1) ¿Qué es energía?

El término energía  ‘fuerza de acción’ o ‘fuerza trabajando’) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.

En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.

2) ¿Qué tipos de energía se presentan en la naturaleza?

Convencionales 

También llamadas no renovables. Son aquellas que proporcionan la parte más importante de energía consumida en los piases industrializados. Estos combustibles, una vez usados no se pueden restituir. Un ejemplo de este tipo de energía es: el carbón, el petróleo, el gas natural, el uranio y el agua de una presa. 

Energías alternativas 

Son las energías que se encuentran directamente en la naturaleza y son inagotables, aunque en estos tiempos ya hay muchas que son escasas. Estas energías no contaminan al medio ambiente. Un ejemplo de este tipo de energías es: la energía solar, la eólica, la hidráulica, la de las mareas, la de las olas, la geotérmica i la de biomasa. 

ENERGIAS ALTERNATIVAS: 

Se consideran energías limpias porque no contaminan. Dependen de la inclinación del sol, la fuerza del viento, del nivel del mar... todo esto hace que no estén repartidas uniformemente por todo el planeta. También pueden contribuir a una contaminación ambiental por lo que se refiere al mal efecto visual i el espacio que ocupan. 

ENERGÍA SOLAR 

Se puede considerar el origen de casi todas las demás energías. De las energías renovables es la que tiene más futuro y la que va a durar por más tiempo y la que seguro que no se va a agotar. 

La aplicación principal de la energía solar es el calentamiento de agua para el uso de casa. Esto se produce gracias a unos plafones solares que se colocan en la parte superior del edificio; tienen una capa de vidrio que permite la entrada de las radiaciones del sol. Por el interior de los plafones circula agua fría, la cual se calentará a medida que las radiaciones aumenten, entonces esta agua, pasara a depositarse en un tanque. 

La energía solar se convierte en energía eléctrica por las células fotovoltaicas (solares). 

ENERGÍA HIDRÁULICA 

Se utiliza principalmente para producir energía eléctrica. La energía potencial del agua en su nivel más alto se va perdiendo a medida que el nivel del agua disminuye; el agua gana energía cinética, la cual llega a una turbina de rotación que acciona un generador y produce energía eléctrica. 

En estas transformaciones siempre hay pérdidas de energía térmica. 

ENERGÍA DE LAS MAREAS 

En lugares de la costa se puede aprovechar la energía de las olas del mar construyendo una presa o barrera. Cuando hay marea alta la presa se abre y cuando la marea baja la presa se cierra. Cuando el nivel de agua baja, se deja salir el agua que hace girar una turbina que acciona un generador y produce electricidad. 

ENERGÍA EÓLICA 

Esta energía se consigue obtener mediante unos aerogeneradores. La energía del viento se utiliza para hacer girar una turbina que moverá un generador para producir la electricidad. Para que esto ocurra la

velocidad del viento tiene que ser entre 5 y 25m/s. 

En España el parque eólico de Tarifa (Cádiz) se ha convertido en uno de los más eficaces del mundo. Tiene 250 aerogeneradores y suministra electricidad a 25.000 casas. 

La energía eólica también tiene inconvenientes para el medio ambiente: muchas aves quedan atrapadas entre las turbinas y mueren, se producen alteraciones del paisaje y producen ruido. 

LA BIOMASA 

La biomasa es el conjunto de plantas y materiales orgánicos de los cuales podemos obtener energía. La leña está considerada una de las primeras fuentes de energía conocidas. Hoy en día es peligroso el consumo de leña como combustible ya que existe un gran peligro de deforestación de los bosques. Por eso se suele utilizar materiales orgánicos y plantas con un rápido crecimiento para el uso como combustible. 

La basura de materia orgánica, agrícola, industrial o doméstica contiene energía que puede ser utilizada para quemar o para fermentar en ausencia de aire en biogeneradores. De ésta manera se obtiene un gas llamado biogás que se utiliza como combustible en muchos países como en China o en Europa. 

ENERGÍA GEOTÉRMICA 

La energía geotérmica consiste en aprovechar la energía térmica del interior de la Tierra. El interior de la Tierra es caliente como consecuencia de la fusión de las rocas. Se han encontrado rocas a más de 200ºC. El agua caliente también sale al exterior por grietas de las rocas

3) ¿Cuáles son las unidades en las que se miden las magnitudes de la energía?

La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos X o los gamma es una forma de energía. Si la energía se mide en joules (J) en el Sistema

Internacional, para qué necesitamos nuevas unidades. La razón es más simple de lo que parece. No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y produce sensación luminosa, ni toda la energía que consume, por ejemplo, una bombilla se convierte en luz. Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas magnitudes: el flujo luminoso, la intensidad luminosa, la iluminancia, la luminancia, el rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz.

Flujo luminoso

Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas, una de 25 W y otra de 60 W. Está claro que la de 60 W dará una luz más intensa. Pues bien, esta es la idea: ¿cuál luce más? o dicho de otra forma ¿cuánto luce cada bombilla?

 

Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos sólo a la potencia consumida por la bombilla de la cual solo una parte se convierte en luz visible, es el llamado flujo luminoso. Podríamos medirlo en watts (W), pero parece más sencillo definir una nueva unidad, el lumen, que tome como referencia la radiación visible. Empíricamente se demuestra que a una radiación de 555 nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen.

Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible. Su símbolo es   y su unidad es el lumen (lm). A la relación entre watts y lúmenes se le llama equivalente luminoso de la energía y equivale a:

1 watt-luz a 555 nm = 683 lm

Flujo luminosoSímbolo: Unidad:  lumen (lm)

Intensidad luminosa

El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz, por ejemplo una bombilla, en todas las direcciones del espacio. Por contra, si pensamos en un proyector es fácil ver que sólo ilumina en una dirección. Parece claro que necesitamos conocer cómo

se distribuye el flujo en cada dirección del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa.

Diferencia entre flujo e intensidad luminosa.

Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta. Su símbolo es I y su unidad la candela (cd).

Intensidad luminosa Símbolo: I

Unidad: candela (cd)

Iluminancia

Quizás haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes distancias. Si  se pone la mano delante de la linterna podemos ver está fuertemente iluminada por un círculo pequeño y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz débil. Esta sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia.

Concepto de iluminancia.

Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie. Su símbolo es E y su unidad el lux (lx) que es un  lm/m2.

Iluminancia Símbolo: E

Unidad: lux (lx)

Existe también otra unidad, el foot-candle (fc), utilizada en países de habla inglesa cuya relación con el lux es:

 1 fc   10 lx 1 lx   0.1 fc

En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco al objeto iluminado. Es algo similar a lo que ocurre cuando oímos alejarse a un coche; al principio se oye alto y claro, pero después va disminuyendo hasta perderse. Lo que ocurre con la iluminancia se conoce por la ley   inversa   de   los   cuadrados   que relaciona la intensidad luminosa (I) y la distancia a la fuente. Esta ley solo es válida si la dirección del rayo de luz incidente es perpendicular a la superficie.

Ley inversa delos cuadrados

¿Qué ocurre si el rayo no es perpendicular? En este caso hay que descomponer la iluminancia recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie.

A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno. Es fácil ver que si    = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados. Si expresamos EH y EV en función de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda:

En general, si un punto está iluminado por más de una lámpara su iluminancia total es la suma de las iluminancias recibidas:

Luminancia

Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz (flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia). Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos. De esto trata la luminancia. Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos luz reflejada procedente de un cuerpo la definición es la misma.

Se llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa  y la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada. Su símbolo es L y su unidad es la cd/m2. También es posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cd/cm2) o el nit (1 nt = 1 cd/m2).

LuminanciaSímbolo: L

Unidad:  cd/m2

Es importante destacar que sólo vemos luminancias, no iluminancias.

Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa

Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energía eléctrica consumida por una lámpara (bombilla, fluorescente, etc.) se transformaba en luz visible. Parte se pierde por calor, parte en forma de radiación no visible (infrarrojo o ultravioleta), etc.

Para hacernos una idea de la porción de energía útil definimos el rendimiento luminoso como el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica consumida, que viene con las características de las lámparas (25 W, 60 W...). Mientras mayor sea mejor será la lámpara y menos gastará.  La unidad es el lumen por watt (lm/W).

Rendimiento luminoso

 Símbolo: 

Unidad:  lm / W

Cantidad de luz

Esta magnitud sólo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un flash fotográfico o para comparar diferentes lámparas según la luz que emiten durante un cierto periodo de tiempo. Su símbolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lm·s).

Cantidad de luz  Q =  ·t

 Símbolo: Q

Unidad:  lm·s

4) ¿Cuáles son las formas en que la energía se transforma en energía eléctrica?

CinéticaPor mucho la forma más común para producir electricidad es mediante el aprovechamiento del movimiento de una máquina. Esto se conoce como energía cinética. La parte que hace que la electricidad se llama generador, en él, una bobina de alambre gira en el interior de un campo magnético, produciendo una corriente. Otras máquinas, generalmente turbinas, manejan el generador. Las turbinas pueden ser alimentadas por vapor, el viento o el agua que cae.

TérmicaPuedes utilizar una termocupla para hacer pequeñas cantidades de electricidad directamente del calor. Aquí, la diferencia de temperatura entre dos superficies crea un voltaje en un sándwich de dos metales. Debido a que sólo producen mili vatios de potencia, se ven esencialmente en el uso como indicadores de temperatura.

NuclearEn una planta de energía nuclear, la energía de la radiactividad se utiliza para calentar el agua, lo que hace que el vapor accione una turbina y un generador. Si bien esto utiliza energía nuclear para producir electricidad, la energía cinética hace el trabajo. Las baterías nucleares, por otra parte, crean electricidad directamente de la desintegración radiactiva. Los materiales nucleares en la batería, tales como americio, emiten una corriente de partículas cargadas. Esto se utiliza para hacer una corriente eléctrica. Las baterías nucleares se utilizan para los marcapasos cardíacos y sondas del espacio profundo.QuímicaEn una batería, la energía química se utiliza para generar electricidad. La energía proviene de los iones, moléculas cargadas reunidas en un compuesto neutro. Cuando los terminales positivo y negativo de la pila están conectados a un circuito, la energía química de los iones se convierte en energía eléctrica. Los químicos de la batería determinan su tensión, la cantidad determina su capacidad total. Cuando los químicos se utilizan, la electricidad se detiene. Las baterías recargables permiten invertir la reacción, creando "nuevas" sustancias químicas de la fuente utilizada en marcha. La creación de electricidad consume los químicos; regenerar los productos químicos necesita electricidad.SolarLas celdas Fotovoltaicas (FV) convierten la luz del sol o de otras fuentes a electricidad. Los electrones en la celda fotovoltaica, hechos de semiconductores de silicio, cadmio u otros, se movilizan por la energía de la luz, lo que puede ser utilizado como una corriente eléctrica. Cada celda puede entregar varios mili vatios de potencia, un panel típico solar para uso doméstico produce alrededor de 100 vatios.

4.1) ¿De dónde proceden la energía que consumimos?

Casi toda la energía de que disponemos proviene del Sol. Él es la causa de los vientos, de la evaporación de las aguas superficiales, de la formación de nubes, de las lluvias y, por consiguiente, de los saltos de agua. Su calor y su luz son la base de la fotosíntesis en el mundo vegetal con la generación del oxígeno y la absorción del CO2, y de otras innumerables reacciones químicas indispensables para la vida de los vegetales y de los animales. Con el paso de los milenios y la concurrencia de situaciones muy específicas, los restos del mundo

vegetal y animal enterrados han originado los combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas.

Si recordamos el principio de la conservación de la energía, afirmaremos de manera incuestionable que la energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma. Por tanto si necesitamos obtener energía, tendremos que partir de algún cuerpo que la tenga almacenada y pueda experimentar una transformación. A estos cuerpos se les llama fuentes de energía.

De forma más amplia llamaremos fuente de energía a todo sistema natural, artificial o yacimiento que puede suministrarnos energía. Las cantidades disponibles de energía de estas fuentes son lo que se llama recurso energético.

La Tierra posee enormes cantidades de estos recursos. Sin embargo uno de los problemas que tiene planteada la humanidad es la obtención y transformación de los mismos.

Las fuentes energéticas más buscadas son aquellas en las que la energía está muy concentrada (mucha energía por unidad de masa). Es el caso del carbón, petróleo, gas natural, uranio, etc. Por el contrario, tenemos otro tipo de fuentes cuya concentración energética es muy baja y a las que llamamos energías difusas. Estas presentan una gran dificultad para su captación, primero, y para la generación energética de cantidades suficientes de energía, después, por su variabilidad climatológica o por requerir enormes extensiones de terreno. Es el caso de la energía solar, eólica, mareomotriz, geotérmica, etc.

En las primeras hay que tener en cuenta, además del contenido energético, las impurezas, localización del yacimiento, facilidad de explotación, tecnología requerida; razones todas ellas que inciden directamente en el coste de obtención de esa energía y por tanto en la rentabilidad de la explotación.

En el caso de las energías difusas el problema está en lograr una concentración suficiente para su extracción y después adecuar su producción a las necesidades del abastecimiento, resolviendo el almacenamiento de la energía producida, así como el proceso adecuado para su transformación. Estos datos son importantes para hacer el balance económico de cada fuente.

Todas las fuentes de energía son importantes, pero desde el punto de vista de su utilización concreta, las distintas fuentes de energía pueden ser o no ser sustitutivas entre sí.

Por ejemplo, para la producción de energía eléctrica en una central podemos utilizar carbón, petróleo, gas natural o uranio. Sin embargo en un proceso siderúrgico el uranio nunca podría sustituir al carbón, y como carburante los derivados del petróleo (gasolinas, querosenos) no pueden ser sustituidos por carbón, uranio, madera...

Lo decisivo de una fuente energética de cara a su utilización en las economías modernas es su capacidad para garantizar el abastecimiento. Esto impulsa a que sea, finalmente, la complementariedad de cada una

De ellas, de acuerdo con sus características, la solución que se demanda para resolver esta exigencia social y económica.

5) ¿cómo se clasifica la energía según su origen?

Las fuentes de energía se clasifican según su origen en dos grandes grupos: renovables y no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados".

Renovables Las Fuentes de energía renovables son aquellas que, tras ser utilizadas, se pueden regenerar   de manera natural o artificial . Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza.

Existen varias fuentes de energía renovables, como son:

Energía mareomotriz (mareas) Energía hidráulica (embalses) Energía eólica (viento) Energía solar (Sol) Energía de la biomasa (vegetación)

No renovables Las Fuentes de energía no renovables son aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración.

Existen varias fuentes de energía no renovables, como son:

Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) La energía nuclear (fisión y fusión nuclear)

Según su utilización podemos clasificarlas en:

Convencionales: son aquellas que proporcionan la mayoría de la energía en los diferentes países como son:

Térmicas Nucleares Hidroeléctricas.

Alternativas: son aquellas cuya utilización está menos extendida pero que cada vez adquieren más importancia como son:

Eólicas Solares Biomasa Geotérmica Mareomotriz

6) ¿Cómo se clasifica la energía según su utilización?

Para clasificar las distintas fuentes de energía se pueden utilizar varios criterios:

Según sean o no renovables.

Según su grado de disponibilidad: convencionales o en desarrollo.

Según sea la forma de su utilización. Energías primarias o utilizadas directamente y energías secundarias o finales que son aquellas que han sufrido un tipo de transformación anterior a su uso, como la electricidad.

Llamaremos fuentes de energía renovables a aquellas cuyo potencial es inagotable por provenir de la energía que llega a nuestro planeta de forma continua como consecuencia de la radiación solar o de la atracción gravitatoria de otros planetas de nuestro sistema solar. Son la energía solar, eólica, hidráulica, mareomotriz y la biomasa. Las fuentes de energía no renovables son aquellas que existen en una cantidad limitada en la naturaleza. La demanda mundial de energía en la actualidad se satisface en un 94% con este tipo de

fuentes: carbón, petróleo, gas natural y uranio.

Si atendemos al segundo criterio de clasificación, llamaremos fuentes de energía convencionales a aquellas que tienen una participación importante en los balances energéticos de los países industrializados. Es el caso del carbón, petróleo, gas natural, hidráulica y nuclear. Por el contrario, se llaman fuentes de energía no convencionales, o nuevas fuentes de energía, a las que por estar en una etapa de desarrollo tecnológico en cuanto a su utilización generalizada, no cuentan con participación apreciable en la cobertura de la demanda energética de esos países. Es el caso de la energía solar, eólica, mareomotriz y biomasa.

Según sea su utilización las fuentes de energía las podemos clasificar en primarias y secundarias. Las primarias son las que se obtienen directamente de la naturaleza, como el carbón, petróleo y gas natural.

Las secundarias, llamadas también útiles o finales, se obtienen a partir de las primarias mediante un proceso de transformación por medios técnicos. Es el caso de la electricidad o de los combustibles derivados del petróleo.

7) consulte el funcionamiento de la energía, radiante, química, mecánica, térmica, eléctrica.

La energía radiante: es la energía que poseen las ondas electromagnéticas 1  como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se propaga en el vacío sin necesidad de soporte material alguno. Se transmite por unidades llamadas fotones.

La Energía química: es la que se produce en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo.

La energía mecánica: se puede definir como la forma de energía que se puede transformar en trabajo mecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico como una turbina ideal. Las formas familiares de energía mecánica son la cinética y la potencial.

La energía térmica o calorífica: es la parte de energía interna de un sistema termodinámico en equilibrio que es proporcional a su temperatura absoluta y se incrementa o

disminuye por transferencia de energía, generalmente en forma de calor o trabajo, en procesos termodinámicos. A nivel microscópico y en el marco de la Teoría cinética, es el total de la energía media presente como el resultado de los movimientos aleatorios de átomos y moléculas o agitación térmica, que desaparecen en el cero absoluto.

Se denomina energía eléctrica: a la forma de energía que resulta de la existencia de una potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía lumínica o luz, la energía mecánica y la energía térmica.

8) consulte el funcionamiento de las centrales de producción de energía eléctrica Mini hidráulica Mareomotriz Geotérmica

En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda.

En general, estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica.

Una central mini hidráulica o mini hidroeléctrica es un tipo especial de central hidroeléctrica, utilizada para la generación de energía eléctrica en pequeña escala, a partir de la energía potencial o cinética del agua.

La energía mini hidráulica se considera un tipo de energía renovable y se encuentra dentro de la regulación jurídica asociada a estas energías. Las mini centrales han sido muy utilizadas a lo largo del tiempo debido a su pequeño tamaño —y por tanto costo inicial— y facilidad de instalación, por lo que han sido muy usadas a nivel local o incluso privado.

Existen dos tipos diferentes de centrales mini hidráulicas:

las centrales de "agua fluyente", en las que se desvía el

agua de un río por un canal y tuberías hasta alcanzar una

turbina, la cual genera electricidad. Posteriormente el

agua es devuelta a su cauce.

las centrales "a pie de presa", basan su funcionamiento

en el almacenamiento del agua en un embalse;

vaciándose por una tubería ubicada en la base de la

presa, que va a desembocar en una turbina.

La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas: mediante su empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más segura y aprovechable. Es un tipo de energía renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una penetración notable de este tipo de energía.

Otras formas de extraer energía del mar son: las olas (energía undimotriz), de la diferencia de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del océano, el gradiente térmico oceánico; de la salinidad, de las corrientes marinas o la energía eólica marina.

En España, el Gobierno de Cantabria y el Instituto para la Diversificación y Ahorro Energético (IDAE) quieren crear un centro de i+d+i en la costa

De Santoña. La planta podría atender al consumo doméstico anual de unos 2.500 hogares.1

Se llama energía geotérmica a la energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.

El término “geotérmico” viene del griego geo (‘Tierra’), y thermos (‘calor’); literalmente ‘calor de la Tierra’. El interior de la tierra está caliente y la temperatura aumenta con la profundidad. Las capas profundas, pues, están a temperaturas elevadas y, a menudo, a esa profundidad hay freáticas en las que se calienta el agua: al ascender, el agua caliente o el vapor producen manifestaciones en la superficie, como los géiseres o las fuentes termales, utilizadas para baños desde la época de los romanos. Actualmente, el progreso en los métodos de perforación y bombeo permiten explotar la energía geotérmica en numerosos lugares del mundo.