tubo de escape de un coche de pila de combustible de hidrógeno se nos llenaría de vapor de agua. Es decir, no tienen escapes contaminantes como el gasoil, la gasolina o el gas natural.
El hidrógeno se puede sacar del gas natural, pero puede obtenerse también del agua mediante un proceso eléctrico que se llama hidrólisis y que produce hidrógeno y oxígeno.
