INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECNICA Y ELECTRICA.UNIDAD CULHUCAN

Investigacin: Formas tiles para Transformar Energa.Alumno: Valdez Flores Carlos Antonio.Profesor: Etchechury Alvarez Victor Cesario.Materia: Diseo de Elementos Mecnicos.Carrera: Ing. Mecnica.Boleta: 2013350432.Grupo: 7MV1.Mxico, D.F. a 23 de Septiembre del 2015.

FORMAS UTILES DE ENERGIA-Energa qumica:Es la energa almacenada dentro de los productos qumicos. Es la energa que se puede desprender de los alimentos y combustibles. La energa de los alimentos la desprenden alteraciones qumicas en nuestros cuerpos. Los combustibles, como el carbn, el petrleo y el gas, desprenden su energa cuando se queman: la energa qumica se transforma principalmente en calor.-Energa trmica:Cuanto ms caliente est algo, ms rpida se mueven las molculas. Entonces, la energa trmica es en realidad el efecto de las molculas en movimiento.-Energa luminosa:Es la energa transportada por ondas luminosas. Las plantas la necesitan para crecer y sin ella no habra vida en la tierra. La energa luminosa nos permite ver, ya que los objetos slo son visibles porque reflejan la luz en nuestros ojos.-Energa sonora:Es la energa transportada por ondas sonoras. La energa sonora es en realidad el efecto de las molculas en movimiento. Es el efecto de las molculas vibrantes en nuestros tmpanos lo que nos permite or.-Energia elctrica:Es la energa transportada por una corriente elctrica. Es una forma de energa especialmente til porque se puede transformar fcilmente en otras formas de energa para satisfacer nuestras necesidades concretas.-Energa mecnica:Hay dos tipos de energa mecnica:-La energa cintica. La energa cinticas es la energa que tiene un cuerpo en movimiento.-La energa potencial.A veces denominada energa almacenada. La energa se desprende despacio mientras va bajando, haciendo que gire el mecanismo del reloj. Esta clase de energa se llama energa potencial gravitatoria. Cualquier objeto que pueda caerse tiene energa potencial gravitatoria.

-Energa nuclear:Es la energa almacenada dentro del ncleo, o centro del tomo mismo. Adems de la enorme potencia destructora de la energa nuclear, se puede usar, naturalmente, en centrales elctricas para producir electricidad, y es en realidad la fuente de la energa del Sol.Energa del Sol-El Sol es una enorme central de energa. Inunda la Tierra continuamente tanto de calor como de luz. Aproximadamente, el 99 % de la energa de la Tierra procede directamente del Sol. Las plantas verdes son seres vivos que no podran existir sin el Sol. Usan la energa luminosa para crear alimentos (o energa qumica), que se almacena en sus tejidos. Las plantas usan esta energa para crecer y reproducirse.CMO USAMOS LA ENERGA?-El Cuerpo humano.Cuando comemos, introducimos y almacenamos energa qumica dentro de nuestros cuerpos. Usamos energa que para mantener nuestras funciones corporales (respiracin, circulacin de la sangre, etc.) y para realizar trabajo. El Trabajo se hace cada vez que ejercemos una fuerza sobre una distancia, y se calcula con:Trabajo = Fuerza x distancia recorrida-Uso de la energa en el hogar.Aproximadamente, el 29 % de toda la energa que se usa se consume en el hogar. El calentamiento de los ambientes y del agua consume la mayora de esta energa (83 %); el resto se usa para cocinar, para la iluminacin y los electrodomsticos. Desafortunadamente, se desperdicia mucha energa.-Ahorro de energa en el hogar:La energa se desperdicia en los hogares de varias formas. Se puede derrochar debido a:1.Malas costumbres. Dejar las puertas abiertas, y dejar las luces, televisores y radios encendidos cuando no hacen falta, derrocha energa.2.Equipos mal diseados. Los equipos y electrodomsticos antiguos derrochan energa. Los frigorficos y las cocinas modernas, por ejemplo, usan materiales de aislamiento mucho mejores que los modelos antiguos, y los sistemas de calefaccin modernos son mucho ms eficaces y tienen controles mas adecuados.3.Mal aislamiento. La energa trmica se escapa de nuestras casas principalmente por conduccin y conveccin, y una gran proporcin de energa que se derrocha en los hogares se debe al mal aislamiento.-El coste del ahorro de energa en el hogar.El doble cristal y los materiales de aislamiento cuestan dinero. No obstante, con lo que se ahorra en los recibos de calefaccin, se puede equilibrar el coste de estos productos. Sin embargo, el periodo de amortizacin para los distintos productos varia de unos meses a muchos aos. Para impedir las corrientes, se pagan los materiales y puedes empezar a ahorrar despus de slo seis meses. El aislamiento de depsitos de agua caliente dura un ao; el aislamiento del desvn, de 2 a 4 aos: el aislamiento del hueco de la pared, de 3 a 5 aos, y el doble acristalamiento, de 30 a 40 aos.-Uso de la energa en el transporte.Aproximadamente el 25 % de la energa total que se usa en muchos pases europeos se emplea para hacer circular los sistemas de transporte. Desafortunadamente, estos dependen casi totalmente del petrleo y usan aproximadamente el 59 % del volumen total de petrleo que se consume.-Ahorro de energa en el transporte.Si la tasa del crecimiento industrial actual contina, se calcula que las provisiones de petrleo podran empezar a agotarse dentro de los prximos 30-40 aos. Por tanto, es esencial que reduzcamos el uso del petrleo en el sector del transporte. Esto se puede conseguir desarrollando un sistema ms eficaz, que incluya el uso de vehculos que sean accionados por otras fuentes de energa aparte del petrleo.-El sistema de transporte.Hay dos clases bsicas de vehculos: los que llevan su combustible consigo, y los que captan energa (energa elctrica) sobre la marcha. La mayora de los vehculos usan el motor deCombustin interna y llevan su combustible (gasolina o gasleo) consigo. Este tipo de vehculo es popular porque tiene muchas ventajas: 110 hay restricciones de acceso en la red normal de carreteras. Estos vehculos son cmodos de usar porque se pueden aparcar en la puerta de casa y salir con ellos en cualquier momento. Sin embargo, entre las desventajas estn: el coste por lo que se refiere al uso de energa, la contaminacin atmosfrica, el ruido, los atascos, los costes del mantenimiento de carreteras y especialmente los heridos y las vctimas en los accidentes.Entre los vehculos que captan su energa sobre la marcha estn: los tranvas, los vehculos monorral, metros y trenes elctricos. Los ferrocarriles son muy apropiados para la electrificacin y se estn haciendo grandes inversiones en este sentido. Los vehculos accionados elctricamente tienen las ventajas de no contaminar, de funcionamiento silencioso y de ser ms econmicos. No obstante, hay pruebas para sugerir que el campo magntico producido por la corriente elctrica de los cables areos puede ser perjudicial para las personas y los animales. La desventaja principal de los vehculos elctricos que circulan por carretera actualmente es su escasa autonoma (la distancia) que pueden recorrer usando su energa almacenada.-Mejora de la eficacia.La energa no se puede crear ni se puede destruir, pero cuando se usa se transforma (o se transfiere) en otras formas de energa. No obstante, ninguna mquina puede transformar completamente toda la energa disponible en trabajo til. En otras palabras, ninguna mquina es eficaz al 100%. El rozamiento existe en todo sistema mvil, y el efecto de la friccin es transformar la energa mecnica enenerga trmica que suele perderse en el aire circundante) Los fabricantes de vehculos estn esforzndose constantemente por mejorar la eficacia de sus motores, as como por mejorar la forma aerodinmica de sus vehculos.-Uso de energa en la Industria.Aproximadamente, la tercera parte de la energa total que se usa en Espaa la consume la industria. El 80 % de la energa consumida en la industria la usan las mquinas y los procedimientos que fabrican los productos. EL resto se emplea para calentar e iluminar los edificios y para suministrar agua caliente y otras instalaciones para la mano de obra.-Ahorro de energa en la industria.La sociedad actual se basa en la caducidad intrnseca. En otras palabras, diseamos cosas para sertiradas. Evidentemente, esto no puede continuar. Para ayudar a ahorrar energa y materiales, hay que fabricar todos los productos de manera que duren mucho ms tiempo. Sin embargo, a la gente le gusta tener cosas nuevas normalmente, y la industria se ha acostumbrado a un gran volumen de ventas. Adems, millones de personas se ganan la vida fabricando cosas. Podras pensar eneste problema e intentar encontrar una solucin.-Ahorro de energa en la produccin.Aproximadamente, el 70 % de la energa consumida, en la industria se usa para generar calor para losprocesos industriales. Esto incluye hornos calderas baeras trmicas, etc. Gran parte de estos equiposson antiguos e ineficaces. Aqu se podran hacer grandes ahorros de energa mejorando la calidad delos equipos, instalando materiales de aislamiento y controles mejores.-Sustitucin de equipos antiguos.Algunos equipos emplean mtodos anticuados, y lo ideal seria que fueran sustituidos. Se puede hacer un ahorro de energa de hasta el 80%, por ejemplo, sustituyendo el horno de secado tradicional por uno moderno.-Mejora del aislamiento.Al igual que ocurre con las viviendas particulares, la industria puede reducir la prdida de calor en sus edificios instalando un aislamiento adecuado. Desafortunadamente, muchos edificios de fbricas son muy viejos y estn en malas condiciones. Esto puede incluir techos, paredes y ventanas deteriorados, que tienen como resultado una prdida de calor por conveccin. Por tanto, el coste del ahorro de energa para alguna gente de negocios puede ser muy elevado y tener un periodo de amortizacin largo.-Ahorro de energa a bajo coste.Al igual que en los hogares, se puede ahorrar mucha energa siguiendo unas cuantas reglas sencillas. Adems, puede que hagan falta algunos controles y equipos baratos. Por ejemplo, hay que apagar siempre las mquinas cuando no se estn usando; aqu se incluye equipo de oficina, como mquinas de escribir elctricas y lmparas de mesas de despacho. No hay que dejar las luces encendidas sin necesidad (se pueden controlar con un interruptor temporizado sencillo en zonas donde la seguridad lo permita) y no ha y que dejar laspuertas abiertas sin necesidad (se les puede instalar un mecanismo de cierre por muelle), etc.-Director de energa.Estas medidas de ahorro de energa estn bien, pero, a menos que alguien se responsabilice de que se lleven a cabo, puede que los ahorros de sean pequeos. Hoy da, muchas empresas contratan a un director de energa, cuyo trabajo es inspeccionar el uso de energa en una fbrica o en una industria, y encontrar formas de reducir ese uso. Esto abarcar todas las formas de ahorro de energa, desde la calefaccin y la iluminacin a la fabricacin y el trabajo a mquina.LA ELECTRICIDADDe todas las formas de energa que usamos hoy da, la energa elctrica es la ms verstil y la ms cmoda, La corriente elctrica se lleva fcilmente por los cables a donde haga falta. Es limpia, no contamina (cuando se est usando) y se puede encender y apagar a voluntad. Sin embargo, lo ms fundamental es que se puede transformar fcilmente en otras formas de energa. El secador es un ejemplo. La resistencia transforma la energa elctrica en energa trmica, y el motor la transforma en energa cintica rotatoria, para accionar el ventilador) Se puede dibujar un diagrama de flujo que represente esta transformacin de energa.-Cmo se produce la electricidad.La electricidad se produce girando una bobina de alambre en un campo magntico. Un generador simple se puede fabricar en el laboratorio de ciencias del Centro. El generador accionado con el dedo de producir suficiente electricidad para hacer fluctuar la aguja de un galvanmetro. En una central elctrica, unas turbinas accionadas por vapor de agua a gran presin hacen girar a generadores enormes.-La central elctrica.En los pases desarrollados, mas del 75 % de la electricidad se genera en centrales elctricas de combustin de carbn. Otro 19 % procede de las centrales elctricas nucleares; aproximadamente un 4% de las centrales de combustin de petrleo, y menos del 2 % de las centrales hidroelctricas.-Grupo generador.Las centrales elctricas queman carbn o petrleo, o emplean combustible nuclear para producir calor. El calor se usa en la caldera para convertir el agua en vapor a gran presin, que despus entra en la turbina. El vapor en expansin cede su energa a las paletas de la turbina mientras las aprieta, haciendo que giren. Entonces el vapor entra en un condensador donde se vuelve a condensar convirtindose en agua antes de volver a la caldera para volver a empezar el ciclo.LAS ENERGAS ALTERNATIVASEn la era contempornea la necesidad de disponer de fuentes de energa aprovechables se ha convertido en algo imprescindible para el ser humano. Basta pensar en el consumo energtico que una persona comn realiza al da para darse cuenta de la dependencia existente. El gas empleado para calentar el agua y para la calefaccin, la gasolina que mueve los coches, aviones y trenes, la electricidad que, entre otros usos, ilumina las casas, permite que suenen las radios y se vea la televisin..., son fuentes de energa que se emplean en la actualidad y que constituyen uno de los pilares de la civilizacin. Sin ellas no funcionaran los aparatos empleados por el hombre en su vida cotidiana.Se calcula que las reservas de fuentes de energa convencionales existentes en la Tierra pueden durar todava varios cientos de aos. Esto implica que unacrisis energticareal de ausencia de estos productos, que tendra consecuencias catastrficas para la humanidad, no se va a producir durante, al menos, unas dcadas; no obstante, la extraccin de esta energa es cada vez ms cara. Los pozos de carbn y petrleo deben perforarse cada vez ms profundos, lo que dispara los costes de dichas materias. Las centrales nucleares dan resultados inferiores a los esperados; adems, el coste de purificacin del uranio que estas centrales necesitan para trabajar es muy elevado.A la vista de estos inconvenientes, los distintos gobiernos del mundo han puesto en marcha, a partir de la crisis petrolfera de 1973, diversos proyectos de investigacin sobre otras fuentes de energa que puedan resultar rentables cuando el coste de las fuentes tradicionales aumente. Estas nuevas energas son las denominadas alternativas.LA CRISIS ENERGTICADurante gran parte de su evolucin, el hombre ha realizado todos los esfuerzos fsicos con la energa proporcionada por sus propios msculos o por los de animales domsticos tales como el caballo o la mula. nicamente el viento y el agua, en velas y molinos, se empleaban para proporcionar energa. Aun as, el uso de estos dos elementos para realizar trabajo se haca con tecnologas muy sencillas que proporcionaban poco rendimiento y los limitaban a aplicaciones especficas. Esta situacin slo empez a cambiar con la aparicin de larevolucin industrialdel siglo XIX. Aproximadamente en 1830 los avances tcnicos conseguidos permitieron construir lamquina de vapor. sta constituye la primera herramienta no movida por fuerzas animales empleada en mltiples usos industriales. Con ella lleg la era contempornea. Los cambios producidos desde ese momento a nivel social, econmico y cientfico superan, con mucho, los producidos durante toda la historia precedente.Despus de la mquina de vapor, y como desarrollo natural de ella, vinieron losmotores de gasolina. Estos motores de uso ms sencillo permitieron aumentar el campo de aplicaciones tcnicas existente. Tambin hizo su aparicin el empleo de gas para alumbrado y calefaccin y los generadores de electricidad por medio de mquinas de vapor o gasolina. stos permitieron el empleo prctico de la electricidad que antes constitua nicamente un fenmeno de la naturaleza representado principalmente por los rayos. En base a estas energas se produjo el desarrollo industrial del siglo XX, desarrollo que configur una nueva sociedad.Actualmente la mayor parte de la energa que consumimos tiene como origen al carbn o al petrleo (productos de origen similar al gas natural), adems de la energa proveniente de la fisin del uranio, denominada comnmente energa nuclear de fisin. Algunas de estas fuentes de energa se transforman antes de llegar al usuario final: el petrleo necesita refinado, el carbn se suele quemar para producir electricidad y la energa nuclear tambin se transforma en electricidad por medio de turbinas.Sin embargo, y pese a sus usos y formas de empleo tan diversos, todas estas fuentes de energa tienen una caracterstica en comn: todas ellas son energas no renovables.Una fuente deenerga no renovablees aquella de la que existe una cantidad limitada y que una vez empleada en su totalidad no puede sustituirse, ya que no existe sistema de produccin o la produccin es demasiado pequea para resultar til a corto plazo. Por ejemplo, el petrleo y el carbn constituyen una fuente de energa no renovable porque existe una cantidad limitada de ellos en el subsuelo terrestre y la capacidad de creacin es muy inferior a la de consumo. Lasreservascalculadas depetrleoycarbnse miden en cientos de aos, mientras que el tiempo de produccin de los mismos se mide en miles de millones de aos. Por ello no se produce la renovacin con la rapidez suficiente y llegar un momento en el que, con el consumo actual, se agote toda la cantidad existente.Los sistemas basados enuranioson otro ejemplo de fuente de energa no renovable. En este caso no existe ningn ciclo de renovacin, pues todo el uranio existente en la Tierra se produjo durante la formacin del planeta y desde ese momento este material en estado libre se ha estado desintegrando radiactivamente para producir plomo. El uranio que queda en la actualidad son los restos del existente en el origen de nuestro planeta. Aunque esta cantidad es suficiente para proporcionar una gran cantidad de energa debido a su alto rendimiento, las centrales necesarias para su uso son extremadamente caras debido a la tecnologa empleada y a las medidas de seguridad necesarias. Adems los residuos generados, radiactivos, presentan un problema adicional, ya que si se dejaran libres en la atmsfera ocasionaran gran cantidad de daos.Como contraposicin a las anteriores, se puede definir unafuente de energa renovablecomo aquella que est disponible en cantidad infinita o que se puede renovar con la misma rapidez que se consume. Hace falta aclarar que cuando se dice infinita, se habla en trminos de raza humana. Evidentemente cualquier tipo de energa desaparecer cuando desaparezca el Sol. Otras lo harn antes, cuando se destruya la atmsfera. Pero en cualquiera de estos casos la vida humana habr desaparecido previamente, por lo que la ausencia de energa en un momento posterior carece de importancia.Las energas alternativas se definen como las energas renovables que sean utilizables de forma que puedan sustituir eficazmente a las empleadas en la actualidad. Eficazmente se refiere a que exista una tcnica capaz de hacerlo y a que resulte rentable econmicamente hacerlo. Esta rentabilidad econmica slo empez a existir a partir de 1973 como consecuencia de lacrisis petrolfera. En dicho ao, la OPEP (Organizacin de Pases Exportadores de Petrleo) acord la subida de precios del petrleo. Esta subida, que triplic el precio en un ao, se debi, entre otros factores, a la toma de conciencia de los pases productores rabes de la importancia del petrleo. Estos pases eran tradicionalmente pobres y vieron en esta subida una forma de mejorar su nivel de vida, y adems de hacer poltica a nivel internacional, en lugar de estar supeditados a las decisiones de los pases desarrollados.La repercusin en los pases occidentales, incluida Espaa, de esta subida fue muy importante. Al no disponer de dinero suficiente para comprar todo el combustible necesario, se introdujeron diversas restricciones. Un caso lmite fue Holanda, que lleg a prohibir la circulacin de coches y otros vehculos de motor los domingos y festivos. Posteriormente la situacin se estabiliz y disminuy la gravedad de los hechos, pero los ciudadanos y gobiernos de los pases consumidores haban tomado conciencia del peligro de depender tanto del petrleo, e iniciaron investigaciones sobre las energas alternativas.Si se examina la naturaleza se ve que constantemente est produciendo energa de muy diversas formas. El ejemplo ms claro es el Sol, sin el cual la vida en la Tierra hubiera sido imposible, ya que proporciona la luz y el calor necesarios para la vida. Su energa se emplea de forma natural masivamente. Las plantas emplean su luz para realizar la labor de fotosntesis y proporcionar oxgeno a la naturaleza adems de para su propia alimentacin. Tambin hace evaporar agua de los mares y forma las nubes que proporcionan lluvia que da origen a los ros y permite la vida en las tierras del interior. Sin embargo, la mayor parte de la energa solar no es empleada tilmente por la humanidad.El Sol produce cada segundo 41026 vatios. Esta energa se radia al espacio en forma de diversas radiaciones electromagnticas como la luz, rayos X y ondas gamma.A la Tierra, debido a la distancia y al pequeo tamao de nuestro planeta con respecto al Sol, slo le llegan dos millonsimas partes, es decir 81020 vatios por segundo.De toda la energa recibida, aproximadamente la mitad no llega a la superficie debido a la absorcin por la atmsfera, bloqueo que ejercen las nubes y otros fenmenos meteorolgicos.De la cantidad resultante, la mayor parte va a parar a lugares en los que no se emplea, como son tejados de casas, tierras sin vegetacin como los desiertos, etc. La utilizacin que se hace de dicha fuente es, en su mayor parte, como fuente de energa para el ciclo de fotosntesis de las plantas en agricultura y en ecologa en general. La utilizacin de esta energa para otros fines, como obtencin de electricidad, es una de las principales ramas de estudio dentro de lo que se han venido a bautizar como energas alternativas.Otra energa natural en la que se estn haciendo investigaciones es la energa del viento oenerga elica. Este segundo nombre proviene de Eolo, dios griego y seor de los vientos. Este fenmeno natural est causado por las diferencias de presin que se producen entre dos puntos alejados, diferencia de presin producida a su vez por el calentamiento de uno de los puntos y/o enfriamiento del otro. En el punto ms caliente, el aire tiende a subir, creando en su parte inferior un vaco que provoca el flujo de aire desde el otro punto.Este fenmeno meteorolgico fue de los primeros en ser usado tcnicamente en los molinos de viento, que transformaban la fuerza del viento en movimiento de las aspas para un molino de harina.Tambin se ha empleado en pequea escala en granjas para la extraccin de agua de pozos. Su utilizacin en gran escala para produccin de energa elctrica es, sin embargo, algo que ha empezado a ser estudiado recientemente.Otras energas que no son tan conocidas, pero que tambin pueden ser aprovechables, son: las originadas por las mareas; las originadas por biomasa, es decir, combustin de residuos orgnicos; las geotrmicas, que aprovechan el calor existente en el interior de la corteza terrestre.Tambin se realizan estudios para el empleo efectivo en todo tipo de maquinaria del alcohol. Este combustible ofrece la ventaja sobre el petrleo de ser renovable, ya que las plantas de las que se obtiene crecen con gran rapidez.De este modo la produccin no tendra un lmite impuesto por las existencias. Como desventaja principal se halla el hecho de que el alcohol posee un poder energtico menor. Debido a esto, las mquinas basadas en alcohol slo son capaces de desarrollar potencias menores que las que emplean petrleo.ENERGA SOLARLaenerga solares, probablemente, la ms conocida de las energas alternativas a nivel del pblico en general. La investigacin sobre esta fuente de energa fue de las primeras en empezar, y debido a ello existe una gran diversidad de sistemas de aprovechamiento de la misma.El principal problema que plantea este tipo de energa es, evidentemente, el Sol. Para que las instalaciones sean rentables, es necesario disponer de una zona en la que el Sol ilumine durante la mayor parte del ao. Esto hace impracticable el uso de energa solar en los pases nrdicos como Suecia o Noruega. En cambio, en Espaa, y sobre todo en la zona sur, puede aprovecharse con gran xito.ENERGA FOTOVOLTAICAComo su propio nombre indica, este sistema se encarga de convertir la luz del Sol (foto) en energa elctrica (voltaica). El nombre se emplea, especficamente, para denominar al sistema que hace esta conversin por medios puramente electrnicos. El componente principal de todos los sistemas de energa fotovoltaica es laclula solarde silicio.Para la construccin de cada clula se parte de arena comn, que posee un contenido muy elevado dedixido de silicio(Si O2). En primer lugar se extrae el dixido de silicio y se separa en sus dos componentes, obteniendo una barra desilicio amorfo(sin estructura cristalina) y que se encuentra altamente contaminado con pequeas cantidades de otros elementos. Por un proceso de calentamiento con microondas a muy altas temperaturas se transforma la barra en un cilindro de silicio monocristalino que, como su propio nombre indica, tiene una estructura de cristal nico.El nmero de electrones de la capa exterior del tomo del silicio (llamados electrones de valencia) es cuatro. Cada uno de estos electrones es compartido con otro tomo de silicio mediante un enlace covalente. Estas uniones forman una red cristalina altamente estable y con cualidades fsicas de aislante elctrico.Este proceso de calentamiento sirve, adems, para eliminar las impurezas existentes en el material. Estas impurezas (tomos de otros elementos qumicos) hacen que el bloque sea inutilizable si se encuentran en proporciones de una entre un milln e incluso menores. Una vez purificado, el cilindro se corta en lminas muy finas denominadasobleas, con un espesor de una dcima de milmetro.A continuacin cada oblea es sometida a un complicado proceso de fotograbado. En este proceso se marcan sobre la lmina varios cientos de celdillas. Cada una de estas celdas se divide en dos partes, una positiva y otra negativa. En la parte positiva se introduce, pero esta vez a propsito, un nmero muy pequeo de impurezas compuestas de tomos que tienen tres electrones de valencia. Al formarse la red cristalina, la ausencia de un cuarto electrn provoca la falta de un enlace. Esto en trminos electrnicos se denominahuecoy se puede considerar como una carga positiva libre en el material, que le da cierta capacidad conductora.En la zona negativa se realiza un proceso similar, pero las impurezas son tomos de cinco electrones de valencia. En el cristal queda, por tanto, un electrn sobrante que constituye una carga negativa libre. El dispositivo formado por ambas partes, positiva y negativa, constituye undiodo. Normalmente los diodos se emplean para rectificar la corriente, ya que la dejan pasar slo en un sentido. Pero si se disean adecuadamente, los diodos poseen otra propiedad: al iluminar el material semiconductor, la energa luminosa recibida hace que un determinado nmero de electrones se desprendan de sus respectivos tomos y circulen libremente por el material. Adems, en la unin entre las zonas positiva y negativa existe una diferencia de potencial de entre 0,5 y 0,6 voltios. Ambos efectos unidos provocan que, al ser iluminada, la clula se comporte como una batera capaz de dar, en condiciones ptimas de iluminacin, una tensin de 0,5 voltios y una corriente de 28 miliamperios por centmetro cuadrado iluminado.Cada oblea se compone de cientos de diodos de dicho tipo, y cadapanel solarse compone de varios cientos de diodos. Interconectndolos en serie y paralelo, se obtienen tensiones de varios voltios y corrientes del orden de amperios, suficientes para ser usadas eficazmente.El sistema se suele complementar con un dispositivo de control y unas bateras recargables que permiten almacenar la energa para emplearla cuando sea necesaria, pero no exista luz, como por ejemplo, de noche. Los modelos ms perfeccionados disponen adems de motores que se encargan de girar los paneles de forma que apunten siempre hacia el Sol. De este modo se consigue que reciban siempre el mximo de luz posible y den el mximo rendimiento.-Ventajas del sistema fotovoltaicoEsta tecnologa ha sido muy estudiada y presenta la ventaja de que, en su versin ms sencilla, no posee partes mviles o propensas a romperse. Estos factores la hacen ideal para los lugares poco accesibles o en los que no exista personal constantemente. Como ejemplos pueden indicarse los faros marinos y los puestos automticos de socorro de algunas autopistas. En ambos casos las clulas solares fotovoltaicas evitan el tendido de costosos cables de alimentacin.Los sistemas basados enpaneles fotovoltaicospueden crecer de forma modular con modificaciones muy sencillas a la estacin existente previamente. De este modo pueden pasar de un solo panel para uno de los puestos mencionados anteriormente, a varios cientos para fbricas y otras instalaciones a gran escala.-Inconvenientes de dicho sistemaComo desventajas principales del sistema se pueden sealar dos. En primer lugar, aunque el silicio es barato -es el constituyente principal de la arena de todas las playas- el proceso de creacin de las obleas finales es muy complejo y caro. Los precios de obtencin en fbrica dan uncoste aproximado de 8000 pesetas por kilo, excesivamente elevado para aplicaciones industriales. Por otra parte el rendimiento obtenido de la luz solar no es muy elevado si se le compara con el terreno que ocupa; aproximadamente se produce energa elctrica por un valor de un 13 % de la energa solar recibida.En la actualidad se hallan en estudio diversos sistemas que posean un coste de fabricacin ms barato, como los que emplean silicio amorfo sin estructura cristalina nica, que evitan la costosa fase de cristalizacin. Pero por los rendimientos obtenidos no superan a las clulas convencionales.ENERGA POR COLECTOR SOLARLas ondas electromagnticas provenientes del Sol son absorbidas por todas las superficies expuestas a l. Esta energa que reciben los cuerpos se convierte en luz en el caso de las clulas fotovoltaicas, se emplea en la descomposicin de compuestos qumicos, como en el caso de la fotosntesis, o en la mayora de los casos, se transforma en calor.Los sistemas decolector solaraprovechan este calor y lo emplean en elcalentamientode un lquido. Se pueden dividir en sistemas sin concentracin y sistemas con concentracin. En lossistemas con concentracinla luz solar se concentra por medio de lentes o espejos sobre la zona a calentar, lo que permite obtener rendimientos muy elevados. En lossistemas sin concentracin, en cambio, la zona a calentar se expone directamente al Sol y sin elementos auxiliares, lo que se traduce en un rendimiento inferior, pero tambin en una mayor facilidad de construccin y menos posibilidades de fallos tcnicos.Los sistemas sin concentracin son:-elcolector solar planoconvencional,-elcolector solar de vaco.Los sistemas con concentracin son:-Colectores solares de concentracinde uno y dos ejes,-Hornos solares de torre central.-Colector solar plano convencionalEste tipo de colector es muy sencillo de fabricar, razn por la cual es el colector de uso ms extendido. Se compone de cuatro componentes:-Circuito conductor del agua.-Placa absorbente.-Cubierta-Caja protectora.Elcircuito conductor de aguaconsta de una red de tubos fabricados en acero, aluminio o cobre y pintados de negro para que la absorcin de calor sea mxima. Estos tubos se fabrican de pequeo dimetro, de modo que al haber menos lquido, el calentamiento se produzca ms rpidamente.La conduccin se halla montada sobre unaplaca absorbente, normalmente del mismo metal, encargada de captar ms calor y transmitrselo a los tubos. Se puede decir que hace el efecto inverso a los paneles de una calefaccin. Mientras stos ofrecen la mayor superficie posible para radiar calor al exterior, la placa absorbente ampla el rea disponible para captacin de calor. Para un mayor aprovechamiento del calor recibido, resulta imprescindible que la unin entre los tubos y la placa sea lo mejor posible para evitar las prdidas de calor en la unin. En muchos casos los dos mdulos se fabrican de una sola pieza para reducir dichas prdidas al mnimo.Lacaja protectoray lacubierta, adems de proteger fsicamente al sistema de conduccin y de servir de base de soporte, deben servir de aislantes trmicos. La cubierta se fabrica de vidrio blanco con bajo contenido en hierro, para tener la mayor transparencia posible. La caja se fabrica en acero o aluminio para darle consistencia y va recubierta internamente de fibra de vidrio o algn otro aislante similar, de modo que el calor acumulado en su interior no se pierda.Para funcionar, se conecta la entrada de lquido de la conduccin al suministro de agua fra. La mayor parte de los rayos de Sol pasa a travs de la cubierta transparente. Una pequea parte (aproximadamente un 10 %) es reflejada y devuelta a la atmsfera. La radiacin que traspasa la cubierta incide sobre la conduccin y la placa absorbente. Inicialmente, al estar fras ambas superficies, laabsorcin de calores mxima, pero al calentarse, llegan a una temperatura denominadapunto de equilibrio dinmico. En dicho punto la placa empieza, a su vez, a emitir calor en forma de radiacin infrarroja. El vidrio es opaco a dicha radiacin y deja pasar slo una pequea cantidad de aproximadamente un 8 %, que es laprdida por radiacin.El calor que queda en el interior del colector recibe el nombre deefecto invernaderoy hace que la temperatura dentro de la caja se eleve considerablemente. Este calor es una energa adicional de calentamiento, aunque parte de l se pierde por las paredes de la caja y por las ranuras, denominndoseprdida por conveccin; dicha prdida representa un 12 % a una temperatura de 40 50 grados centgrados, aumentando dicho porcentaje al aumentar la temperatura. Esta prdida es la razn que obliga a recubrir el interior de la caja con material aislante y a sellar hermticamente todos los orificios.El rendimiento del sistema vara en funcin de la intensidad de luz recibida y de la temperatura interna, pero los valores aproximados son de entre un 30 % y un 50 %, lo cual implica que de cada 100 vatios recibidos, se generan tiles entre 30 y 50.-Ventajas del colector plano convencionalLos sistemas de colector plano como el descrito son tiles para calentar el agua de la calefaccin y la que se usa dentro de la casa. Su construccin es sencilla y de bajo costo. Adems la ausencia de piezas mviles les proporciona una gran durabilidad.-InconvenientesDebido a las prdidas originadas por conveccin, la temperatura alcanzada no es demasiado elevada. A 80 grados el rendimiento del sistema es prcticamente nulo. Por otra parte, para aplicaciones reales es necesario disponer de un sistema de almacenamiento de calor, ya que las situaciones en las que suele emplearse dicha energa -noche o atardeceres- es cuando no hay luz. Por esta razn es imprescindible el empleo deacumuladores de calorpor medio de agua, similares en concepto a los termos para lquidos, pero con capacidades de cientos o incluso de miles de litros.-Colector solar plano de vacoConceptualmente, elcolector solar plano de vacotiene un diseo bastante similar al colector plano convencional. Consta de una caja dentro de la cual se distribuyen los conductos del lquido, fabricados con aletas para ampliar el rea de recepcin del calor. Dichos conductos se fabrican de superficies especiales altamente selectivas. Lassuperficies selectivasabsorben la luz solar que tiene una frecuencia determinada, pero en cambio la luz de frecuencia ms corta, como son los infrarrojos emitidos por calor, no son emitidos. Con una superficie de alta calidad se pueden llegar a proporciones deabsorcin de luzsolar del 95 % y emisin de infrarrojos de slo un 5 %.La diferencia principal con el modelo explicado anteriormente, aparte del empleo de materiales ms adecuados, es que para reducir las prdidas al mnimo, la caja se cierra hermticamente despus de hacer el vaco en su interior. De este modo, las prdidas por conveccin se eliminan aumentando considerablemente el rendimiento.La temperatura alcanzable con un sistema de este tipo puede llegar a los 120 grados, siendo el rango normal de entre 80 y 120 grados centgrados.-Ventajas del colector de vacoLa mayor temperatura alcanzable genera un mayor rendimiento por metro cuadrado y disminuye las prdidas. El vapor obtenido puede emplearse ms eficazmente en calefaccin y otros usos en los que las temperaturas alcanzadas por el colector convencional son insuficientes.-InconvenientesLos materiales empleados y la necesidad de una construccin delicada para generar el vaco hacen que suba el costo de fabricacin. Aunque no posee piezas mviles, tiene una mayor fragilidad. Las temperaturas alcanzadas, aunque elevadas, no son suficientes para generar energa mecnica.-Colectores de concentracin lineal de un ejeEn muchas aplicaciones es necesaria la obtencin de temperaturas ms altas del lquido conductor. En estos casos se emplean los colectores de concentracin.Unsistema de concentracinde un eje consta de un tubo por el que circula el fluido a calentar. El tubo se halla situado paralelo a una superficie reflectante que posee unperfil parablico. En el eje focal de dicho perfil se halla situado el tubo, de modo que la luz reflejada por el espejo se concentra sobre el tubo. El conjunto suele poseer una gran longitud, que puede llegar a ser de hasta 100 metros.El conducto se fabrica conmaterial altamente selectivo, negro nquel, xido de cobre sobre nquel u xido de cobre sobre aluminio, para que la absorcin de calor sea lo mayor posible. La superficie reflectante se puede fabricar con espejos cuyo vidrio tenga bajo contenido en hierro; sta es la solucin ms empleada. Otra opcin es el empleo de metales pulidos. Se suele emplear el aluminio, pero es necesaria una pureza superior al 99 % para que el rendimiento proporcionado sea suficiente.Para que el sistema funcione correctamente es necesario que la perpendicular de la superficie parablica apunte siempre hacia el Sol. Como la posicin del astro vara constantemente debido a la rotacin de la Tierra, es necesario que el sistema disponga de unsistema de orientacin. Este sistema consta de un ordenador, undetector de posicin solary de un motor que mueve el ngulo de inclinacin del eje de la parbola con respecto a la vertical.El detector, normalmente una matriz de fototransistores, cada uno de los cuales genera una corriente proporcional a la luz que incide en l, detecta lavariacin de la orientacincon la posicin real del Sol. El ordenador emplea dicha informacin para poner en marcha el motor y ajustar de nuevo la orientacin.Este sistema slo permite el movimiento en un eje de la estructura, por lo que se dispone sta longitudinalmente de Norte a Sur, de modo que el movimiento de orientacin se pueda hacer de Este a Oeste. Con esta orientacin se puede apuntar al Sol desde que sale hasta que se oculta.Laconcentracin de energaque se alcanza es cincuenta veces superior a un sistema similar que no empleara espejos reflectantes. Las temperaturas alcanzadas varan entre 120 y 350 grados centgrados.-Ventajas de los concentradores de un ejeLas temperaturas que alcanzan permiten el uso del lquido calentado para calefacciones y tambin para turbinas de pequeo tamao. Aunque ms propenso a fallos que los sistemas totalmente estticos, no tiene mucha complejidad mecnica y su fiabilidad se puede calificar de alta.-InconvenientesEl sistema no es apto para generar grandes fuerzas mecnicas. La larga distancia que tiene que recorrer el lquido calentado hace que su temperatura disminuya algo, por lo que el rendimiento es inferior al mximo posible. Otro inconveniente surge debido a que el Sol se mueve en realidad por el cielo segn dos ejes. Uno, el eje Este-Oeste diario que ya se ha comentado, el otro es el eje Norte-Sur. La variacin en este eje se produce anualmente, ya que el Sol en una poca del ao aparece ms al Norte y en otras ms al Sur. Esta variacin es ms acusada cuanto ms alejado se halle el lugar del ecuador.Para corregir el error cometido por esta variacin se han diseado sistemas de dos ejes en los que se controlaba constantemente el error Norte-Sur y el Este-Oeste. En este caso no se puede disponer todo el sistema linealmente, sino que se coloca un campo de colectores independientes, cada uno de los cuales puede tener hasta 50 metros cuadrados de superficie reflectante. Esta superficie se halla situada encima de un poste vertical en el cual se hallan colocados los dos motores que orientan la estructura. La complejidad mecnica aadida al sistema no suele compensar la ganancia de rendimiento, por lo que estos sistemas no se hallan muy extendidos.-Hornos solares de torre centralCuando lo que se desea es convertir el calor solar en energa mecnica, es necesario obtener temperaturas muy elevadas, del orden de los 2 000 C. En estos casos se emplean loshornos solaresde torre central.Los dispositivos de este tipo constan de una torre central con una altura de entre 60 y 100 metros. En la parte superior se halla el horno solar propiamente dicho. En l es donde se produce la energa por medio de la luz que le llega. En la base de la torre se dispone un conjunto deheliostatos. Cada uno de estos heliostatos consta de un espejo con una superficie reflectante de entre 20 y 50 metros cuadrados situado sobre una columna vertical y de dos motores que le proporcionan orientacin horizontal y vertical. El nmero de estos paneles puede llegar a ser de 2 000, aunque normalmente varan entre 100 y 300, y ocupan una superficie de unos 10 000 metros cuadrados de terreno. Como control central existe un ordenador que calcula constantemente el ngulo de incidencia de la luz sobre cada heliostato. Con este dato, el ordenador mueve los motores para que la luz reflejada se proyecte sobre la cavidad de calentamiento de la torre.Existen tres modos de funcionamiento de horno solar. En el primero, denominadoreceptor-evaporador, se calienta agua a temperaturas muy elevadas hasta que entra en ebullicin. El resto del proceso se realiza igual que en cualquier caldera de vapor convencional. El segundo sistema es elreceptor para fluidos lquidos. Empleasales minerales de sodio y potasiofundidas a baja presin. La construccin puede ser ms ligera al no tener que soportar altas presiones, pero hay que tomar ms precauciones para el manejo de las sales. Por ltimo, el tercer sistema es el denominadoreceptor de aire. En l se calienta aire a altas temperaturas, aire que a su vez se emplea en mover una turbina de gas. ste es el sistema que mayor rendimiento da, pero posee el problema de que las tremendas variaciones de temperatura a que se somete al sistema lo acaban destruyendo.Los hornos solares de este tipo pueden proporcionar potencias muy elevadas, que pueden ir de 1 a 10 megavatios. Esto los hace especialmente apropiados para aplicaciones industriales a gran escala. El rendimiento del sistema vara entre un 10 % y un 15 %.-Ventajas de los hornos solaresEs el sistema de calentamiento que mayor rendimiento obtiene en la conversin a energa elctrica. Al disearse a escalas grandes, el elevado coste del sistema de control se reparte entre mayor nmero de kilovatios obtenidos, proporcionando una mayor rentabilidad.-InconvenientesMenor rendimiento que otros sistemas, por ejemplo el fotovoltaico. La precisin necesaria en la orientacin de los heliostatos hace que su construccin y mantenimiento sean delicados, debido a su gran nmero, haciendo disminuir la fiabilidad del sistema.ENERGA ELICALaenerga elicaes una de las ms antiguas que se ha empleado por la humanidad, y hoy en da sigue ofreciendo grandes posibilidades. Los primeros sistemas de obtencin de energa basados en el viento se encargaban de transformar sta en un esfuerzo mecnico til. En los molinos castellanos el viento mova las aspas que a su vez movan una rueda de moler harina. En otros muchos se empleaba para hacer funcionar bombas de agua que la extraan de los pozos.En la actualidad, sin embargo, todos los sistemas industriales de aprovechamiento de energa elica la transforman en electricidad, ya que es utilizable para prcticamente todos los fines y puede transmitirse a larga distancia sin problemas.-TecnologaEl viento se produce al haber una variacin de temperatura entre dos puntos. En la posicin a mayor temperatura, el aire caliente sube hacia las capas superiores de la atmsfera creando un vaco en la parte inferior. Para mantener la densidad constante, el viento fluye hacia este punto desde las zonas a menor temperatura. A nivel global, el ecuador es la zona ms caldeada y los polos las ms fras, por lo que elflujo de airea baja altura tiende a ir de los polos al ecuador.La potencia que se puede obtener del viento vara con el cubo de la velocidad, por lo tanto ser necesario elegir situaciones en las que la velocidad sea mxima. Lavelocidad del vientodepende de varios factores. En una llanura lisa podr alcanzar velocidades mucho ms elevadas que en zona de edificios o bosques, ya que los obstculos frenan sensiblemente la velocidad. Otro factor que afecta a la velocidad es la altura. A 36 metros de altura la velocidad puede llegar a ser de hasta el doble que a 6 metros. Esto se debe a que la proximidad del terreno, independientemente del tipo de ste, acta de freno sobre la corriente de viento prxima al suelo.Un parmetro tan importante como la velocidad mxima que puede alcanzar el viento es laestabilidadde dicha velocidad. Todos los tipos de generadores elicos tienen una curva caracterstica con una velocidad mxima y una mnima aprovechable.Por debajo de dicha velocidad mnima la energa obtenida es nula, incluso en algunos sistemas se produce consumo de energa en lugar de produccin, y en otros el sistema no puede arrancar. Al aumentar la velocidad, el sistema tarda un cierto tiempo en alcanzar una generacin de potencia ptima, considerndose dicho tiempo tambin un desperdicio.Por encima de la velocidad mxima, el diseo de la maquinaria no permite una generacin mayor de energa, por lo que el exceso de velocidad se desperdicia. Adems, a velocidades demasiado altas la fuerza del viento provoca esfuerzos demasiado elevados en la estructura que podran destruirla, por lo que es necesario parar el molino.Los valores mximo y mnimo varan bastante de un modelo de generador a otro, pero se pueden tomar como ejemplos tpicos 4 m/s y 30 m/s. Resulta ms til, por tanto, una velocidad constante, ya que el aprovechamiento de energa es mayor.Todos los generadores emplean sistemas rotatorios. En estos sistemas lapotencia obtenidaen vatios esP=Q. v, siendo w lavelocidad angularyQelpar de fuerzasejercido sobre el eje. La velocidad angular es el nmero de vueltas que da el eje rotatorio en una determinada cantidad de tiempo. La medida usual es elradin por segundo. En cada giro completo hay 2 p radianes. Si por ejemplo se dice que la mquina tiene una velocidad de giro de 10 radianes por segundo, dividiendo por 2 y por p, se obtiene que es equivalente a decir que en cada segundo da 1,6 giros. El par de fuerza es la fuerza con que se empuja al eje para hacerlo girar. La denominacin de par va dada porque en fsica dicha fuerza se descompone en dos paralelas, pero de sentidos contrarios, que ejercen fuerza cada una sobre un extremo lateral del eje.Por tanto la potencia de un generador se puede aumentar haciendo aumentar la velocidad de giro o el par de fuerzas. Lossistemas hidrulicosdeextraccinybombeode lquidos no pueden funcionar demasiado rpidamente debido a impedimentos mecnicos. En cambio resulta interesante aumentar la fuerza ejercida. Por tanto, en estos casos es mejor aumentar el par de fuerzas(Q). Para la generacin de energa elctrica, en cambio, es interesante una mayor velocidad, debido a que el generador elctrico no necesita mucha fuerza para funcionar y su rendimiento aumenta proporcionalmente a la velocidad.El rendimiento de todo generador elico se mide con sucoeficiente de potencia, que es:Cp = potencia mecnica obtenida / ( 1/2pAr3 )Siendo r la densidad del aire,Ael rea enfrentada al viento yvla velocidad de ste.-Modelos de generadores elicosTodo generador elico emplea unrotor. ste se compone de un eje giratorio al que se halla sujeto un nmero variable depalas, que son las encargadas de hacer fuerza para girar el eje. Cada pala se disea de modo que permita aprovechar al mximo la fuerza del viento y su forma vara segn el tipo de generador. Por ltimo, al eje se le une el sistema de aprovechamiento de energa, ya sea generador elctrico, bomba hidrulica u otro.Los diseos de generadores elicos se dividen en dos grandes grupos en funcin de su tecnologa de fabricacin: deeje horizontaly deeje vertical.-Molinos de eje horizontalSon los ms conocidos. Su forma es la de una hlice enfrentada al viento, que la hace moverse. Ejemplos primitivos de este sistema son los molinos de viento de la Mancha o los empleados para extraer agua en el oeste norteamericano, popularizados por las pelculas western.Existen dos tipos diferenciados:-Rotor de rueda de bicicleta.-Rotor de tipo de hlice.Elrotor de rueda de bicicletaes el empleado en los molinos de agua norteamericanos. Consta de un gran nmero de palas muy livianas, con una gran superficie de resistencia al viento, normalmente planas, y fijadas a una rueda externa y a un eje central que le dan resistencia al montaje. Debido al poco peso de la estructura y a la gran superficie enfrentada al viento, su velocidad es inferior a los molinos de rotor de tipo de hlice, aunque debido a la gran superficie que poseen, extraen ms energa a igualdad de revoluciones.Su principal uso, debido a su velocidad, se halla en aplicaciones de obtencin de energa elctrica. Sin embargo, el poco peso de la estructura, necesario para alcanzar dichas velocidades, impide su empleo con generadores de gran potencia, estando limitada la potencia mxima generada en torno al kilovatio.Elrotor de tipo de hliceparte del mismo concepto que el de rueda de bicicleta, pero emplea un nmero muy til de palas, normalmente 2 3, de mayor tamao y diseadas con una estructura aerodinmica basada en las hlices de los aviones. En estos sistemas la velocidad alcanzable es considerablemente menor, 10 15 radianes por segundo, estando la zona de mximo aprovechamiento situada en torno a los 6 u 8 rad/s.Esta velocidad, considerablemente inferior al modelo anteriormente visto, se compensa por la posibilidad de obtener una par de fuerzas mucho mayor. El viento ejerce una fuerza constante por unidad de superficie. Al ser cada pala de mayor dimensin, tambin ser mayor la fuerza que se ejerza sobre ella. Los sistemas se disean para resistir estas fuerzas superiores, aumentando el peso y disminuyendo la velocidad.Para poder accionar el generador elctrico con un rendimiento aceptable es necesario intercalar unengranajeque aumente la velocidad y disminuya la fuerza. Una relacin tpica empleada con este tipo de engranajes es de 1 a 60. Es decir, la velocidad de las palas se multiplica por 60 para mover el generador.Los molinos de este tipo permiten la obtencin de una amplia gama de energas en funcin del tamao con que se disean. Los modelos ms pequeos, con palas de 2 3 metros, pueden llegar a alcanzar potencias de 10 kW. El modelo mediano, el ms extendido, tiene una longitud de torre de 30 metros y palas de 10 metros, pudiendo llegar a dar una potencia mxima de 100 kW y una potencia media de 80 kW. El lmite mximo alcanzado hasta ahora se halla en torno al megavatio (MW) empleando palas de 30 metros. Por encima de estas dimensiones la complejidad de diseo aumenta de tal modo (tamao de las palas y de la torre de sustentacin, aumento de la resistencia mecnica, etc.) que resulta inviable econmica y tecnolgicamente un diseo eficaz.-Ventajas de los molinos de eje horizontalEste sistema es el ms estudiado y el que mejores rendimientos proporciona; se ha llegado a un coeficiente de aprovechamiento (Cp) de 0,45 a 0,50 de la potencia mecnica, aunque al transformarla en elctrica, el rendimiento desciende. Con una eleccin adecuada del emplazamiento dan buen rendimiento medio, independientemente de la estacin del ao y de la hora del da, y emplean menos superficie de terreno que otros sistemas para la misma potencia producida.-InconvenientesLa energa producida en cada momento tiene variaciones instantneas muy elevadas y difciles de calcular. Para su emplazamiento deben elegirse zonas sin obstculos y elevadas. La potencia mxima alcanzable es de un megavatio. Para una potencia superior debe recurrirse al empleo de formaciones de varios generadores independientes. En este caso debe tenerse en cuenta la disposicin sobre el terreno para que unos no se interfieran a otros.La necesidad de unsistema de orientacinpara adaptarse a la direccin del viento complica el sistema y lo hace ms propenso a fallos. Dicho sistema suele constar de una veleta que detecta la direccin del viento y de un motor controlado por dicha veleta, que orienta el rotor para que apunte al viento.-Molinos de eje verticalEn este caso eleje de giroest situado verticalmente y laspalasgiran alrededor de l en un plano horizontal. El viento, por tanto, hace fuerza por un lado sobre la parte delantera de las palas, dando velocidad, pero a la vez presiona sobre la parte trasera de otra pala, frenndola. El diseo crtico consiste en disear la estructura de la pala de modo que por delante sea capaz de captar el mayor viento posible y que simultneamente ofrezca la menor resistencia al viento por su parte posterior. Los dos diseos que han tenido ms xito son elrotor Savonius, diseado en 1929, y elrotor Darrieux.El modelo ms sencillo derotor Savoniusconsta de un cilindro hueco partido verticalmente por la mitad y al que se le ha desplazado horizontalmente cada una de las mitades hasta formar una S, de modo que las dos partes cncavas capten el viento. Esta estructura original ha sido perfeccionada posteriormente por diversos mtodos. En primer lugar, la estructura en S presenta el inconveniente de que en el interior de la parte cncava de la pala que recibe el aire se forma una sobrepresin debido al aire que no puede salir. Esta sobrepresin desva la corriente de aire, disminuyendo la fuerza ejercida sobre el rotor y perjudicando el rendimiento. Para evitarlo se separan las dos palas, dejando un hueco entre ambas por el que pueda existir un flujo de aire y se evite la sobrepresin. Otra mejora se consigue sustituyendo las palas semicirculares por otras diseadas de forma que mejore el flujo de aire del que se acaba de hablar. Por ltimo, se puede aumentar el rendimiento aumentando el nmero de palas del rotor. Las palas empleadas son 3, 4 y 6.Este tipo de rotor ofrece una gran resistencia al aire, por lo que su mximo rendimiento se obtiene a bajas velocidades. Si se quisiera emplearlo en la generacin de energa elctrica, hara falta disponer de unengranaje multiplicadorde alta relacin, lo que disminuye la eficiencia de la transmisin haciendo no rentable el sistema. Sus principales aplicaciones estn en el bombeo de agua y otras aplicaciones hidrulicas en las que la velocidad necesaria es baja, pero la potencia a aplicar bastante elevada. Sucoeficiente de potenciamximo se halla alrededor del 0,32.Elrotor Darrieuxes otro generador de eje vertical. En este caso el rotor tiene forma de batidora de huevos, constando de unas palas muy finas unidas al eje slo por los dos extremos (cada pala tiene forma de ala de avin simtrica) y que adopta una curva especfica entre las dos uniones al eje, curva que ha sido diseada para obtener un mximo rendimiento. El modelo ms empleado es lacurva Troposkien, aunque tambin se usa la de forma de catenaria y la de aproximacin a la de Troposkien por medio de una recta y un arco de circunferencia.La forma aerodinmica de las palas le permite mantener la velocidad de giro una vez la alcanza, pero el sistema es incapaz de arrancar por s solo. Esto obliga a disponer unsistema secundario de arranque. Las dos alternativas ms usadas son un motor elctrico y un rotor Savonius con un embrague que los separa una vez que el rotor Darrieux alcanza su velocidad de funcionamiento. La menor superficie enfrentada al viento permite alcanzar mayores velocidades que las del rotor Savonius, aunque menores que las de un rotor de eje horizontal, siendo ya rentable el empleo de un generador de este tipo para obtencin de energa elctrica. Loscoeficientes de potenciaque puede llegar a alcanzar varan entre 0,35 y 0,4. El rendimiento total del sistema cuando se adapta para la obtencin de energa elctrica ronda entre el 0,1 y 0,2.

-Ventajas de los rotores de eje verticalLa disposicin del rotor le permite captar el viento proveniente de cualquier direccin sin necesidad dedispositivo de orientacin. Este hecho se traduce en una simplificacin de la maquinaria y en un menor nmero de averas.Al estar dispuesto verticalmente el eje, la maquinaria de aprovechamiento de la energa puede situarse directamente sobre el terreno y no es necesario el empleo de una torre como en los sistemas de eje horizontal. Por tanto se produce un ahorro en costes de construccin y se facilita el aprovechamiento de la energa.-InconvenientesEstos sistemas producen menos rendimiento que un rotor de eje horizontal de dimensiones equivalentes. Labaja velocidad de girodificulta su empleo en instalaciones de obtencin de energa elctrica, en las que se necesitan velocidades muy elevadas. El diseo de sistemas de gran tamao presenta problemas mayores de estructura que si se empleara un rotor horizontal.ENERGA ELICO-SOLAREste generador se puede definir en realidad como un sistema de aprovechamiento solar, ya que en este caso se emplea la energa del Sol y se la transforma en viento, que a su vez es empleado para generar energa elctrica.El dispositivo, tambin llamadocolumna ciclnicaartificial, consta de una gran superficie de terreno cubierta de plstico transparente. En el centro de este rea se sita una columna hueca de gran altura (100 a 200 metros) denominada columna Venturi y en su parte superior se instala un rotor dispuesto de forma que aproveche las corrientes de aire que asciendan por la columna.El funcionamiento es como sigue: el Sol, porefecto invernadero, calienta el aire situado debajo del techo de plstico. El calor adquirido por las molculas de aire no se escapa al exterior, ya que el plstico es opaco a los rayos infrarrojos que desprenden dichas molculas. La temperatura, por tanto, se eleva considerablemente. Como el aire caliente tiende a ascender, se produce unflujo de airehasta la columna central. Dado el estrecho dimetro de esta columna, la ascensin se produce a gran velocidad, creando un efecto deciclny moviendo el generador superior.Para que el sistema sea realmente efectivo, es necesario que el rea de calentamiento sea lo suficientemente grande para proporcionar el suficiente volumen de aire y que la altura de la torre sea tambin elevada. En Manzanares (Ciudad Real) existe un dispositivo de este tipo con un dimetro de la superficie de 250 metros, que suponen 200 000 m2 y una altura de torre de 200 metros. El sistema es capaz de proporcionar 100 kW.

-Ventajas de los sistemas elicos-solaresLa sencillez del sistema da una buena fiabilidad. La nica pieza mvil es el generador, que adems no necesita de dispositivos de orientacin.-InconvenientesEl rendimiento obtenido por unidad de superficie es muy bajo, ya que la misma potencia se puede conseguir con sistemas que empleen una superficie de terreno mucho menor.ENERGA GEOTRMICAEl interior de lacorteza terrestreno es, como pudiera parecer en un principio, fro e inmvil. Al contrario, en el interior de nuestro planeta existen grandes cantidades de energa en constante movimiento. Un buen ejemplo de este hecho lo constituyen losvolcanesy losterremotos. Ambos son originados en una zona situada debajo de la corteza terrestre osialdenominadasima. Esta zona se halla a una profundidad aproximada de unos 50 km y su temperatura es de ms de 1 000 C. La corteza terrestre tiene que aumentar gradualmente su temperatura con la profundidad, siendo este aumento de aproximadamente un grado cada 37 metros.Lossistemas geotrmicosde obtencin de energa pretenden aprovechar dicho aumento de temperatura para convertirla en fuerza de trabajo til para el ser humano. El fundamento del sistema es similar al de los mtodos de energa solar por turbina. Se calienta un fluido hasta que alcanza una temperatura muy elevada y adquiere una gran energa. Dicha energa se emplea para mover una turbina que es la productora final de electricidad.Aunque en la actualidad no existe ningn sistema de este tipo funcionando a nivel industrial, se estn realizando diversos prototipos que permitirn medir mejor los rendimientos que se puedan obtener.El esquema bsico de una central de aprovechamiento geotrmico consta de unaperforacinde gran profundidad en la corteza terrestre. Esta perforacin debe tener varios kilmetros para llegar a una zona con temperatura suficiente. A cinco kilmetros, la temperatura aproximada es de 150 C. En la perforacin se introducen dos tubos desde la superficie. Una vez instalados, por el primero se inyecta agua fra. Al llegar al fondo, el agua se calienta y sube por la segunda tubera. En el extremo de sta se ha dispuesto una turbina que es movida por el chorro de agua caliente. Una vez utilizada el agua y ya enfriada, se vuelve a introducir por la primera tubera para formar un circuito cerrado.El sistema es, tericamente, de los mejores existentes. La necesidad de piezas mviles se reduce a la turbina, con lo que esta ausencia de mecnica aumenta la resistencia del sistema. La fuente de energa est asegurada continuamente. Al contrario que el Sol y el viento, que pueden aparecer y desaparecer, el calor del interior de nuestro planeta es constante y no sufre variaciones ni con las estaciones del ao ni con la hora del da.La construccin prctica de la estructura necesaria para crear un sistema de este tipo est prcticamente resuelta. El principal problema consistira en la perforacin de la roca hasta la suficiente profundidad. Este punto est resuelto debido a que para obtener petrleo se han tenido que desarrollar sistemas capaces de perforar hasta cuatro y cinco kilmetros.El problema real radica en la propia naturaleza de la roca en la que se realiza la perforacin. En todos los sistemas desarrollados por el hombre, se utiliza un metal para conducir el calor debido a la poca resistencia que opone al paso de ste. La roca, en cambio, es un conductor bastante malo. En el proceso de calentamiento del agua se produce una transferencia de calor de un cuerpo al otro y la roca pierde las caloras que transfiere. Esto implica que para poder funcionar constantemente debera ser capaz deabsorber calorde la sima con la misma rapidez con que se lo da al agua. Esto no es cierto y una vez enfriada tarda en volver a calentarse. En los experimentos realizados el sistema funcionaba durante un intervalo de tiempo, pero posteriormente se paraba y permaneca detenido hasta que la roca volva a recibir las caloras suficientes.Estas deficiencias hacen imposible su explotacin en gran escala. No obstante, existen determinadas zonas en las que s es posible por las condiciones especiales que se presentan. Uno de estos casos es la isla espaola de Lanzarote, famosa por su actividad volcnica y en la que es posible encontrar a muy poca profundidad temperaturas sumamente elevadas, del orden de cientos de grados. En este caso la poca profundidad necesaria y la alta temperatura a la que se halla todo el subsuelo de la zona hacen ms viable la aplicacin de este sistema.ENERGAS MARINASLa energa contenida en los mares y ocanos de la Tierra es prcticamente incalculable. stos ocupan las tres cuartas partes del planeta y estn repletos de recursos animales, vegetales, minerales y energticos. De stos, slo se conoce una pequea parte y se usa un porcentaje mucho menor an.Energticamente el ocano est prcticamente sin explotar; sin embargo, se calcula que puede ser el origen de la mayor parte de la energa que consumamos en el siglo XXI. En la actualidad se investiga sobre dos fenmenos: las mareas y el oleaje. Cada uno de ellos por su parte ofrece grandes expectativas.-Energa a partir de las mareasLasmareasestn producidas por la Luna. Nuestro satlite, debido a su masa y proximidad, ejerce una considerable atraccin gravitatoria sobre todos los objetos de la Tierra. Pero es el agua, por ser un lquido con poca viscosidad, uno de los ms afectados. Cuando la Luna se halla encima de un ocano, su gran masa atrae al agua. Esto provoca unaelevacin del nivel del mar, elevacin que en algunos lugares es slo de pocos centmetros, mientras que en otros llega a varios metros. Cuando la Luna se aleja, esta atraccin se desplaza a otro punto de la superficie marina y la nueva subida de agua provoca el descenso en el punto anterior.Este proceso de subida de marea se produce dos veces al da, producindose a continuacin otras dos bajadas de marea. Todo el ciclo va variando de hora lentamente durante todo el ao. Tambin vara, por la inclinacin de la Tierra con respecto al eje de giro, la altura de la marea. Estas variaciones eran conocidas desde tiempos inmemoriales y su prediccin se hace sencillamente con la ayuda de unas pequeas tablas.El aprovechamiento de la energa contenida en las mareas pretende realizarse aplicando una variacin de otro sistema ampliamente utilizado en los ros: losembalses.Los embalses tradicionales se colocan en puntos especialmente seleccionados del curso del ro. La situacin se elige para que el muro de contencin del embalse ocupe lo menos posible y el agua embalsada cubra el mayor rea posible junto con una gran altura. Para producir electricidad se coloca una turbina en la parte inferior del muro de contencin, de modo que sus palas se mueven por medio de un chorro proveniente del embalse. Este chorro sale por un conducto situado en la parte inferior del muro y posee una gran fuerza debido al peso de los millones de litros de agua embalsada. Esta solucin es eficaz y se emplea en multitud de sitios. Sin embargo, existen problemas para hallar una zona de terreno con unas caractersticas orogrficas especiales, es decir, con una forma especial que pueda ser vlida para dicho propsito. Adems estn los problemas sociales que acarrea el hecho de inundarla de agua, desplazamiento de poblacin, prdida de otros recursos, etc.La nueva idea que se est ensayando es construir grandesembalsesen el mar que empleen la accin de las mareas. Bsicamente consiste en atrapar en dichos embalses las aguas de las mareas cuando suben y retenerlas mientras que descienden a su nivel mnimo. En dicho momento existe unaenerga potencialacumulada en el agua contenida en el embalse que se emplea para mover las turbinas.Aunque los dos sistemas poseen similitudes en su forma de funcionar, el sistema de construccin y la forma de funcionamiento son totalmente distintas. En las presas que se construyen en los ros, el muro se construye en el desfiladero existente entre dos montaas y es estrecho y elevado para poder retener el mayor nivel de agua posible. Esta barrera se construye de hormign macizo y en su parte inferior se sitan los conductos de salida de agua a la turbina.Lascentrales maremotrices-movidas por el mar- que embalsan el agua de las mareas no se construyen muy altas. Como se ha comentado, la diferencia mxima entre marea alta y marea baja es de algunos metros, siendo esta altura la que se puede embalsar. En lugar de edificar en altura, estos sistemas crecen en anchura, constituyendo autnticos cercados para el mar que pueden llegar a medir varios cientos de metros.Su constitucin fsica no es maciza. Cuando la marea est alta el muro de la presa debe hacerse desaparecer para que el agua entre en ella. Esta desaparicin del muro se consigue, normalmente, construyndolo a base decompuertascon movimiento vertical situadas entre dos pilares. La presa se construye con varios mdulos similares y las compuertas se levantan accionadas con motores controlados desde una central.Cuando el nivel interior llega a un mximo se vuelven a bajar las compuertas, cerrando totalmente el recinto de la presa. Por ltimo, durante la bajamar se abren unos conductos considerablemente ms pequeos que direccionan el flujo de agua de salida hacia las palas de la turbina. Debido a la menor altura alcanzada por el agua y de acuerdo con elprincipio de Pascal, la velocidad con que sale agua en este caso es menor que en los embalses. Pero en cambio la superficie es mucho mayor, lo que permite instalar un nmero superior de turbinas, de modo que la energa combinada puede ser igual o superior que en dicho caso.La instalacin de estos sistemas se hace en zonas de poca profundidad y que por su forma geogrfica se adapten mejor a la tarea a realizar. Por ejemplo, golfos, ensenadas, etc.-Energa a partir de las olasEl oleaje es el otro fenmeno fsico marino que se est estudiando para la obtencin de energa. En este caso, las tareas de investigacin se hallan totalmente a nivel de realizacin de prototipos para determinar la rentabilidad real de estos sistemas. Segn los estudios, el aprovechamiento se hara disponiendo una larga red deboyas flotantessujetas a unos ejes fijos que les permitiran girar alrededor de ellos. Estas boyas estn diseadas con una forma tal que al chocar el frontal de la ola contra ellas se desplazarn fcilmente hacia atrs, recuperando su posicin inicial despus del paso del agua. Unido a cada boya se hallara un generador de electricidad activado por el movimiento.Este sistema presenta una gran cantidad de dificultades. En primer lugar, el fenmeno del oleaje no es tan estable como otros y puede sufrir variaciones importantes. Adems, por debajo de cierta amplitud la ola no producira movimiento ni, por tanto, energa. En el otro extremo, si el oleaje es excesivo se podran daar los mecanismos. Estas limitaciones hacen que su aplicacin prctica sea bastante dudosa, o por lo menos, limitada a zonas muy especficas donde las condiciones del mar sean bastante estables y adecuadas al sistema.ELECTRICIDADPropiedades elctricas de los slidosEl primer fenmeno elctrico artificial que se observ fue la propiedad que presentan algunas sustancias resinosas como el mbar, que adquieren una carga negativa al ser frotadas con una piel o un trapo de lana, tras lo cual atraen objetos pequeos. Un cuerpo as tiene un exceso de electrones. Una varilla de vidrio frotada con seda tiene una capacidad similar para atraer objetos no cargados, y atrae los cuerpos cargados negativamente con una fuerza an mayor. El vidrio tiene una carga positiva, que puede describirse como un defecto de electrones o un exceso de protones.Cuando algunos tomos se combinan para formar slidos, frecuentemente quedan libres uno o ms electrones, que pueden moverse con facilidad a travs del material. En algunos materiales, llamados conductores, ciertos electrones se liberan fcilmente. Los metales, en particular el cobre y la plata, son buenos conductores.Los materiales en los que los electrones estn fuertemente ligados a los tomos se conocen como aislantes, no conductores o dielctricos. Algunos ejemplos son el vidrio, la goma o la madera seca.Existe un tercer tipo de materiales en los que un nmero relativamente pequeo de electrones puede liberarse de sus tomos de forma que dejan un `hueco' en el lugar del electrn. El hueco, que representa la ausencia de un electrn negativo, se comporta como si fuera una unidad de carga positiva. Un campo elctrico hace que tanto los electrones negativos como los huecos positivos se desplacen a travs del material, con lo que se produce una corriente elctrica. Generalmente, un slido de este tipo, denominado semiconductor, tiene una resistencia mayor al paso de corriente que un conductor como el cobre, pero menor que un aislante como el vidrio. Si la mayora de la corriente es transportada por los electrones negativos, se dice que es un semiconductor de tipon.Si la mayora de la corriente corresponde a los huecos positivos, se dice que es de tipop.Si un material fuera un conductor perfecto, las cargas circularan por l sin ninguna resistencia; por su parte, un aislante perfecto no permitira que se movieran las cargas por l. No se conoce ninguna sustancia que presente alguno de estos comportamientos extremos a temperatura ambiente. A esta temperatura, los mejores conductores ofrecen una resistencia muy baja (pero no nula) al paso de la corriente y los mejores aislantes ofrecen una resistencia alta (pero no infinita). Sin embargo, la mayora de los metales pierden toda su resistencia a temperaturas prximas al cero absoluto; este fenmeno se conoce como superconductividad.Cargas elctricasEl electroscopio es un instrumento cualitativo empleado para demostrar la presencia de cargas elctricas. En la figura 1 se muestra el instrumento tal como lo utiliz por primera vez el fsico y qumico britnico Michael Faraday. El electroscopio est compuesto por dos lminas de metal muy finas (a,a_) colgadas de un soporte metlico (b) en el interior de un recipiente de vidrio u otro material no conductor (c). Una esfera (d) recoge las cargas elctricas del cuerpo cargado que se quiere observar; las cargas, positivas o negativas, pasan a travs del soporte metlico y llegan a ambas lminas. Al ser iguales, las cargas se repelen y las lminas se separan. La distancia entre stas depende de la cantidad de carga.Pueden utilizarse tres mtodos para cargar elctricamente un objeto: 1)contacto con otro objeto de distinto material (como por ejemplo, mbar y piel) seguido por separacin; 2)contacto con otro cuerpo cargado; 3)induccin.El efecto de las cargas elctricas sobre conductores y no conductores se muestra en la figura 2. Un cuerpo cargado negativamente,A,est situado entre un conductor neutro,B,y un no conductor neutro,C.Los electrones libres del conductor son repelidos hacia la zona del conductor alejada deA,mientras que las cargas positivas se ven atradas hacia la zona prxima. El cuerpoBen su conjunto es atrado haciaA,porque la atraccin de las cargas distintas ms prximas entre s es mayor que la repulsin de las cargas iguales ms separadas (las fuerzas entre las cargas elctricas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre las cargas). En el no conductor,C,los electrones no pueden moverse libremente, pero los tomos o molculas del mismo se reorientan de forma que sus electrones constituyentes estn lo ms lejos posible deA;el no conductor tambin es atrado porA,pero en menor medida que el conductor.El movimiento de los electrones en el conductorBde la figura 2 y la reorientacin de los tomos del no conductorCproporciona a esos cuerpos cargas positivas en los lados ms prximos aAy negativas en los lados ms distantes deA.Las cargas generadas de esta forma se denominan cargas inducidas.Medidas elctricasEl flujo de carga, o intensidad de corriente, que recorre un cable conductor se mide por el nmero de culombios que pasan en un segundo por una seccin determinada del cable. Un culombio por segundo equivale a 1 amperio, unidad de intensidad de corriente elctrica llamada as en honor al fsico francs Andr Marie Ampre. Vase el siguiente apartado, Corriente elctrica.Cuando una carga de 1 culombio se desplaza a travs de una diferencia de potencial de 1 voltio, el trabajo realizado equivale a 1 julio, unidad llamada as en honor al fsico britnico James Prescott Joule. Esta definicin facilita la conversin de cantidades mecnicas en elctricas.Una unidad de energa muy usada en fsica atmica es el electronvoltio (eV). Corresponde a la energa adquirida por un electrn acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio. Esta unidad es muy pequea y muchas veces se multiplica por un milln o mil millones, abrevindose el resultado como 1MeV o 1GeV.Corriente elctricaSi dos cuerpos de carga igual y opuesta se conectan por medio de un conductor metlico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta neutralizacin se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a travs del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente (en ingeniera elctrica, se considera por convencin que la corriente fluye en sentido opuesto, es decir, de la carga positiva a la negativa). En cualquier sistema continuo de conductores, los electrones fluyen desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se denomina circuito elctrico. La corriente que circula por un circuito se denomina corriente continua (c.c.) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente alterna (c.a.) si fluye alternativamente en uno u otro sentido.El flujo de una corriente continua est determinado por tres magnitudes relacionadas entre s. La primera es la diferencia de potencial en el circuito, que en ocasiones se denomina fuerza electromotriz (fem), tensin o voltaje. La segunda es la intensidad de corriente. Esta magnitud se mide en amperios; 1 amperio corresponde al paso de unos 6.250.000.000.000.000.000 electrones por segundo por una seccin determinada del circuito. La tercera magnitud es la resistencia del circuito. Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores como aislantes, ofrecen cierta oposicin al flujo de una corriente elctrica, y esta resistencia limita la corriente. La unidad empleada para cuantificar la resistencia es el ohmio (), que se define como la resistencia que limita el flujo de corriente a 1 amperio en un circuito con una fem de 1 voltio. La ley de Ohm, llamada as en honor al fsico alemn Georg Simon Ohm, que la descubri en 1827, permite relacionar la intensidad con la fuerza electromotriz. Se expresa mediante la ecuacin= IR,dondees la fuerza electromotriz en voltios,Ies la intensidad en amperios yRes la resistencia en ohmios. A partir de esta ecuacin puede calcularse cualquiera de las tres magnitudes en un circuito dado si se conocen las otras dos.VaseMedidores elctricos.Cuando una corriente elctrica fluye por un cable pueden observarse dos efectos importantes: la temperatura del cable aumenta y un imn o brjula colocado cerca del cable se desva, apuntando en direccin perpendicular al cable. Al circular la corriente, los electrones que la componen colisionan con los tomos del conductor y ceden energa, que aparece en forma de calor. La cantidad de energa desprendida en un circuito elctrico se mide en julios. La potencia consumida se mide en vatios; 1 vatio equivale a 1 julio por segundo. La potenciaPconsumida por un circuito determinado puede calcularse a partir de la expresinP =I,o la que se obtiene al aplicar a sta la ley de Ohm:P = I2R.Tambin se consume potencia en la produccin de trabajo mecnico, en la emisin de radiacin electromagntica como luz u ondas de radio y en la descomposicin qumica.Fuentes de fuerza electromotrizPara producir un flujo de corriente en cualquier circuito elctrico es necesaria una fuente de fuerza electromotriz. Las fuentes disponibles son las siguientes: 1)mquinas electrostticas, que se basan en el principio de inducir cargas elctricas por medios mecnicos; 2)mquinas electromagnticas, en las que se genera corriente desplazando mecnicamente un conductor a travs de un campo o campos magnticos; 3)clulas voltaicas, que producen una fuerza electromotriz a travs de una accin electroqumica; 4)dispositivos que producen una fuerza electromotriz a travs de la accin del calor; 5)dispositivos que generan una fuerza electromotriz por la accin de la luz; 6)dispositivos que producen una fuerza electromotriz a partir de una presin fsica, como los cristales piezoelctricos (vaseEfecto piezoelctrico).Corrientes alternasCuando se hace oscilar un conductor en un campo magntico, el flujo de corriente en el conductor cambia de sentido tantas veces como lo hace el movimiento fsico del conductor. Varios sistemas de generacin de electricidad se basan en este principio, y producen una forma de corriente oscilante llamada corriente alterna. Esta corriente tiene una serie de caractersticas ventajosas en comparacin con la corriente continua, y suele utilizarse como fuente de energa elctrica tanto en aplicaciones industriales como en el hogar. La caracterstica prctica ms importante de la corriente alterna es que su voltaje puede cambiarse mediante un sencillo dispositivo electromagntico denominado transformador. Cuando una corriente alterna pasa por una bobina de alambre, el campo magntico alrededor de la bobina se intensifica, se anula, se vuelve a intensificar con sentido opuesto y se vuelve a anular. Si se sita otra bobina en el campo magntico de la primera bobina, sin estar directamente conectada a ella, el movimiento del campo magntico induce una corriente alterna en la segunda bobina. Si esta segunda bobina tiene un nmero de espiras mayor que la primera, la tensin inducida en ella ser mayor que la tensin de la primera, ya que el campo acta sobre un nmero mayor de conductores individuales. Al contrario, si el nmero de espiras de la segunda bobina es menor, la tensin ser ms baja que la de la primera.La accin de un transformador hace posible la transmisin rentable de energa elctrica a lo largo de grandes distancias. Si se quieren suministrar 200.000 vatios de potencia a una lnea elctrica, puede hacerse con un voltaje de 200.000 voltios y una corriente de 1 amperio o con un voltaje de 2.000 voltios y una corriente de 100 amperios, ya que la potencia es igual al producto de tensin y corriente. La potencia perdida en la lnea por calentamiento es igual al cuadrado de la intensidad de la corriente multiplicado por la resistencia. Por ejemplo, si la resistencia de la lnea es de 10 ohmios, la prdida de potencia con 200.000 voltios ser de 10 vatios, mientras que con 2.000 voltios ser de 100.000 vatios, o sea, la mitad de la potencia disponible.VaseGeneracin y transporte de electricidad.En un circuito de corriente alterna, el campo magntico en torno a una bobina vara constantemente, y la bobina obstaculiza continuamente el flujo de corriente en el circuito debido a la autoinduccin. La relacin entre el voltaje aplicado a una bobina ideal (es decir, sin resistencia) y la intensidad que fluye por dicha bobina es tal que la intensidad es nula cuando el voltaje es mximo, y es mxima cuando el voltaje es nulo. Adems, el campo magntico variable induce una diferencia de potencial en la bobina de igual magnitud y sentido opuesto a la diferencia de potencial aplicada. En la prctica, las bobinas siempre presentan resistencia y capacidad adems de autoinduccin.VaseInduccin (electricidad).Si en un circuito de corriente alterna se coloca un condensador (tambin llamado capacitor) la intensidad de corriente es proporcional al tamao del condensador y a la velocidad de variacin del voltaje en el mismo. Por tanto, por un condensador cuya capacidad es de 2 faradios pasar el doble de intensidad que por uno de 1 faradio. En un condensador ideal, el voltaje est totalmente desfasado con la intensidad. Cuando el voltaje es mximo no fluye intensidad, porque la velocidad de cambio de voltaje es nula. La intensidad es mxima cuando el voltaje es nulo, porque en ese punto la velocidad de variacin del voltaje es mxima. A travs de un condensador circula intensidad aunque no existe una conexin elctrica directa entre sus placas porque el voltaje de una placa induce una carga opuesta en la otra.De los efectos indicados se deduce que si se aplica un voltaje alterno a una bobina o condensador ideales, no se consume potencia. No obstante, en todos los casos prcticos los circuitos de corriente alterna presentan resistencia adems de autoinduccin y capacidad, y se consume potencia. Esta potencia consumida depende de la proporcin relativa de las tres magnitudes en el circuito.ENERGA MECNICA Y TRABAJOLa energa es una propiedad que est relacionada con los cambios o procesos de transformacin en la naturaleza. Sin energa ningn proceso fsico, qumico o biolgico sera posible. La forma de energa asociada a las transformaciones de tipo mecnico se denomina energa mecnica y su transferencia de un cuerpo a otro recibe el nombre de trabajo. Ambos conceptos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos de forma ms sencilla que usando trminos de fuerza y constituyen, por ello, elementos clave en la descripcin de los sistemas fsicos.El estudio del movimiento atendiendo a las causas que lo originan lo efecta la dinmica como teora fsica relacionando las fuerzas con las caractersticas del movimiento, tales como posicin y velocidad. Es posible, no obstante, describir la condicin de un cuerpo en movimiento introduciendo una nueva magnitud, la energa mecnica, e interpretar sus variaciones mediante el concepto de trabajo fsico. Ambos conceptos surgieron histricamente en una etapa avanzada del desarrollo de la dinmica y permiten enfocar su estudio de una forma por lo general ms simple.En el lenguaje ordinario energa es sinnimo de fuerza; en el lenguaje cientfico, aunque estn relacionados entre s, ambos trminos hacen referencia a conceptos diferentes. Algo semejante sucede con el concepto de trabajo, que en el lenguaje cientfico tiene un significado mucho ms preciso que en el lenguaje corriente.El movimiento, el equilibrio y sus relaciones con las fuerzas y con la energa, define un amplio campo de estudio que se conoce con el nombre de mecnica. Lamecnicaengloba la cinemtica o descripcin del movimiento, la esttica o estudio del equilibrio y la dinmica o explicacin del movimiento. El enfoque en trminos de trabajo y energa viene a cerrar, pues, una visin de conjunto de la mecnica como parte fundamental de la fsica.LA ENERGAEl trminoenergaes probablemente una de las palabras propias de la fsica que ms se nombra en las sociedades industrializadas. La crisis de la energa, el costo de la energa, el aprovechamiento de la energa, son expresiones presentes habitualmente en los diferentes medios de comunicacin social. Pero qu es la energa?Qu es la energa?La nocin de energa se introduce en la fsica para facilitar el estudio de los sistemas materiales. La naturaleza es esencialmente dinmica, es decir, est sujeta a cambios: cambios de posicin, cambios de velocidad, cambios de composicin o cambios de estado fsico, por ejemplo. Pues bien, existe algo que subyace a los cambios materiales y que indefectiblemente los acompaa; ese algo constituye lo que se entiende por energa.La energa es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual stos pueden transformarse modificando su situacin o estado, as como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformacin. Sin energa, ningn proceso fsico, qumico o biolgico sera posible. Dicho en otros trminos, todos los cambios materiales estn asociados con una cierta cantidad de energa que se pone en juego, se cede o se recibe.Las sociedades industrializadas que se caracterizan precisamente por su intensa actividad transformadora de los productos naturales, de las materias primas y de sus derivados, requieren para ello grandes cantidades de energa, por lo que su costo y su disponibilidad constituyen cuestiones esenciales.

Transformacin y conservacin de la energaLa energa se puede presentar en formas diferentes, es decir, puede estar asociada a cambios materiales de diferente naturaleza. As, se habla deenerga qumicacuando la transformacin afecta a la composicin de las sustancias, deenerga trmicacuando la transformacin est asociada a fenmenos calorficos, deenerga nuclearcuando los cambios afectan a la composicin de los ncleos atmicos, deenerga luminosacuando se trata de procesos en los que interviene la luz, etc.Los cambios que sufren los sistemas materiales llevan asociados, precisamente, transformaciones de una forma de energa en otra. Pero en todas ellas la energa se conserva, es decir, ni se crea ni se destruye en el proceso de transformacin. Esta segunda caracterstica de la energa constituye un principio fsico muy general fundado en los resultados de la observacin y la experimentacin cientfica, que se conoce comoprincipio de conservacin de la energa.Otro modo de interpretarlo es el siguiente: si un sistema fsico est aislado de modo que no cede energa ni la toma del exterior, la suma de todas las cantidades correspondientes a sus distintas formas de energa permanece constante. Dentro del sistema pueden darse procesos de transformacin, pero siempre la energa ganada por una parte del sistema ser cedida por otra. Esto es lo que sucede en el universo, que en su conjunto puede ser considerado como un sistema aislado.Una descripcin matemtica de este principio puede efectuarse como sigue: seaSun sistema aislado, el cual tras un proceso de transformacin interna pasa a convertirse enS'.Representando porEla energa total del sistema o suma de las cantidades correspondientes a las diferentes formas de energa presentes en l, la conservacin de la energa se expresara en la forma:E' =E (6.1)o tambin:

es decir, la variacin Ede la energa totalEdel sistema por efecto de su transformacin interna ha sido nula.Si se considera que el sistema est formado slo por dos partes o subsistemas 1 y 2, la aplicacin del principio de conservacin de la energa supondr ahora:E'1+ E'2= E1+ E2o agrupando trminos semejantes:E'1- E1=- (E'2 -E2)

lo que expresa que la energa ganada Epor el subsistema 1 es igual a la perdida, - E2, por el subsistema 2 sin que haya habido en conjunto variacin alguna en la energa total del sistema.La degradacin de la energaLa experiencia demuestra que conforme la energa va siendo utilizada para promover cambios en la materia va perdiendo capacidad para ser empleada nuevamente. El principio de la conservacin de la energa hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de la energa, la cual est relacionada con la posibilidad de ser utilizada. As, una cantidad de energa concentrada en un sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se halle dispersa.Aun cuando la cantidad de energa se conserva en un proceso de transformacin, su calidad disminu