ENERGIAS
Concepto de energía y tipos de energía
La Energía es la capacidad de producir un trabajo, este puede ser mecánico, eléctrico, calórico, etc.
La energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento, de posición, de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, química, nuclear, etc. Y de ahí también provendrá su nombre: energía nuclear, energía eléctrica, energía química, etc.
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La energía es una propiedad que caracteriza la interacción de los componentes de un sistema físico, que tiene la capacidad de realizar un trabajo.
Para saber más consulta la siguiente liga de Energía y navega en sus páginas ya que te será de gran utilidad para tus siguientes actividades sobre las distintas fuentes que pueden producir energía eléctrica.
La oportunidad de tener otras fuentes de energía se interpreta en la Primera Ley de la termodinámica: “La energía no se crea ni se destruye, tan sólo se transforma”.
Esté hecho fundamental de poder convertir fuentes energéticas, también se conoce como LA LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.
La energía cinética (Ec)
Los cuerpos en movimiento tienen siempre energía asociada a sus partículas, a esto se le denomina energía cinética (Ec).
Los cuerpos pueden realizar un trabajo, por el hecho de estar en movimiento, está forma de energía cuando implica un desplazamiento y cambio de posición se convierte en energía mecánica.
Por ejemplo, una persona cuando camina o corre, un avión en pleno vuelo o al momento de adquirir velocidad de despegue, por supuesto, una corriente de agua, un disco que gira, un juego mecánico en una feria, o un pájaro volando, todos son casos de energía cinética que se manifiesta en otra nueva forma de energía.
En una planta hidroeléctrica, la energía es la que proviene del aprovechamiento en primer punto de la energía potencial acumulada en el agua y que al caer desde cierta altura se convierte en energía cinética, una vez en movimiento, una buena parte de la energía se transforma en energía eléctrica por medio de los transformadores que se encuentran en la instalación conectados a turbinas. Finalizado el proceso, entonces la electricidad puede ser distribuida a través de los alternadores a las subestaciones conectadas.
Consulta la siguiente liga para aprender más de Energía cinética.
Definición y cálculo de energía potencial
La energía del agua. Sabías que el agua posee una energía asociada por el movimiento que tiene durante su traslado en ríos y mares, esto puede ser aprovechado para producir electricidad.
ENERGÍA POTENCIAL (Ep)
Generalmente decimos que un objeto tiene energía cuando esta en movimiento, por ejemplo, imagina una niña en un columpio, mientras más alto se eleva, sabemos que tiene más energía, en este caso asociamos la energía al movimiento, pero cuando se encuentra asociada a una posición del objeto se denomina Energía potencial.
Por ejemplo: un pesado ladrillo sostenido en alto tiene energía potencial debido a su posición en relación al suelo. Tiene la capacidad de efectuar trabajo porque si se suelta caerá al piso debido a la fuerza de gravedad, pudiendo efectuar trabajo sobre otro objeto que se interponga en su caída.
Un resorte comprimido tiene energía potencial. Por ejemplo, el resorte de un reloj de cuerda transforma su energía efectuando trabajo para mover las manecillas de la hora y el minutero.
El ejemplo que generalmente recordamos, es el denominado Energía Potencial Gravitacional (revisa tu mapa conceptual previo). Este se define como la masa (m) de un objeto que se encuentra a una altura (h) de algún nivel de referencia.
Entonces, todo cuerpo que se ubica a cierta altura del suelo posee una energía potencial. Este concepto indica que cuando un cuerpo se mueve con relación a cierto nivel de referencia puede acumular energía. Un caso típico es la energía potencial gravitacional la cual se evidencia al levantar un cuerpo a cierta altura, si lo soltamos, la energía potencial gravitacional se liberará convirtiéndose en energía cinética al caer.
Todos los cuerpos tienen energía potencial que será tanto mayor cuanto mayor sea su altura. Como existe además una influencia por la fuerza de gravedad, entonces, está energía depende de la masa del cuerpo y de la atracción que la Tierra ejerce sobre él (fuerza de gravedad).
Una planta hidroeléctrica: ¿Cómo funciona?
Una planta hidroeléctrica es la instalación física que aprovecha la energía hidráulica para producir energía eléctrica.
Si se concentran grandes cantidades de agua en un embalse, se obtiene inicialmente, energía potencial, la que por la acción de la gravedad adquiere energía cinética o de movimiento al pasar de un nivel superior a otro muy bajo, a través de las obras de conducción (la energía desarrollada por el agua al caer se le conoce como energía hidráulica), por su masa y velocidad, el agua produce un empuje que se aplica a las turbinas, las cuales transforman la energía hidráulica en energía mecánica.
Esta energía se propaga a los generadores que se encuentran acoplados a los transformadores, los que finalmente la convierten en energía eléctrica, la cual pasa a la subestación contigua o más cercana a la planta de subestación. La subestación eleva la tensión o voltaje para que la energía llegue a los centros de consumo con la debida calidad.
Ahora revisemos el siguiente portal para consultar el tema de las plantas hidroeléctricas.
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/interesantes/centrales/index.html
Energía solar
Toma en cuenta que el agua se encuentra en estado líquido, en este caso debemos de considerar la densidad del agua que es igual a 1.0 kg/m3.
Por lo que si igualamos, que un litro de agua “pura” es igual a un kilogramo de agua en las mismas condiciones, entonces podemos decir que tenemos 100 kg de agua.
Energías Alternativas o Energías Limpias
Reciben este nombre todas aquellas energías cuya emisión de dióxido de carbono (CO2) como subproducto es poca o casi nula, evitando así el aumento de los gases de efecto invernadero.
Energía solar
El Sol es una fuente de energía limpia, inagotable y disponible por considerarse que llega de manera natural al planeta Tierra, la limitante es que el tiempo de exposición está sujeto al horario en que se puede aprovechar. La transformación de energía solar en energía térmica o eléctrica puede realizarse en el propio lugar de consumo, sin tener que transportarse ni depender de otras infraestructuras.
Los sistemas fotovoltaicos pueden aplicarse en sitios remotos interconectados a red para alivio de ramales saturados, especialmente en regiones donde el pico de demanda coincida con el pico de radiación solar. El potencial de energía solar en México es uno de los más altos del mundo, aproximadamente tres cuartas partes del territorio nacional son zonas con una insolación media de 5 kWh/m2 al día.
Energía eólica
La energía cinética del viento es considerada una tecnología madura para la generación eléctrica, comercialmente se encuentra disponible en aerogeneradores desde 0.5 hasta 1.5 MW de potencial hasta prototipos de 3.0 MW (Mega Watts).
En México este recurso, tiene un gran impulso, se calcula que puede llegar a los 5,000 MW económicamente aprovechables en zonas identificadas, como es el sur del Istmo de Tehuantepec; la península de Baja California y Yucatán, en la región central de Zacatecas y en partes del altiplano y las costas del país.
Energía Hidráulica
Aprovechando las condiciones geográficas de nuestro país, la CONAE (Comisión Nacional de Energía de la República) ha identificado más de 100 sitios de aprovechamiento con características de minihidráulicas. Por ejemplo, en los estados de Veracruz y Puebla, se estima una generación de este tipo, hasta de 3,570 GWh/año, equivalente a una capacidad media de 400 MW.
Se estima que en los canales de riego agrícola existe un potencial aprovechable superior a 300 MW.
La generación de las centrales hidroeléctricas como La Yesca y el Cajón, son los proyectos más importantes en la generación de energía eléctrica, cuidando su construcción para evitar al mínimo los impactos sobre los ecosistemas establecidos cercanos al lugar.
Energía de Biomasa
Esta tecnología emplea la materia orgánica susceptible de utilizarse como energía (pueden ser desechos sólidos municipales, residuos agropecuarios o forestales). 20
El aprovechamiento de este recurso puede realizarse vía combustión directa o por conversión a biomasa en diferentes subproductos como pueden ser el etanol y el metano.
El Instituto de Investigaciones Eléctricas estima que la producción de residuos sólidos municipales en el país es de 90 mil toneladas diarias, con lo que podría obtener una capacidad para generar electricidad de aproximadamente 150 MW. Esta alternativa es rentable en ciudades grandes y medianas.
Energía geotérmica
La viabilidad que representa esta fuente energética, depende del desarrollo de tecnología que permita el aprovechamiento de todos los tipos de recursos geotérmicos (roca seca caliente, geopresurizados, marinos y magmáticos). Actualmente la CFE, es la única instancia que desarrolla proyectos en los lugares termales del país, como son en “Tres Vírgenes” de Baja California Sur, “Los Negritos” en Michoacán y “Acoculco“, Puebla.
Se estima que el potencial geotérmico de México en sistemas hidrotermales de alta entalpía1 (temperaturas mayores a 180ºC) permitiría generar cuando menos 2,400 MW.
México ocupa el tercer lugar a nivel mundial en capacidad de generación de energía geotérmica, con 843 MW instalados en los campos de Cerro Prieto, Los Azufres y Los Húmeros en Michoacán.
Energía nuclear
La energía nuclear se produce en el núcleo del átomo por dos procesos diferentes, al separarse las partículas que forman el núcleo y también al unirse. Las partículas que forman el núcleo se llaman protones y neutrones. Cuando se unen núcleos ligeros (es decir, con una cantidad pequeña de neutrones y protones), dan como resultado un núcleo más pesado y se libera una gran cantidad de energía que es liberada en forma de energía calorífica y radiante, este proceso se conoce como fusión y se lleva a cabo en el centro del Sol. A partir de este proceso fueron creados todos los elementos de la tabla periódica.
La otra forma de producir energía nuclear se llama fisión y se lleva a cabo al desintegrarse el núcleo de un elemento de peso atómico elevado, como es el caso del uranio (U238), en núcleos de menor peso, liberándose gran cantidad de energía que se utiliza para calentar agua y hacer mover una turbina. La energía nuclear obtenida por fisión, es la que se obtiene en las plantas nucleares.
Los principales problemas son la formación de desechos radiactivos, el calentamiento de cuerpos acuáticos que dañan los ecosistemas aledaños y los riesgos latentes como lo hemos visto en menos de 25 años con el caso de Chernobyl y el reciente efecto por el impacto del Tsunami en Fukushima en Japón el pasado 11 de marzo del 2011.
Nuestro país, tiene una planta nuclear para producción de energía eléctrica, es Laguna Verde en Veracruz, que aporta el 3.5% de energía a la base actual.
Energía mareomotriz
Esta forma de energía es aprovechada en sistemas establecidos en las zonas costeras donde el oleaje permite mover grandes turbinas, sin embargo, el impacto ecológico ha detenido su implementación en nuestro país. Uno de los países que llevo a cabo esta fuente energética fue Francia, pero la ha dejado de usar por los daños a sus ecosistemas costeros.
En el sector energético (en particular por la quema de combustibles fósiles en las centrales termoeléctricas), guardan una relación biunívoca con el cambio climático global (CCG), porque es uno de los que más contribuyen a la acumulación de gases de efecto invernadero (GEI) a la atmósfera.
Consulta la información de la Comisión Nacional para el uso eficiente de la energía del gobierno federal.
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