Unidad 1 Energía Impactos en La S y El MA

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Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Escuela Académico Profesional de FÍSICA APLICADA

MSc. HUGO A. TORRES MUROLICENCIADO EN FÍSICA

[email protected], Mayo del 2011

06/06/2011 HUGO TORRES MURO 2

Historia de la energía. Modelos energéticos.

Definición. Ley de conservación.

Formas y fuentes de energía.

Energía en los ecosistemas naturales.

Usos y necesidades de energía.

Sistemas de producción.

Energías renovables.

Fuentes secundarias de energía.

Eficiencia energética.

Impactos de la energía.

Sostenibilidad

UNIDAD Nº 01: ENERGÍA Y SUS IMPACTOS SOBRE EL MA Y LA SOCIEDAD

mailto:[email protected]

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INTRODUCCIÓN

La energía en cualquiera de sus formas, es un

factor sumamente importante en toda actividad

de los seres vivos .

La situación actual de:

Crisis de energía en el mundo,

El aumento de los precios

Disminución de producción de petróleo

Crecientes dificultades para transportar energía

Aspectos que imposibilitan continuar con elsistema energético actual.


HISTORIA DE LA ENERGÍA

• La historia de la humanidad consiste en la

búsqueda de fuentes de energía y sus formas

de aprovechamiento y servirse del ambiente.

• Evolución es pues, aprovechamiento

creciente de energía independientemente de

la época.


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Según lo expuesto por Leslie White

• “La historia de la civilización esla del dominio de las fuerzas dela naturaleza por mediosculturales, de tal forma que lacultura evoluciona conformeaumenta la energíaaprovechada per cápita en undado período y la eficiencia delos medios instrumentales paraservirse de ella”


MODELOS ENERGÉTICOS

• Es natural que en su devenir la humanidad ha idogenerando distintos modelos energéticos.

• Aunque un modelo impere en una región no quieredecir que se imponga en otros lugares al mismotiempo. Así pues tenemos distintos modelosenergéticos:

• Pre agrícola• Agrícola• Agrícola avanzado• Preindustrial• Industrial• Industrial avanzado


../VIDEOS Ambientalistas/Educacion Ambiental/Población y crisis energética/Petroleo, el fin de una era.mp4

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MODELO PREAGRÍCOLA• Se ubica entre el Pleistoceno y Paleolítico

• El hombre caza, recolecta alimentos y usa leña.

• El fuego lo conocían 400 000 a.C.

• La fuente de energía es la tracción humana.

• Aún no se modifica el ambiente.

• Se vive en tribus; casi no hay herramientas.

• La barrera es el incremento del aprovechamientoenergético per cápita.



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MODELO AGRÍCOLA• En la Revolución del Neolítico, unos 100 000 años.

• Primer eslabón del control del ambiente por el hombre

• Pasa de cazador-recolector para ser pastor-agricultor

• Aparecen los primeros asentamientos

• La potencia de tiro se descubre en 4500 a.C.

• En 3000 a.C. ya se emplean vehículos con ruedas.

• Fuentes de energía la tracción humana y animal

• Incipiente uso del viento en navegación a vela

• Herramientas es barrera para la productividad.



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MODELO AGRÍCOLA AVANZADO

• Arado/herradura aumentan productividad del agro

• Hacha/reja de hierro permiten talado de bosques

• Comienza la era del uso intensivo de la madera

• Herramientas, como martillos, tenazas, sierras,

engranajes, palancas, tornillos, cañas y poleas,

multiplican la fuerza humana.

• Continúa aprovechamiento de la energía eólica en

navegación



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MODELO AGRÍCOLA AVANZADO…continuación

• La madera y el hierro son el distintivos de la época

• En tracción el buey prevalece sobre el caballo

• La agricultura de valles a planicies áridas y semiáridas

• Ingeniería hidráulica obligan al uso masivo de tracción

• Se diversifican funciones y se centraliza el poder

• Sociedades hidráulicas, centralización de energía

• Surgen nuevas clases sociales

• Límite de crecimiento constituye la barrera al progreso.



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MODELO PREINDUSTRIAL• Campesinos dispersos abastecidos por un

agro dependiente de lluvias

• Señor feudal con mano de obra esclava y/oservil

• Nuevo arnés de collera aumentó la potencia detiro del caballo

• Difusión de molinos hidráulicos y de viento

• Era un mundo energéticamente dependiente demadera, agua, viento y tracción a sangre

• Textilería: notables progresos y desarrollo



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http://www.andandara.com/carp1/Cienciaytecnologia/cienciaytecnologia.htm

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Son fuentes de energía tradicional: leña, tracción animal, desechosagrícolas y estiércol. Las fuentes industriales son: petróleo, carbón,gas natural, hidroelectricidad y energía nuclear.

MODELO INDUSTRIAL: La era del carbón

• Se inicia con la Revolución Industrial

• Cambia energía del agua/viento, por carbónmineral

• Revolución la hicieron obreros, artesanos,técnicos y comerciantes, pero no científicos.

• Por primera vez el crecimiento del producto esmayor al demográfico, con carácter sostenido

• Dependencia del agro se evidencia a través de losoficios (tejedores, tintoreros, curtidores, sastres)

• El bosque, que cubría ampliamente la energía de laantigüedad, había casi desaparecido


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En 1859 Drake perfora en Pennsylvania el primer pozo de petróleoMouchot construye una cocina solar. En 1895 Daimler pone operativoel motor de explosión desarrollado por August Otto.

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MODELO INDUSTRIAL: La era del petróleo

• A partir de la II Guerra Mundial, el consumo delpetróleo se impuso, debido a que seperfeccionaron los métodos de perforación y deextracción.

• Comparando con el carbón, tiene mayor densidadenergética, es más fácil de transportar y dejamenos residuo en su combustión.

• Los bajos precios del petróleo permitieron unconsumo irreflexivo y en consecuencia extendió elfenómeno de la contaminación ambiental.



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MODELO INDUSTRIAL AVANZADO

• Este modelo es hijo del petróleo que da forma y

estructura el mundo ACTUAL

• El petróleo genera combustibles para aviones,

barcos, automóviles, tractores, calderas o

centrales térmicas

• La RI impuso una única nueva fuente de

energía primaria que aun domina el panorama


Consumo de energía en el año 1950 fue de 7 mil millones de GJ, enel año 1970 fue de 161,19 mil millones de GJ, en el año 1992 ya fuede 355,21 mil millones de GJ, para el año 2030, según lospronósticos será de hasta 770,80 mil millones de GJ.

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http://www.warriors.com.pe/extras.htm

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Petróleo: ¿El fin de una era?• En 1973: primer embargo petrolífero de la

OPEP, elevó el precio del bpe de 2 a 13$.

• En1980: elevó el precio a 23$ por barril. Elprecio del petróleo ha sido inestable.

• La subvención de precios del petróleo, paramantener el crecimiento económico,fomentaron el despilfarro.

• En los países en desarrollo, propició unaindustria ineficiente que, ha disminuido sucompetitividad, aumentando la desigualdadentre ricos y pobres.



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A continuación se presenta un video sobre la crisis del petróleo


RECOMENDACIONES

• Prestar mucha atención

• Guardar silencio.

• Apagar los celulares y otros artefactos de distracción

• Tomar nota mentalmente y/o en su cuaderno de apuntes.

videos/Crisis_Energetica_1.mp4

videos/Crisis_Energetica_2.mp4

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DEFINICIÓN DE ENERGÍA

• En Física se define la energía como la capacidad para

realizar un trabajo.

• Trabajo producido por una fuerza cuando su punto de

aplicación se desplaza

• Cuando un sistema realiza un trabajo sobre otro, se

transfiere energía entre los dos sistemas.


LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

“LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SÓLO

SE TRANSFORMA”

No puede obtenerse algo por nada; la cantidad

de energía obtenida en un proceso no puede

ser superior a la invertida.

Nunca podemos diseñar y fabricar ningún

ingenio humano que produzca más energía de

la que consume.


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• 1ª Ley de la termodinámica: la energía sólo

puede transformarse de una de sus formas a otra.

La energía total del Universo es constante.

• 2° Ley de la termodinámica: en cualquier

conversión de energía nunca se puede obtener el

100% de eficacia.

• La energía se degrada continuamente en energía

térmica.

• La energía tiende hacia formas menos útil, lo que

equivale a que el desorden en el Universo crezca.

• Este desorden, es llamado entropía.


FORMAS Y FUENTES DE ENERGÍA

• Se clasifican en dos grandes grupos las

formas en que se puede presentar la energía:

• Energía externa o macroscópica:

• Energía cinética (debido a la velocidad)

• Energía potencial (debida a la posición)

• Energía interna o microscópica.

• Radica en la estructura de la materia, en las

moléculas, átomos y partículas que la forman.


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Según el sistema físico en que se manifieste seconsideran distintas formas de energía:

• Energía mecánica: Cinética/potencial

• Energía eléctrica: Flujo de electrones

• Energía electromagnética: fotones/ondas EM

• Energía térmica: Energía interna/temperatura

• Energía química: Enlaces químicos/átomos

• Energía nuclear: núcleos atómicos. Fisión/Fusión

• Energía másica: en la masa. E = mc2


ENERGÍA EN ECOSISTEMAS NATURALES

• La base de la vida en las sociedades humanas

es sostenida por los ecosistemas naturales.

• Un ecosistema es un conjunto de especies de

plantas, animales y microbios interactuando

entre sí y con su medio ambiente.

• Se considera como un sistema termodinámico

que está abierto a su medio ambiente.

• Necesita energía y materiales que toma del MA

y a su vez los devuelve en otras formas de

energía y materiales.06/06/2011 HUGO TORRES MURO 36

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ENERGÍA EN ECOSISTEMAS NATURALES… continuación

• En la base se encuentra la energía del Sol

• Es captada por las plantas verdes (autótrofos)

• Usan la energía solar en la fotosíntesis

• Para fabricar hidratos de carbono (glucosa) a

partir del dióxido de carbono y el agua

• Generando oxígeno en el proceso:

ENERGÍA SOLAR

6 CO2 + 6 H2O -----> C6H12O6 + 6 O2


En un estrato superior están los heterótrofos,

que no pueden fijar la energía por sí mismos


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ENERGÍA EN ECOSISTEMAS NATURALES… continuación

USOS DE LA ENERGÍA: Evolución histórica

• El uso de energía ajenas a su propia capacidad física seinicia con el descubrimiento del fuego.

• El fuego servía para iluminar, calentarse, cocinar y darseguridad al grupo al mantener alejadas a las fieras.

• Empezaron a explotar la fuerza de los animales en lalabranza o el acarreo de pesadas cargas.

• El hombre usa el fuego en la alfarería, la metalurgia,desbrozar boquees, usa el viento en transporte ymolienda, molino hidráulico, se descubrió la pólvora.


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USOS DE LA ENERGÍA: Evolución histórica …continuación

• James Watt desarrolló la máquina de vapor entre 1769y 1782, e inició la 1ª Revolución Industrial.

• Robert Fulton fue el primero en aplicar a un buque devapor. Luego aparecieron la hélice/ turbina de vapor

• En 1814, George Stephenson, construyó la locomotoraa vapor. Se inventó el ferrocarril.

• En 1859, Edwin Drake perforó el 1er pozo petrolífero.

• Los avances en la Física y la Química se aplicaron aldesarrollo de los motores térmicos.

• Se transforma la energía eléctrica en trabajo mecánico.



• Se inventaron el motor de corriente continua yalterna, el generador eléctrico de corriente continua,el transporte de electricidad a distancia, el alumbradoeléctrico, la lámpara incandescente, etc.

• A finales del siglo XIX se empezaron a extender lasredes de distribución de energía eléctrica

• August Otto en 1876 inventó el motor de combustióninterna, empezó a crecer la demanda de petróleo

• La Física, en el primer tercio del siglo XX desarrolló losfundamentos de la Energía Nuclear.

USOS DE LA ENERGÍA: Evolución histórica …continuación

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USOS DE LA ENERGÍA EN LA ACTUALIDAD

• Las sociedades industrializadas demandan y utilizancantidades ingentes de energía

• Para funcionar máquinas, transportar mercancías ypersonas, producir luz, calor o refrigeración.

• Todo el sistema de vida moderno está basado en ladisposición de abundante energía a bajo coste.

• Su consumo ha ido creciendo continuamenteparalelamente a los cambios de los hábitos de vida ylas formas de organización social.


USOS DE LA ENERGÍA EN LA ACTUALIDAD…continuación

• Es patente la evidente desigualdad existente en lo querespecta a la producción y el consumo de energéticos.

• Existe desequilibrio entre países desarrollados y , envías de desarrollo, entre productores y consumidores

• 1/4 de la población del mundo consume las tres

cuartas partes de la energía mundial, mientras las ¾partes cuentan con energía para sobrevivir.

• Fuente de inestabilidad que se manifiesta en forma deconflictos, tal y como las dos últimas Guerras del Golfo


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FUENTES DE ENERGÍA

Fuentes primarias

• Se encuentran de formaespontánea en lanaturaleza y se utilizandirectamente o paragenerar fuentessecundarias.

• Los combustibles fósiles,la energía nuclear o lasenergías renovables.

Fuentes secundarias

• No se encuentranespontáneamente en lanaturaleza.

• Se consideran laelectricidad/ hidrógeno.

• Las fuentes primariascon la nuclear y lasrenovables sirven paragenerar las secundarias


Trabajo de grupo• Los grupos formados realizarán una exposición en PP,

sobre el tema: SISTEMAS DE PRODUCCIÓN YEFICIENCIA ENERGÉTICA, teniendo como base elcontenido del texto MATERIA Y UNIVERSO.

Previo sorteo de las siguientes partes de este tema:

• Fuentes primarias y combustibles fósiles. (20’)

• La energía nuclear. (15’)

• Las energías renovables. (25’)

• Fuentes secundarias de energía: E/H. (15’)

• Eficiencia energética. (15’)

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