Fuentes de energía y sostenibilidad
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FUENTES DE ENERGÍA Y SOSTENIBILIDAD 11 de Febrero del 2013 Javier Fraile Fernández Física y Química Manuel Ángel Gutiérrez Vielba Tema 5 4º A
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Tema 5
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FUENTES DE ENERGÍA Y SOSTENIBILIDAD
11 de Febrero del 2013
Javier Fraile Fernández
Física y Química
Manuel Ángel Gutiérrez
Vielba
Tema 5
4º A
La energía es una propiedad de los sistemas materiales que les
permite experimentar y producir cambios.
Por ejemplo, cuando un objeto cambia de temperatura o se mueve
necesita energía para producir estos cambios.
Existen muchos tipos de energía, como: la energía química (la
energía de los alimentos), la energía eléctrica (la energía que da un
generador), la energía nuclear (la qué liberan los núcleos de los
átomos), la térmica (la que está asociada a la temperatura) y la
eólica y solar (la energía del viento y el sol respectivamente).
Pero por encima de todos estos tipos de energía, está se puede
dividir fundamentalmente en dos clases:
•Energía cinética.
•Energía potencial.
Aunque también se pueden dividir en:
•Energías renovables
•Energías no renovables
Tipos de energía
Energía cinética y potencial
La energía puede ser, cinética o potencial, o sino, una combinación
de ambas:
•Una combinación de ambas, por ejemplo, una pelota que está en
una ladera, cuando está arriba del todo tiene energía potencial, que
es lo que la impulsa ladera abajo, en cambio cuando está
abajo, tiene energía cinética, producida por el movimiento que tiene
al rodar por la ladera. En cambio cuando está bajando en mitad de
la ladera, tiene energía potencial, pero no tanta como cuando está
arriba del todo y tiene energía cinética, pero no tanta como cuando
está abajo del todo, ya que no ha cogido tanta velocidad.
•Energía
cinética, es la
asociada al
movimiento, po
r ejemplo, la de
cualquier
objeto que se
encuentre en
movimiento.
•Energía
potencial, es
la asociada a
la
posición, co
mo la
energía del
agua
embalsada
en una
presa.
Conservación y degradación de la
energía
En todos los
procesos o
transformaciones la
energía se conserva,
pero lo que no se
conserva es la
calidad de esta, así
decirlo. Una parte de
la energía empleada
en un proceso
siempre se pierde
desprendiendo
energía en forma de
calor.
El principio de la
conservación de
energía dice
que, la energía ni
se crea ni se
destruye, solo se
transforma. Por
tanto, la energía
total del universo
se mantiene
constante desde
el big-ban hasta
ahora.
La degradación
de la energía es
la pérdida de
energía útil: la
energía se
conserva en los
cambios, pero
tiende a
transformarse
en energía
térmica, que es
una forma de
energía menos
aprovechable
Rendimiento energético
El rendimiento energético ( r ) es el cociente entre la energía útil y la
energía suministrada. Se expresa en porcentaje.
Energía útil x 100 Energía suministrada
Ninguna máquina tiene un rendimiento del 100% porque siempre se disipa
caloríficamente parte de la energía que se la suministra.
Por ejemplo, al quemar gasolina en el motor de un automóvil, este produce
energía mecánica y se mueve, pero la mayor parte de la energía química
del combustible se disipa caloríficamente y se convierte en energía térmica
del entorno.
Una máquina con un rendimiento del 100 % se denominaría una máquina
ideal.
r =
Fuentes no renovables de
energía
•Los combustibles fósiles son por
ejemplo, el carbón, el petróleo y el gas
natural. Provienen de restos de seres
vivos enterrados hace millones de
años, que bajo condiciones adecuadas
de presión y temperatura se
convirtieron en substancias dotadas de
propiedades energéticas.
•Los combustibles nucleares son por
ejemplo, el uranio y el plutonio. Son
elementos capaces de liberar energía
en las reacciones nucleares.
Las fuentes no renovables de
energía son aquellas cuyas
reservas se consumen a un ritmo
mayor del que son repuestas por
la naturaleza y una vez
consumidas en su totalidad, no
pueden sustituirse, ya que no
existe un sistema de producción o
extracción económicamente
viable.
Existen dos tipos de fuentes de
energías no renovables:
•Combustibles fósiles
•Combustibles nucleares.
. Carbón
El carbón es una roca sedimentaria, formada durante millones de
años a partir de residuos vegetales.
A lo largo del siglo XIX, durante la primera revolución industrial, fue
sustituyendo a la madrea como combustible más utilizado debido a
su mayor poder energético.
Produce 30.000 kJ por kilogramo de carbón consumido.
Según su contenido en carbono, se distinguen varios tipos de
carbón, la antracita y la hulla son los tipos de carbón que contienen
mas carbono y el lignito y la turba tienen menos carbono. Se utilizan
en la industria siderúrgica y en centrales térmicas respectivamente.
El petróleoEl petróleo es un aceite mineral que ha producido
la naturaleza a lo largo de millones de años a partir
de restos de organismos.
A principios del siglo XX, durante la segunda
revolución industrial, comenzó a consumirse más
que el carbón y se convirtió en el primer
combustible en cuanto a consumición se refiere.
Esto se debe a que tenía mayor poder energético
que el carbon, era mas fácil de extraer, no es sólido
y se utiliza en los motores de explosión.
Producía 40.000 kJ por kilogramo de petróleo
consumido. El petróleo crudo es una mezcla
de diversas sustancias es una
mezcla de diversas sustancias y
su destilación permite obtener
distintos combustibles como,
propano, butano, gasolinas, etc.
Sus derivados se utilizan también
en la producción de plásticos,
pinturas, detergentes, cauchos,
abonos, etc.
El gas natural
El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos, cuyo
componente mayoritario es el metano (más del 90% ).
Tiene un elevado poder energético ya que 1 metro cúbico de gas
proporciona aproximadamente la misma energía que algo menos
de un kilogramo de petróleo. Además su combustión solo genera
dióxido de carbono y agua, por lo que es poco contaminante.
Actualmente su utilización va en aumento y en España se ha construido
una amplia red de canalización para hacer llegar el gas natural a las
industrias y a los domicilios particulares.
La energía nuclear (Fisión)
La energía nuclear es la que es extrae de elementos que son capaces de liberar energía espontáneamente o artificialmente en una reacción nuclear. El origen de esta energía puede ser la fisión nuclear o la fusión nuclear.
La fisión nuclear: La principal fuente de energía es un isótopo del uranio, denominado U-235 y utilizado en los reactores nucleares de fisión. Aunque también se utiliza a veces el plutonio, un elemento que se obtiene a partir del uranio.
1 gramo de uranio 235 genera 72.000.000.000 J ( 72 mil millones), es lo equivalente a la energía que produce 1.7 toneladas de petróleo.
La fisión nuclear convierte el agua en vapor, y este vapor mueve una turbina que genera la electricidad.
La fusión nuclear
Para la fusión nuclear se utilizan átomos, como los de deuterio y tritio, que son actualmente la fuente de energía conocida; ambos son isótopos del hidrógeno. Este proceso proporciona más energía que la fisión.
1 gramo de helio a partir de deuterio proporciona la energía equivalente a 7.4 toneladas de petróleo.
Sin embargo, todavía no existen centrales nucleares de fusión, ya que se necesitan temperaturas de millones de grados para que los núcleos atómicos se fusionen y es muy difícil conseguirlo en condiciones controladas.
La fusión podría ser la solución a los problemas energéticos de la humanidad.
Ventajas e inconvenientes de las fuentes no renovables
Ventajas
•La energía procedente de fuentes no renovable es relativamente barata y fácil de obtener•La tecnología requerida para el aprovechamiento de la energía está muy desarrollada
Inconvenientes
•Las reservas de combustibles fósiles son limitadas.•La combustión de carbón y petróleo libera a la atmósfera gases que contribuyen a la lluvia ácida.•Las emisiones de C02 contribuyen al aumento del efecto invernadero.•Los reactores nucleares de fisión producen residuos radiactivos de larga duración que son difíciles de almacenar.
Fuentes renovables de energía
Existen varias fuentes de energía renovables, como son:
•La biomasa
•El sol
•Las fuentes hidráulica y eólica
•La energía geotérmica
•La energía del mar:oLa energía mareomotrizoLa energía undimotrizoLa energía de las corrientesoLa energía maremotérmica
Las fuentes de energía renovables son aquellas que, a pesar de ser utilizadas, se regeneran constantemente de manera natural o artificial o que se consumen a un ritmo menor del que son repuestas pro la naturaleza. Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza.
La biomasa
La biomasa es materia orgánica de origen vegetal o animal. La energía que contiene fue la primera que utilizó el hombre.
Hay diversos modos de aprovechar energéticamente la biomasa:
De forma directa, como combustible de los residuos agrícolas, ganaderos y forestales.
Mediante la transformación de residuos animales en el combustible biogás a través de fermentaciones que producen los microorganismos.
Con la obtención de biocarburantes mediante cultivos de vegetales adecuados. Por ejemplo, el bioetanol y el biodiesel pueden sustituir a la gasolina y el gasóleo en los motores de explosión.
Mediante la quema de residuos urbanos en incineradores, que pueden calentar agua o producir energía eléctrica.
El sol
La energía solar es la energía radiante que llega directamente del sol.
La Tierra recibe del sol una cantidad de energía en un periodo de tiempo 4.000 veces mayor que la que consume la humanidad en ese mismo periodo de tiempo. El problema es que para aprovechar esta energía se necesita un importante desarrollo tecnológico y es caro. A pesar de esto en estos últimos años se están produciendo grandes avances sobre el aprovechamiento de esta energía.
Se aprovecha de tres formas diferentes:
•Fotovoltaica, las células fotovoltaicas convierten la energía solar en energía eléctrica directamente.
•Térmica de baja temperatura, se basa en el calentamiento e un fluido en un colector solar.
•Térmica de alta temperatura, se basa en la concentración de la radiación solar mediante espejos para calentar un fluido a alta temperatura.
Las fuentes hidráulica y eólica.
Las fuentes hidráulica y eólica son actualmente las fuentes renovables que más energía producen, ya que su tecnología está suficientemente desarrollada.
La energía hidráulica
La energía hidráulica es la energía potencial de una masa de agua embalsada en una presa. Se aprovecha principalmente en las centrales hidroeléctricas para producir energía eléctrica.
La energía eólica
La energía eólica es la energía cinética del viento. Se ha utilizado tradicionalmente en los molinos de viento y en la navegación de vela.Actualmente, se utiliza en los aerogeneradores para producir energía eléctrica.
Otras fuentes renovables de energía
También existen otras fuentes renovables de energía, como por ejemplo, la energía geotérmica y la energía del mar.
•La energía geotérmica es la energía térmica que se acumula en la corteza de la tierra. Cuando hay focos de alta temperatura a poca profundidad, esta energía se aprovecha.
• La energía del mar también se aprovecha de distintas formas:
La energía mareomotriz, que es la energía que adquiere el agua con su proceso de las mareas.La energía undimotriz, que es la energía adquirida por el agua gracias al movimiento de las olas.La energía de las corrientes, que es la energía cinética de estas mismas que se producen en el mar.La energía maremotérmica, que se debe a la diferencia de temperatura que hay entre las aguas superficiales y las profundas.
Ventajas e inconvenientes de la energía renovable
Ventajas
•Sus reservas son prácticamente inagotables.
•Su impacto sobre el ambiente es, en general, más reducido que el de las fuentes no renovables.
•Tienen carácter autóctono: la energía se produce cerca de donde se consume, por lo que disminuye la dependencia energética.
•Su uso favorece el desarrollo de la tecnología necesaria para su aprovechamiento, lo que a su vez fomenta el desarrollo tecnológico en otras áreas.
Inconvenientes
•Los conocimientos y la tecnología necesarios para su uso están en algunos casos poco desarrollados, por lo que su contribución al consumo total de energía es aún reducida (aunque las tecnologías solar y eólica han avanzado mucho).
•Una unidad de energía es, en muchos casos, más cara obtenida a partir de fuentes renovables que obtenida de fuentes no renovables.
•La producción de algunas, como la eólica o la hidráulica, depende de condiciones meteorológicas.
La contaminación atmosféricaLa contaminación atmosférica es la presencia en el aire de sustancias gaseosas, líquidas o sólidas, perjudiciales par las persones, el resto de los seres vivos y el medio en el que viven.Las sustancias contaminantes pueden tener un origen natural, como las erupciones volcánicas, o un origen artificial, debido a la actividad humana.
Los efectos que producen estas sustancias son: •Los óxidos de azufre y nitrógeno producen irritación en los ojos y en la nariz, afecta al aparato respiratorio , retrasa el crecimiento de las plantas y además contribuyen a la lluvia ácida•El monóxido de carbono es muy tóxico y en altas concentraciones puede producir la muerte.•La presencia de ozono en la troposfera produce irritaciones en las mucosas y afectación pulmonar.
Los principales efectos de la contaminación atmosférica son la lluvia ácida, el aumento del efecto invernadero y el deterioro de la capa de ozono.
El efecto invernadero
Los principales gases de efecto de invernadero son el dióxido de carbono, generado al quemar combustibles fósiles y, en menor medida, el metano.La temperatura media de la Tierra ha sido durante los últimos dos mil años sobre 15 grados y ha permanecido estable, pero en los últimos 200 años han aumentado los gases de efecto de invernadero y está produciendo un aumento de la temperatura media de la Tierra.Este calentamiento global puede hacer que los climas sean más extremos en cada zona y que se derrita el hielo de los polos inundando zonas costeras al aumentar el nivel del mar.
El deterioro de la capa de ozono yla lluvia ácida
El ozono de la estratosfera absorbe el 90% de la radiación ultravioleta que llega a la Tierra procedente del sol y protege a los seres vivos de sus efectos perjudiciales.Pero los gases CFC ( clorofluorocarbonos) que son producidos por circuitos de refrigeración, reaccionan con el ozono y destruyen su molécula.
La lluvia ácida es producida porque los óxidos de azufre reaccionan con vapor de agua en las capas altas de la atmósfera y profucen ácido sulfúrico. Estos ácidos mezclados con el vapor de agua precipitan en forma de lluvia.La lluvia ácida altera el crecimiento de las plantas, incrementa la acidez del suelo y de las aguas, disuelve metales tóxicos que pueden entrar en una cadena alimentaria y causar diversas enfermedades.
Fin
