ENERGÍA ¿QUÉ ES? ¿QUÉ TIPOS EXISTEN? SUS MÉTODOS DE OBTENCIÓN Y EL FUTURO DE LAS ENERGÍAS LIMPIAS PROF. ARTURO ROBLEDO J. LA ENERGÍA Es una propiedad fundamental de la materia y es intrínseca a la misma ya que, sin energía, no habría transformaciones de la misma. Se define a la Energía como “la capacidad o propiedad para realizar un trabajo o para transferir calor”. El “principio de actividad interna”, explica que, a medida que una muestra de materia realiza un trabajo o transfiere calor, dicha energía disminuye en proporción inversamente proporcional. En el Sistema Internacional (SI), la energía se mide en las unidades llamadas julios o joules (J). La forma tangible de la energía se puede observar y estudiar a través de sus manifestaciones que son el resultado de las combinaciones de los tipos fundamentales de la misma, partiendo de la potencial y cinética. Renovable No renovable Energía Potencial Manifestaciones Cinética Trabajo ENERGÍA POTENCIAL Y CINÉTICA Potencial. Es la que contiene la masa en reposo, por razón de su posición, composición o condición. El agua en una presa, un resorte comprimido, la energía almacenada en una batería de automóvil o en cualquier pila, un tanque de gasolina, un objeto colocada sobre una mesa, son ejemplos de este tipo de energía. Cinética. Es aquella debida al movimiento de la masa. El vuelo de un avión, el rodamiento de un auto, el caudal de un río, el movimiento de las aspas de un aerogenerador, un satélite moviéndose alrededor de la Tierra, entre otros, son ejemplos de ésta. Los tipos fundamentales de energía pueden pasar de uno a otro tipo cumpliendo con la “ley de la conservación de la energía” que dice “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”, un ejemplo es la transformación de la energía potencial en cinética de un cuerpo cuando, partiendo del estado de reposo, al caer, libera la energía cinética y viceversa, además, dichas energías tienen una relación inversamente proporcional, es decir, cuando aumenta una, la otra disminuye. Otra forma de llamar el fenómeno antes mencionado es a lo que se le llama manifestaciones de la energía, es decir, partiendo de la potencial, ésta puede transformarse en calorífica, sonora, lumínica, mecánica, etc. Energía calorífica. Proviene de la suma de la energía cinética de las partículas que forman a una sustancia. Se manifiesta como movimiento molecular de la materia, por lo que, a mayor movimiento de las mismas, mayor temperatura. Cualquier combustión es un ejemplo y se asocia al término “calor” que se define como energía en tránsito de un cuerpo o materia a otro. Energía mecánica. Se manifiesta en el movimiento de los cuerpos, como en el funcionamiento de cualquier motor, en un brazo mecánico, en una máquina para hacer tortillas, en una grúa, en una máquina de coser o una bomba de agua. Energía sonora. Es transportada por ondas acústicas como energía vibracional e impulsos, que procede de una fuente emisora y se propaga a la velocidad de la onda, proporcionando movimiento a las partículas del entorno y produciendo presión en el aire mismo, sus aplicaciones son variadas, desde comunicarnos con la voz, hasta diversos dispositivos de entretenimiento, (como radio y TV, smartphone, etc.), hasta seguridad como alarmas de diversos tipos y usos. Energía radiante. Se manifiesta en las diferentes formas de luz, calor, rayos X, las ondas de radio y TV, se define como la energía que consiste en un flujo continuo de paquetes de energía conocidos como cuántos, propagándose como ondas electromagnéticas capaces de viajar en el vacío. Energía eléctrica. Proviene del movimiento de los electrones que fluyen a través de un conductor. Tiene como ventaja principal su fácil transportación, bajo nivel de contaminación y económico, aunque no de almacenamiento práctico. Esta manifestación es y ha sido de gran importancia social, económica y ambiental. Existen dos tipos de corriente eléctrica la continua (CC) y, la alterna (CA). Energía electromagnética. Es generada por los campos electrostáticos, magnéticos y las corrientes eléctricas. Energía química. Proviene de la energía potencial e interna y se observa en las reacciones químicas cuando los elementos y/o compuestos liberan, al romperse los enlaces químicos iniciales, para dar lugar a otras sustancias químicas dando lugar a energía cinética útil, en las reacciones, se puede liberar o absorber energía en forma de calor, las primeras son llamadas exotérmicas y, las segundas, endotérmicas. Energía metabólica. Es generada en los organismos vivos, por los procesos químicos de oxidación para la asimilación de los nutrientes, como la que es producto de la ingesta de alimentos. La forma clásica de obtener energía, desde la antigüedad, para el desarrollo industrial, comercial y doméstico ha sido, principalmente, a través de la quema de combustibles fósiles y, en tiempos más recientes (desde el Siglo XX), se ha recurrido a las plantas termonucleares, sin embargo, el impacto ambiental ha sido enorme: derrames petroleros, emisiones de CO2 a la atmósfera (principal factor de cambio climático), fugas de radiación, etc. Hoy en día, la comunidad científica ha enfatizado la necesidad de emplear la energía de manera más eficiente y sustentable, desarrollando, cada vez más, equipos para producir y emplear la energía disponible de forma continua con bajo o nulo impacto ambiental, conocida como sustentable, entre éstas se encuentran: la eólica, biomasa, solar, geotérmica, mareomotriz, etc., mientras que, las no renovables son el carbón, petróleo, gas natural, nuclear, etc. Fuentes de energía renovables. Eólica. Proviene del movimiento del aire atmosférico y la fuerza del viento que, al hacer girar unas aspas, realiza un trabajo que se aplica en los molinos, o bien, se transforma en energía eléctrica a través de turbinas. Se considera una energía limpia y económica en su producción y de gran utilidad en regiones aisladas. Biomasa. Proviene de la degradación de materia orgánica generado por procesos naturales ocasionados por procesos químicos y biológicos. Solar. Proviene de la estrella de nuestro sistema planetario generada a partir de las reacciones de fusión nuclear, radiación electromagnética es de amplio espectro, en el cual, la luz solar es la parte visible para nuestros ojos. Actualmente, se aprovecha la energía térmica que proporciona el Sol para calentar agua en sistemas caseros de calentamiento, sin embargo, la aplicación que está ganando terreno, tanto a nivel industrial como casero, son las celdas solares, construidas a base de silicio (Si), que, a partir de los fotones de los rayos solares, los transforman en electrones que, a su vez, son usados como una fuente de energía eléctrica. Mareomotriz. Se obtiene al aprovechar el movimiento de los cuerpos de agua del planeta, como mareas y olas, generados por la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna. La energía cinética de tal movimiento se induce hacia generadores de electricidad. Hidráulica. Esta energía se obtiene del movimiento del agua de los ríos y caídas de agua (principalmente las presas), con lo cual se accionan generadores de corriente eléctrica, también tiene aplicación en el movimiento de fluidos en tuberías que mediante vasos comunicantes realizan algún trabajo, como levantar autos para su revisión y mantenimiento. Fuentes de energía no renovables. Carbón. Material que se ha empleado como combustible fósil, el cual se formó por la degradación de vegetales que se acumularon en el subsuelo y que, en el transcurso del tiempo, experimentaron reacciones químicas que, debido a la presión y la temperatura de subsuelo, dieron lugar a las variedades de carbón mineral conocidas. Petróleo y gas natural. Mezcla de hidrocarburos que se encuentra bajo la superficie de la tierra en forma de un líquido viscoso de color negro amarillo, acompañado de una mezcla gaseosa. La teoría más aceptada es que se formó por la degradación de tejidos animales y vegetales que por los movimientos telúricos bajo la superficie terrestre a distintas profundidades sometidos a diferentes presiones y temperaturas. El gas natural esta formado aproximadamente de: metano (91%), etano (4%), propano (2%). Bióxido de carbono (2%) y, nitrógeno (1%). Energía nuclear. Es el resultado de los procesos de fisión nuclear en los que se libera una gran cantidad de energía en forma de calor, que, a su vez, se usa para calentar y vaporizar grandes cantidades de agua y, con ese vapor, mover turbinas que generan electricidad, en dicho proceso se obtiene energía muchas veces mayor que en una reacción de combustión, lo que se puede entender, considerando la relación masa-energía explicada en la ley establecida por Albert Einstein. El uso de esta energía implica un gran riesgo para la vida en el planeta pues requiere de sistemas de seguridad complejos y, a pesar de esto ha habido accidentes que liberan radiación, por otro lado, sus residuos también representan un riesgo latente pues, aunque se almacenen bajo tierra, siguen representando peligro por cientos o miles de años. En general, se puede decir que las manifestaciones de la energía se observan como una serie de transformaciones en una aplicación específica lo que enmarca un principio fundamental aplicable en diferentes ciencias como la química y es que la energía puede cambiar de una forma a la otra, pero la cantidad total permanece inalterable en un sistema cerrado. Leyes fundamentales de la química. Los hombres debemos entender las leyes que son eje de nuestras acciones como humanos responsables del futuro de nuestro planeta, estas son: a) Ley de la conservación de la masa descubierta por Antoine Lavoisier y que dice “la masa no se crea ni se destruye, sólo se transforma”; b) Ley de la conservación de la energía que dice “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma” y; c) Ley de la conservación de la materia, descubierta por Albert Einstein establece que “la masa-energía que se manifiesta en un determinado espacio-tiempo es constante”, esto se encuentra expresado de manera más precisa en su fórmula: E = mc2 donde: E = energía m = masa c = constante de la velocidad de la luz (300 000 Km/s)
