1.
Energía
y su forma de transferencia
1.1.
¿Qué
es energía?
La energía es la capacidad de los
cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros
cuerpos. Es decir, el concepto de energía se define como la capacidad de hacer
funcionar las cosas.
Desde la ciencia de la física se refiere a trabajo, primero se establecen los objetos involucrados en una situación, delimitando un sistema e identificándolas fuerzas externas que actúan sobre los objetos del sistema. De forma que el trabajo depende de dos magnitudes físicas como lo son la fuerza externa (aplicada sobre el objeto) y el desplazamiento que el objeto realiza.
En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada para poder extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico).
La energía no es un ente físico real, ni
una "sustancia intangible" sino sólo un número escalar que se le
asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción
matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Así, se puede describir completamente
la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros
tipos de sus componentes.
1.2.
Clasificación
de las fuentes de energía
Son fuentes de energía aquellos recursos naturales que el ser humano
puede utilizar para extraer energía con el objetivo de realizar determinado
trabajo o cumplir alguna utilidad.
Existen distintas formas de clasificar
las fuentes de energía.
o
Renovables: a aquellas fuentes de
energía que o bien se regeneran a la misma velocidad que se consumen, o
directamente no se gastan en su uso.
Por el fenómeno que da origen a la
fuente:
Siendo el Sol, en última instancia, el
origen de casi todos ellos
o Primarias:
Son las que se obtienen directamente de la naturaleza antes de ser
transformadas, como son la energía solar, eólica, hidráulica, geotérmica o del
mar, así como la contenida en la biomasa, el petróleo, el gas natural o el
carbón.
o
Secundarias:
Son las obtenidas a partir de la transformación de las primarias. En este grupo
estarían las gasolinas, la electricidad, el gasoil, el fuel oil, etc.
También
se pueden dividir en:
o
Limpias y contaminantes:
en función del impacto ambiental que ocasione la extracción y transformación de
la energía. Así, fuentes que no generan residuos contaminantes como la energía
solar o la eólica se consideran limpias, mientras que otras, como el carbón o
el petróleo, son consideradas contaminantes.
o
Convencionales y no convencionales:
que distinguen entre las llamadas “energías tradicionales” (como el carbón, el
petróleo, el gas natural, la energía nuclear o la energía hidráulica) y las
energías alternativas (como la solar, la eólica, la de biomasa o la
mareomotriz) que se están desarrollando frente a las energías convencionales.
TABLA DE CLASIFICACION DE ENERGÍA | ||||
FUENTE | EFECTO | PRODUCTO | TECNOLOGIA | USO |
RADIACIÓN SOLAR | EVAPORACION | LLUVIA | ENERGÍA HIDRÁULICA | TRABAJO MECÁNICO (+ CALOR RESIDUAL) O CALOR DISIPADO |
VIENTO | OLAS | ENERGIA EÓLICA | ||
ENERGÍA DE LAS OLAS | ||||
CALENTAMIENTO DEL MAR | DIFERENCIA TÉRMICA EN PROFUNDIDADES | ENERGÍA TERMOMARINA | ||
FOTOSÍNTESIS | BIOMASA VEGETAL | COMBUSTIÓN | ||
ETANOL POR FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA | ||||
CARBÓN, GAS Y PETRÓLEO | COMBUSTIÓN | |||
BIOCOMBUSTIBLES: HIDROCARBUROS, ACEITES, ETC. | COMBUSTIÓN | |||
RESIDUOS ORGÁNICOS | PIRÓLISIS | |||
COMBUSTIÓN | ||||
BIOGAS POR DIGESTIÓN ANAERÓBICA | ||||
| | ENERGÍA SOLAR BIOCLIMÁTICA | ||
| | ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA | ||
| | ENERGÍA SOLAR TÉRMICA | ||
ATRACCIÓN SOLAR Y LUNAR | MAREAS | | ENERGÍA SOLAR MAREOMOTRIZ | |
CALOR INTERNO TERRESTRE | AGUAS TERMALES | VAPOR DE SUPERFICIE | ENERGÍA GEOTÉRMICA DE ALTA ENTAPÍA | |
ENERGÍA GEOTÉRMICA DE MEDIANA Y BAJA ENTAPÍA | ||||
DISOCIACIÓN DE MASA DE ENERGÍA | REACCIÓN NUCLEAR | RADIACIONES DE ENERGÍA | ENERGÍA NUCLEAR POR FISIÓN | |
ENERGÍA NUCLEAR POR FUSIÓN | ||||
1.3.
Fuentes
de energía renovables y no renovables
Renovables
Pueden
utilizarse de manera continuada para producir energía, ya que se regeneran
fácilmente (biomasa) o porque son una fuente inagotable (solar).
Ejemplo
de ellas son las siguientes:
o
Energía Hidráulica: obtenida a través de
un curso del agua.
o
Energía Eólica: Proviene del viento.
o
Energía Solar: Proviene de la luz del
sol como su nombre lo dice, esta puede ser transformada en dos tipos de
energía, la eléctrica y la térmica.
o
Energía Geotérmica: proviene del calor
interno de la tierra y también se puede transformar en energía eléctrica o
calorífica.
o
Energía Marítima: Proviene del movimiento
de subida y bajada del agua del mar.
o
Energía de ondas: Proviene del
movimiento ondulatorio de las masas de agua.
o
Energía de Biomasa: Proviene del
aprovechamiento energético del bosque o de sus residuos, de los residuos de la
agricultura, de la industria alimentaria o el resultado de las plantas de
tratamiento de aguas residuales o industriales.
No Renovables
Una vez utilizadas tardan demasiado
tiempo en regenerarse o bien nunca se podrán regenerar, también se pueden
regenerar utilizando algún producto químico. (Anexo 3).
o
Carbón: Combustible extraído mediante
exploraciones minerales, suministra el 25 % de la energía primaria consumida en
el mundo.
o
Petróleo: Se constituye por una mezcla
de componentes orgánicos y es una de las principales energías utilizadas en los
medios de transporte.
o
Gas Natural: Es utilizado como
combustible en los hogares y en la industria.
o
Uranio: Elemento químico formado por
combustible nuclear, tiene un potente poder calorífico.
Este tipo de clasificación tiene como
base el ritmo de consumo de energía. Las no renovables son las que tenemos que
dejar de utilizar.
1.4.
Energía
renovables y no renovables en Venezuela
En Venezuela contamos con las siguientes
fuentes de energías renovables:
o
Hidroeléctrica: aquí se encuentra con la
cuarta más grande del mundo, por su capacidad instalada, la represa del Guri.
o
Energía Eólica: En sitios como Paraguaná
la velocidad de los vientos llegas hasta 9metros por segundo y aprovechando
este beneficio se construyeron parques eólicos en la Guajira y Paraguaná,
generando entre 25 y 30 megavatios
o
Energía solar: a muy baja escala se usan
fotoceldas para alumbrado público y de vallas publicitarias
Venezuela
es uno de los países con mayores reservas petroleras a nivel mundial y por
consecuencia es su principal fuente de energía de tipo no renovable, el
petróleo y el gas.
1.5.
Como
se obtiene la energía eléctrica en Venezuela. Problemas actuales.
En Venezuela la energía se obtiene principalmente de las centrales hidroeléctricas, dentro de las cuales tenemos: Complejo Hidroeléctrico Uribante Caparo, Represa de Caruachi, Represa de Las Macagua, Represa de Tocoma, Central Hidroeléctrica Simón Bolívar
También existen algunas termoeléctricas
a nivel nacional que a baja escala suplen a pequeños sectores.
El sistema eléctrico de Venezuela,
atraviesa una etapa de vulnerabilidad a causa de problemas de generación. Aunque
el país cuenta con una capacidad instalada superior a sus requerimientos, en
los últimos años los cortes del servicio se han hecho frecuentes y han afectado
incluso a la ciudad de Caracas, que una vez se consideró "blindada"
por contar con su propia planta generadora.
Venezuela cuenta con grandes
instalaciones hidroeléctricas, termoeléctricas y hasta eólicas, pero solo las
hidroeléctricas están aportando energía al sistema.
La columna vertebral del sistema eléctrico venezolano es la central hidroeléctrica Simón Bolívar, más conocida como el Guri.
Junto a las centrales de Macagua y Caruachi -todas en el bajo del río Caroní-, conforma el desarrollo hidroeléctrico de Venezuela.
El parque termoeléctrico de Venezuela "está en el suelo" y no genera siquiera el 25 % de su capacidad instalada, que supera los 10.000 megavatios. La mayoría de ellas operan en las capitales de los estados, por su mayor consumo y concentración poblacional.
En Venezuela también operan dos parques eólicos, aunque su aporte es prácticamente nulo.
Hay dos grandes líneas de transmisión
desde el sur de Venezuela. La más importante es conocida "la 765 kv",
atraviesa el occidente del país y deja en la cola del suministro al estado de
Zulia, uno de los más golpeados por los cortes.
La otra es de 400 Kv y utiliza una "autopista" eléctrica para conducir energía al oriente de Venezuela pero el sistema eléctrico venezolano es vulnerable y se encuentra "muy mal", por lo que ambos pronostican que los cortes masivos se repetirán. Principalmente por falta de mantenimiento y poca inversión para modernizar las centrales generadoras que operan actualmente en el país.
1.6.
Como
se obtiene la energía eléctrica en el Estado Nueva Esparta. Problemas actuales
Nueva Esparta la energía eléctrica
proviene principalmente a través del cable submarino desde Tierra firme, aunque
dentro del estado existen plantas termoeléctricas y sub estaciones que intentan
apoyar de alguna manera la generación de energía eléctrica.
Pero ese sistema presenta muchas fallas
y dependencias que ocasiona lo que actualmente vemos como apagones consecuencia
de los Planes de Administración de Carga que se implementan a diario. el
problema eléctrico persistirá debido a la exagerada dependencia que tenemos con
tierra firme a través del cable submarino, pues seguir invirtiendo en un cable
es la vía menos idónea para aumentar la capacidad instalada de electricidad en
Nueva Esparta, ya que la potencia aportada por este cable submarino nace en el
sistema eléctrico del Guri y debe pasar por Ciudad Bolívar, El Tigre, El Indio,
cerca de Maturín, Casanay y dos subestaciones de Chacopata en el estado Sucre,
antes de interconectarse con el cable submarino que entra a la Isla, por eso
una falla de cualquier naturaleza en alguno de esos puntos, produce un efecto
dominó difícil de superar en breve tiempo, ya que la capacidad de generación
local no es capaz de cubrir la demanda actual. Adicional a este problema
también tenemos el ocasionado por la escases de Diésel en el país por lo cual
la plantas termoeléctricas no pueden trabajar a su máxima capacidad.
1.7.
Formas
de generar energía nuclear
La energía nuclear es la energía
contenida en el núcleo de un átomo. Los átomos son las partículas más pequeñas
en que se puede dividirse un elemento químico manteniendo sus propiedades. En
el núcleo de cada átomo hay dos tipos de partículas (neutrones y protones) que
se mantienen unidas. La energía nuclear es la energía que mantiene unidos
neutrones y protones.
La energía nuclear se puede utilizar para producir electricidad. Pero primero la energía debe ser liberada. Ésta energía se puede obtener de dos formas: fusión nuclear y fisión nuclear. En la fusión nuclear, la energía se libera cuando los núcleos de los átomos se combinan o se fusionan entre sí para formar un núcleo más grande. Así es como el sol produce energía. En la fisión nuclear, los núcleos se separan para formar núcleos más pequeños, liberando energía. Las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear para producir electricidad.
Cuando se produce una de estas dos reacciones nucleares (la fisión nuclear o la fusión nuclear) los átomos experimentan una ligera pérdida de masa. Esta masa que se pierde se convierte en una gran cantidad de energía calorífica y de radiación, como descubrió Albert Einstein con su famosa ecuación E=mc². La energía calorífica producida se utiliza para producir vapor y generar electricidad. Aunque la producción de energía eléctrica es la utilidad más habitual que se le da a la energía nuclear, también se puede aplicar en muchos otros sectores, como en aplicaciones médicas o medioambientales.
Fisión Nuclear
La fisión nuclear es la reacción en la que el núcleo de un átomo pesado, al capturar un neutrón incidente, se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros, llamados productos de fisión, emitiendo en el proceso neutrones, rayos gamma y grandes cantidades de energía.
El núcleo que captura el neutrón incidente se vuelve inestable y, como consecuencia, se produce su escisión en fragmentos más ligeros dando lugar a una situación de mayor estabilidad. Además de estos productos, en la reacción de fisión se producen varios neutrones que al incidir sobre otros núcleos fisionables desencadenan más reacciones de fisión que a su vez generan más neutrones. Este efecto multiplicador se conoce como reacción en cadena.
Para que se produzca una reacción de fisión en cadena es necesario que se cumplan ciertas condiciones de geometría del material fisionable y se supere un umbral determinado de cantidad del mismo, conocido como masa crítica. La fisión puede llegar a producirse de forma espontánea, pero es necesaria la existencia de un neutrón que incida con la energía adecuada.
Fusión Nuclear
La fusión nuclear es una reacción
nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus
isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado,
generalmente liberando partículas en el proceso. Estas reacciones pueden
absorber o liberar energía, según si la masa de los núcleos es mayor o menor
que la del hierro, respectivamente.
Un ejemplo de reacciones de fusión son las que tienen lugar en el sol, en las que se produce la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio, liberando en el proceso una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética, que alcanza la superficie terrestre y que percibimos como luz y calor.
Para que tenga lugar una reacción de fusión, es necesario alcanzar altas cotas de energía que permitan que los núcleos se aproximen a distancias muy cortas en las que la fuerza de atracción nuclear supere las fuerzas de repulsión electrostática. Para ello, se deben cumplir los siguientes requisitos:
o
Para lograr la energía necesaria se
pueden utilizar aceleradores de partículas o recurrir al calentamiento a
temperaturas muy elevadas. Esta última solución se denomina fusión térmica y
consiste en calentar los átomos hasta lograr una masa gaseosa denominada
plasma, compuesta por electrones libres y átomos altamente ionizados.
o
Asimismo, es necesario garantizar el
confinamiento y control del plasma a altas temperaturas en la cavidad de un
reactor de fusión el tiempo necesario para que se produzca la reacción.
o
También es necesario lograr una densidad
del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros y puedan
dar lugar a las reacciones de fusión.
Sin embargo, los confinamientos
convencionales, como las paredes de una vasija, no son factibles debido a las
altas temperaturas. Por este motivo, se encuentran en desarrollo dos métodos de
confinamiento:
o
Fusión por Confinamiento Inercial (FCI):
Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna
posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Para ello se impacta una pequeña
esfera compuesta por deuterio y tritio por un haz de láser provocando su
implosión. Así, se hace cientos de veces
más densa que en su estado sólido normal permitiendo que se produzca la
reacción de fusión. Actualmente hay reactores de investigación con el objetivo
de producir energía a través de este proceso.
o
Fusión por Confinamiento Magnético
(FCM): Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un
espacio reducido por la acción de un campo magnético. El dispositivo más
desarrollado tiene forma toroidal y se denomina Tokamak.
2.
Energía
Cinética
La energía cinética, es la energía que
posee un cuerpo a causa de su movimiento. Se trata de la capacidad o trabajo
que permite que un objeto pase de estar en reposo, o quieto, a moverse a una
determinada velocidad.
Hay que diferenciar entre la energía cinética de traslación y la de rotación, aunque ambas se encuentran a menudo combinadas en una energía cinética mixta.
La energía cinética (Ec) depende de la masa y la velocidad del cuerpo. Para calcularla, debes tener en cuenta que la energía cinética se mide en Julios (J), la masa en kilogramos (kg) y la velocidad en metros por segundo (m/s).
Su fórmula es la siguiente: Ec= ½ mv²
Aunque debes recordar que la energía
cinética debe calcularse de distintas maneras según las características del
objeto. Dependiendo de su masa y velocidad, deberás usar las reglas de la
mecánica clásica, de la mecánica relativista o de la mecánica cuántica.
3.
Energía
Potencial
La energía potencial es tanto la energía que un
cuerpo posee por su posición dentro de un campo de fuerzas como la energía que
tiene un sistema debido a la configuración de sus partes (es decir, debido a su
campo de fuerzas interno). Más rigurosamente, la energía potencial
es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad
un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a
un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A
y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.
Referencias Electrónicas
https://www.fundacionendesa.org/es/recursos/a201908-que-es-la-energia
http://recursostic.educacion.es/eda/web/eda2010/newton/materiales/ruiz_perales_francisco_p3/fuentes_clasificacion.html
https://descubrelaenergia.fundaciondescubre.es/las-fuentes/clasificacion/
https://www.foronuclear.org
https://www.csn.es/la-energia-nuclear#:~:text=%C3%89sta%20energ%C3%ADa%20se%20puede%20obtener,como%20el%20sol%20produce%20energ%C3%ADa.
https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/quimica-nuclear/la-fusion-nuclear.html
https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/quimica-nuclear/fision-nuclear.html
https://www.universidadviu.com/es/actualidad/nuestros-expertos/que-es-la-energia-cinetica-definicion
https://prodavinci.com/venezuela-y-la-transicion-energetica-b/
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