Autora: María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL Número: 21
Energía III
Es urgente que el hombre, “siempre tan ingenioso”, tome conciencia de la crisis energética que vive la humanidad para que agudice su inteligencia y genere los cambios que resulten positivos y beneficiosos para el futuro.
Ya hablamos en notas anteriores sobre la energía y comentamos en repetidas oportunidades que el Universo resulta ser un cúmulo de ellas, manteniéndose en constante equilibrio. Un equilibrio convulsivo, caótico, y aún no comprendido en su totalidad. Un misterio…
Ahondando en este misterio encontramos que predominan dos tendencias, una de ellas la de alcanzar estados de menor energía o de mayor reposo y la otra opuesta que es la de mayor desorden (entropía) o mayor movimiento.
Se van dando una u otra tendencia según las condiciones externas pero siempre se mantiene el equilibrio entre ambas. Así, la oposición se compensa.
Recordemos algunas definiciones.
Energía es la capacidad que posee un sistema para generar trabajo y se mide en Joules (Kg. m2/s2) (léase kilogramo por metro cuadrado sobre segundos al cuadrado)
Trabajo es lo que resulta de la aplicación de una fuerza que genera sobre el sistema un movimiento en el mismo sentido de la misma o de alguna de sus componentes, de modo que el sistema se mueve y recorre una distancia, como consecuencia decimos que realizó un trabajo. Se mide en iguales unidades que la energía
Potencia se define como la cantidad de trabajo que realiza un cuerpo en la unidad de tiempo. Se mide en Watt (Joules/seg.), (1000 watt = 1 Kw)
Algo más sobre Energía.
EL calor y la electricidad
La energía eléctrica proveniente de la energía térmica combina una serie de transformaciones que el hombre utiliza en su beneficio.
Se calienta el agua en una gran caldera para que pase a vapor, éste se hace circular por toberas (tubos) a alta presión. Se envía al distribuidor de la turbina que está provisto de varios discos con paletas que van aumentando de tamaño, así el vapor se expande y va ganando energía cinética, al salir choca contra los alabes del rotor que al girar genera el trabajo mecánico que un generador convierte en electricidad.
¿Qué transformaciones energéticas se producen?
La caldera es alimentada por combustible que al quemarse (energía química) genera calor (energía calórico), este calor es transmitido al agua aumentando su temperatura de modo que las moléculas van adquiriendo cada vez mayor velocidad (energía cinética) hasta el punto de poder abandonar el estado líquido y transformarse en vapor provocándose así el cambio de estado.
El vapor a medida que se calienta aumenta su energía cinética y estas moléculas son las que chocan con las paletas de las turbinas generando la rotación (energía mecánica) que luego el generador transformará en electricidad (energía eléctrica)
Este tipo de energía tiene el inconveniente del consumo de combustibles fósil que resulta contaminante para el medio ambiente y es un recurso que a corto plazo se agotará.
Átomo y Electricidad
La energía atómica es producida por reacciones nucleares de un combustible radioactivo, generalmente Uranio 235 o Plutonio 239.
Esos números que vemos al lado de cada uno de los nombres, corresponden a la masa atómica relativa formada por los protones y neutrones que poseen esos elementos en sus núcleos. En el caso del Uranio, 92 protones y 143 neutrones y en el caso del Plutonio, 94 protones y 145 neutrones.
Estos núcleos poseen tantos protones que resultan inestables por causa de la repulsión eléctrica y se desmoronan, por ello estos elementos son radioactivos.
Las barras de combustible atómico se sumergen en agua que actúa como refrigerante, ya que absorbe el calor que se desprende por la reacción atómica.
El agua caliente se hace circular por un intercambiador de calor. Este intercambio hace que aumente su temperatura y se vaporice, para luego ser enviado a los turbo generadores que producirán electricidad.
Inconvenientes
Esta energía tiene el problema de los residuos contaminantes, junto con la gran cantidad de medidas de seguridad que son necesarias en una central atómica, ya que las reacciones se producen en cadena y cuando se disparan son incontrolables.
Una fisura en la seguridad generaría un desastre nuclear que contaminaría el medio a largo plazo.
Beneficios
La parte positiva es la de producir con pequeñas cantidades de combustible nuclear gran cantidad de energía eléctrica.
Sol y electricidad
El sol es nuestra estrella cercana y es indispensable para la vida en nuestro planeta sin su luz los vegetales no podrían fotosintetizar y sin la fotosíntesis se desequilibraría el equilibrio de oxígeno de la Tierra, elemento indispensable para la vida vivir.
El oxígeno es el combustible de cada una de las células del reino animal, sin él ningún ser vivo podría generar la energía necesaria para mantener en funcionamiento su metabolismo (reacciones biológicas del organismo vivo).
Ya en notas anteriores dijimos que el sol es una gigantesca bomba donde se producen reacciones atómicas de fusión liberando en consecuencia una enorme cantidad de energía.
El combustible que consume es el Hidrógeno que se transforma permanentemente en Helio. Esta reacción atómica genera grandes cantidades de energía radiante y un mínimo porcentaje de la misma llega a nuestro planeta como rayos infrarrojos, ultravioletas y magnéticos
Estas radiaciones que nos son necesarias para vivir, en caso de exceso resultarían enormemente perjudiciales, por ello la tierra protege a la vida contenida en ellasu bioma mediante una capa gaseosa llamada atmósfera. Esta Ésta es la que hay que preservar en el tiempo pues si se destruye, quedamos sin protecciónindefensos y la vida en nuestro planeta dejaría de existir.
El hombre aprovecha la energía solar transformándola en calor o electricidad o utilizando métodos biológicos en donde la misma interviene (fotosíntesis)que generan energía de los procesos.
Algo de vocabulario técnico
Colector es un equipo capaz de captar la radiación solar y poseenposee:
Una cubierta de vidrio o plástico que permite el pasaje de la radiación.
Una superficie plana metálica y oscura que absorbe la energía solar.
Conductos donde se hace circular el fluido que se quiere calentar
Aislantes que impiden la pérdida de calor
Y una caja contenedora que protege de la humedad y del la suciedad
La energía solar se puede transformar en eléctrica mediante distintos métodos:
Método Foto térmico
Se capta la energía del sol por colectores planos o cilindros parabólicos o combinados. Se evapora con esta energía un fluido que puede ser agua, butano, freón, a este vapor a altas presiones se lo utiliza para accionar turbinas que a su vez accionan generadores que transforman la energía mecánica de su movimiento en electricidad.
El fluido luego se enfría, se condensa y queda listo para reiniciar el circuito.
Método fotovoltaico
Hay materiales que al ser iluminados provocan un movimiento de electrones tal que generan una corriente eléctrica y con ella la capacidad de trabajo. Estos son el Silicio y el Sulfuro de Cadmio.
Al relacionarlo con las notas publicadas de estructura de la materia podemos comprender que este tipo de material posee átomos cuya estructura electrónica les permite por acción de la energía luminosa generar movimiento eléctrico de tal de modo que se crea una corriente. Este tipo de componentes reciben el nombre de fotopilas.
Inconvenientes
Se le atribuyen a este tipo de energía el problema del alto costo del material y el bajo rendimiento ya que sólo el 15% de energía solar se transforma en eléctrica.
Beneficios
Se trata de un método libre de mecanismos y la inversión vale la pena ya que no hay desgastes y asegura un funcionamiento durante largos períodos sin la intervención del mantenimiento humano, además se pueden adaptar en tamaño y necesidad y combinada con el uso de otros tipos de energía proporcionan una solución a la crisis energética mundial.
Este tipo de electricidad es una de las menos contaminantes y en un futuro no muy lejano será necesario apuntar todos los esfuerzos a ella ya que los combustibles de a poco se agotarán y no se pueden renovar.
¿Qué se necesita para hacer uso de esta energía?
La fuente de energía es el sol y la misma se puede almacenar para evitar su escasez en los períodos de falta de luz solar
Modulo solar convierte la luz en electricidad por el método fotovoltaico antes mencionado.
Reguladores con el fin de mantener la estabilidad de corriente
Transformadores para convertir la corriente continúa en alterna para aquellos aparatos que requieran de esta corriente.
Baterías o acumuladores que tienen el objetivo de reservar la energía para los momentos de falta de luz.
Estos módulos se conectan entre sí (en serie o paralelo) formando el circuito eléctrico que mas convenga.
Algunas equivalencias
La energía irradiada por el sol equivale a 150000 millones de Mw
Que a su vez sería equivalente al la que producirían150 millones de usinas de 1000Mw cada una.
En la Argentina, instalo la red Solarimétrica que posee estaciones distribuidas a lo largo del país que tienen por objetivo observar y medir la energía radiante. También en ella se toman datos metereologicos. La red procesa los datos e informa a la Estación central en San Miguel (provincia de Buenos Aires) y la Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales los recopila, estudia y publica informes semestrales con los resultados de las mediciones.
Estos datos se utilizan para la agricultura, para la construcción de centrales o para la industria.
Viento y Electricidad
Desde hace mucho tiempo el hombre utilizó la energía del viento en su beneficio.
No olvidemos los barcos a vela y los antiguos molinos de viento.
La energía eólica es una de las energías que ha tenido en los últimos tiempos mayor impulso.
El principio generador de energía es el mismo que para cualquier otro tipo de central, la energía cinética del viento mueve las aspas del “molino” (aerogenerador) y éste a su vez moverá rotores de turbinas que conectadas a un generador producirán la electricidad que se necesita.
Esta energía no se agota y es poco contaminante aunque se le objeta la interferencia en los senderos migratorios de las aves, pues éstas utilizan las corrientes de aire para hacerlo. Se han hecho estudios sobre el numero de muertes de las mismas por este motivo y resulta menor que la muerte por la presencia de edificios.
Se dice que la instalación de molinos requiere de una gran inversión, pero no más que la de otro tipo de centrales eléctricas. Los argumentos positivos y negativos pueden tener cada uno de ellos, su parte de razón pero lo cierto es que se trata de una energía no agotable y poco contaminante, y la humanidad sigue creciendo y las necesidades energéticas son cada vez mayores, por lo tanto debemos buscar fuentes, que nos provean lo que necesitamos y que sean lo menos contaminantes posibles.
Deberá hacerse un estudio metereológico del lugar, midiendo las velocidades y la constancia de los vientos ya que se aprovecha el viento y cuando este se detiene es imposible obtenerla. Las zonas ideales son las que poseen vientos estables y fuertes y con leves desniveles, ya que a medida que aumenta la altura la velocidad del viento va en aumento y puede llegar a duplicarse al elevarse la altura alrededor de 130m
Algunas equivalencias.
La potencia del viento se calcula que es de 4Mw/Km2 y es equivalente a la combustión
De 1m3 de petróleo.
Vocabulario técnico
Aerogeneradores: son maquinarias parecidas a “molinos”
Estos pueden ser de eje vertical que permite colocar en su base el equipo generador. (Darriaus 20 KVA de eje vertical)
Los de eje horizontal que poseen una torre y una barquilla (caja horizontal) con el generador las hélices, los transformadores y sistemas de control.
Estos pueden poseer
Baja potencia: hasta 10 Kw. que abastece la necesidad energética de viviendas.
Mediana potencia: hasta 100Kw que abastece a establecimientos y poblaciones pequeñas.
Alta potencia: Alrededor de 1Mw que interconectan redes eléctricas.
Nuestro país es privilegiado en muchos aspectos y en éste también, pues tiene zonas eólicas estables, la meseta patagónica es una de ellas, y su extensión permite la construcción de grandes centrales.
A lo largo de la historia el hombre fue agudizando su ingenio y aprovechó inteligentemente el intercambio energético, descubriendo tecnologías que aumentaron su confort.
Es admirable la capacidad humana de descubrimiento ya que se logró con el pasar del tiempo un encadenamiento progresivo de diferentes metodologías que llevaron a la humanidad al avance tecnológico del cual gozamos hoy.
Pero también es de temer la ambición desmedida e incontrolada en donde no se tienen en cuenta las consecuencias para el futuro de la humanidad. El uso indiscriminado de los recursos agotables puede llevarnos a situaciones peligrosísimas que incidirían en la salud y en la economía global.
Usemos esa inteligencia e ingenio que siempre nos caracterizó para prevenir hoy, los males del futuro.
CIENCIA FÁCIL Número: 21
Energía III
Es urgente que el hombre, “siempre tan ingenioso”, tome conciencia de la crisis energética que vive la humanidad para que agudice su inteligencia y genere los cambios que resulten positivos y beneficiosos para el futuro.
Ya hablamos en notas anteriores sobre la energía y comentamos en repetidas oportunidades que el Universo resulta ser un cúmulo de ellas, manteniéndose en constante equilibrio. Un equilibrio convulsivo, caótico, y aún no comprendido en su totalidad. Un misterio…
Ahondando en este misterio encontramos que predominan dos tendencias, una de ellas la de alcanzar estados de menor energía o de mayor reposo y la otra opuesta que es la de mayor desorden (entropía) o mayor movimiento.
Se van dando una u otra tendencia según las condiciones externas pero siempre se mantiene el equilibrio entre ambas. Así, la oposición se compensa.
Recordemos algunas definiciones.
Energía es la capacidad que posee un sistema para generar trabajo y se mide en Joules (Kg. m2/s2) (léase kilogramo por metro cuadrado sobre segundos al cuadrado)
Trabajo es lo que resulta de la aplicación de una fuerza que genera sobre el sistema un movimiento en el mismo sentido de la misma o de alguna de sus componentes, de modo que el sistema se mueve y recorre una distancia, como consecuencia decimos que realizó un trabajo. Se mide en iguales unidades que la energía
Potencia se define como la cantidad de trabajo que realiza un cuerpo en la unidad de tiempo. Se mide en Watt (Joules/seg.), (1000 watt = 1 Kw)
Algo más sobre Energía.
EL calor y la electricidad
La energía eléctrica proveniente de la energía térmica combina una serie de transformaciones que el hombre utiliza en su beneficio.
Se calienta el agua en una gran caldera para que pase a vapor, éste se hace circular por toberas (tubos) a alta presión. Se envía al distribuidor de la turbina que está provisto de varios discos con paletas que van aumentando de tamaño, así el vapor se expande y va ganando energía cinética, al salir choca contra los alabes del rotor que al girar genera el trabajo mecánico que un generador convierte en electricidad.
¿Qué transformaciones energéticas se producen?
La caldera es alimentada por combustible que al quemarse (energía química) genera calor (energía calórico), este calor es transmitido al agua aumentando su temperatura de modo que las moléculas van adquiriendo cada vez mayor velocidad (energía cinética) hasta el punto de poder abandonar el estado líquido y transformarse en vapor provocándose así el cambio de estado.
El vapor a medida que se calienta aumenta su energía cinética y estas moléculas son las que chocan con las paletas de las turbinas generando la rotación (energía mecánica) que luego el generador transformará en electricidad (energía eléctrica)
Este tipo de energía tiene el inconveniente del consumo de combustibles fósil que resulta contaminante para el medio ambiente y es un recurso que a corto plazo se agotará.
Átomo y Electricidad
La energía atómica es producida por reacciones nucleares de un combustible radioactivo, generalmente Uranio 235 o Plutonio 239.
Esos números que vemos al lado de cada uno de los nombres, corresponden a la masa atómica relativa formada por los protones y neutrones que poseen esos elementos en sus núcleos. En el caso del Uranio, 92 protones y 143 neutrones y en el caso del Plutonio, 94 protones y 145 neutrones.
Estos núcleos poseen tantos protones que resultan inestables por causa de la repulsión eléctrica y se desmoronan, por ello estos elementos son radioactivos.
Las barras de combustible atómico se sumergen en agua que actúa como refrigerante, ya que absorbe el calor que se desprende por la reacción atómica.
El agua caliente se hace circular por un intercambiador de calor. Este intercambio hace que aumente su temperatura y se vaporice, para luego ser enviado a los turbo generadores que producirán electricidad.
Inconvenientes
Esta energía tiene el problema de los residuos contaminantes, junto con la gran cantidad de medidas de seguridad que son necesarias en una central atómica, ya que las reacciones se producen en cadena y cuando se disparan son incontrolables.
Una fisura en la seguridad generaría un desastre nuclear que contaminaría el medio a largo plazo.
Beneficios
La parte positiva es la de producir con pequeñas cantidades de combustible nuclear gran cantidad de energía eléctrica.
Sol y electricidad
El sol es nuestra estrella cercana y es indispensable para la vida en nuestro planeta sin su luz los vegetales no podrían fotosintetizar y sin la fotosíntesis se desequilibraría el equilibrio de oxígeno de la Tierra, elemento indispensable para la vida vivir.
El oxígeno es el combustible de cada una de las células del reino animal, sin él ningún ser vivo podría generar la energía necesaria para mantener en funcionamiento su metabolismo (reacciones biológicas del organismo vivo).
Ya en notas anteriores dijimos que el sol es una gigantesca bomba donde se producen reacciones atómicas de fusión liberando en consecuencia una enorme cantidad de energía.
El combustible que consume es el Hidrógeno que se transforma permanentemente en Helio. Esta reacción atómica genera grandes cantidades de energía radiante y un mínimo porcentaje de la misma llega a nuestro planeta como rayos infrarrojos, ultravioletas y magnéticos
Estas radiaciones que nos son necesarias para vivir, en caso de exceso resultarían enormemente perjudiciales, por ello la tierra protege a la vida contenida en ellasu bioma mediante una capa gaseosa llamada atmósfera. Esta Ésta es la que hay que preservar en el tiempo pues si se destruye, quedamos sin protecciónindefensos y la vida en nuestro planeta dejaría de existir.
El hombre aprovecha la energía solar transformándola en calor o electricidad o utilizando métodos biológicos en donde la misma interviene (fotosíntesis)que generan energía de los procesos.
Algo de vocabulario técnico
Colector es un equipo capaz de captar la radiación solar y poseenposee:
Una cubierta de vidrio o plástico que permite el pasaje de la radiación.
Una superficie plana metálica y oscura que absorbe la energía solar.
Conductos donde se hace circular el fluido que se quiere calentar
Aislantes que impiden la pérdida de calor
Y una caja contenedora que protege de la humedad y del la suciedad
La energía solar se puede transformar en eléctrica mediante distintos métodos:
Método Foto térmico
Se capta la energía del sol por colectores planos o cilindros parabólicos o combinados. Se evapora con esta energía un fluido que puede ser agua, butano, freón, a este vapor a altas presiones se lo utiliza para accionar turbinas que a su vez accionan generadores que transforman la energía mecánica de su movimiento en electricidad.
El fluido luego se enfría, se condensa y queda listo para reiniciar el circuito.
Método fotovoltaico
Hay materiales que al ser iluminados provocan un movimiento de electrones tal que generan una corriente eléctrica y con ella la capacidad de trabajo. Estos son el Silicio y el Sulfuro de Cadmio.
Al relacionarlo con las notas publicadas de estructura de la materia podemos comprender que este tipo de material posee átomos cuya estructura electrónica les permite por acción de la energía luminosa generar movimiento eléctrico de tal de modo que se crea una corriente. Este tipo de componentes reciben el nombre de fotopilas.
Inconvenientes
Se le atribuyen a este tipo de energía el problema del alto costo del material y el bajo rendimiento ya que sólo el 15% de energía solar se transforma en eléctrica.
Beneficios
Se trata de un método libre de mecanismos y la inversión vale la pena ya que no hay desgastes y asegura un funcionamiento durante largos períodos sin la intervención del mantenimiento humano, además se pueden adaptar en tamaño y necesidad y combinada con el uso de otros tipos de energía proporcionan una solución a la crisis energética mundial.
Este tipo de electricidad es una de las menos contaminantes y en un futuro no muy lejano será necesario apuntar todos los esfuerzos a ella ya que los combustibles de a poco se agotarán y no se pueden renovar.
¿Qué se necesita para hacer uso de esta energía?
La fuente de energía es el sol y la misma se puede almacenar para evitar su escasez en los períodos de falta de luz solar
Modulo solar convierte la luz en electricidad por el método fotovoltaico antes mencionado.
Reguladores con el fin de mantener la estabilidad de corriente
Transformadores para convertir la corriente continúa en alterna para aquellos aparatos que requieran de esta corriente.
Baterías o acumuladores que tienen el objetivo de reservar la energía para los momentos de falta de luz.
Estos módulos se conectan entre sí (en serie o paralelo) formando el circuito eléctrico que mas convenga.
Algunas equivalencias
La energía irradiada por el sol equivale a 150000 millones de Mw
Que a su vez sería equivalente al la que producirían150 millones de usinas de 1000Mw cada una.
En la Argentina, instalo la red Solarimétrica que posee estaciones distribuidas a lo largo del país que tienen por objetivo observar y medir la energía radiante. También en ella se toman datos metereologicos. La red procesa los datos e informa a la Estación central en San Miguel (provincia de Buenos Aires) y la Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales los recopila, estudia y publica informes semestrales con los resultados de las mediciones.
Estos datos se utilizan para la agricultura, para la construcción de centrales o para la industria.
Viento y Electricidad
Desde hace mucho tiempo el hombre utilizó la energía del viento en su beneficio.
No olvidemos los barcos a vela y los antiguos molinos de viento.
La energía eólica es una de las energías que ha tenido en los últimos tiempos mayor impulso.
El principio generador de energía es el mismo que para cualquier otro tipo de central, la energía cinética del viento mueve las aspas del “molino” (aerogenerador) y éste a su vez moverá rotores de turbinas que conectadas a un generador producirán la electricidad que se necesita.
Esta energía no se agota y es poco contaminante aunque se le objeta la interferencia en los senderos migratorios de las aves, pues éstas utilizan las corrientes de aire para hacerlo. Se han hecho estudios sobre el numero de muertes de las mismas por este motivo y resulta menor que la muerte por la presencia de edificios.
Se dice que la instalación de molinos requiere de una gran inversión, pero no más que la de otro tipo de centrales eléctricas. Los argumentos positivos y negativos pueden tener cada uno de ellos, su parte de razón pero lo cierto es que se trata de una energía no agotable y poco contaminante, y la humanidad sigue creciendo y las necesidades energéticas son cada vez mayores, por lo tanto debemos buscar fuentes, que nos provean lo que necesitamos y que sean lo menos contaminantes posibles.
Deberá hacerse un estudio metereológico del lugar, midiendo las velocidades y la constancia de los vientos ya que se aprovecha el viento y cuando este se detiene es imposible obtenerla. Las zonas ideales son las que poseen vientos estables y fuertes y con leves desniveles, ya que a medida que aumenta la altura la velocidad del viento va en aumento y puede llegar a duplicarse al elevarse la altura alrededor de 130m
Algunas equivalencias.
La potencia del viento se calcula que es de 4Mw/Km2 y es equivalente a la combustión
De 1m3 de petróleo.
Vocabulario técnico
Aerogeneradores: son maquinarias parecidas a “molinos”
Estos pueden ser de eje vertical que permite colocar en su base el equipo generador. (Darriaus 20 KVA de eje vertical)
Los de eje horizontal que poseen una torre y una barquilla (caja horizontal) con el generador las hélices, los transformadores y sistemas de control.
Estos pueden poseer
Baja potencia: hasta 10 Kw. que abastece la necesidad energética de viviendas.
Mediana potencia: hasta 100Kw que abastece a establecimientos y poblaciones pequeñas.
Alta potencia: Alrededor de 1Mw que interconectan redes eléctricas.
Nuestro país es privilegiado en muchos aspectos y en éste también, pues tiene zonas eólicas estables, la meseta patagónica es una de ellas, y su extensión permite la construcción de grandes centrales.
A lo largo de la historia el hombre fue agudizando su ingenio y aprovechó inteligentemente el intercambio energético, descubriendo tecnologías que aumentaron su confort.
Es admirable la capacidad humana de descubrimiento ya que se logró con el pasar del tiempo un encadenamiento progresivo de diferentes metodologías que llevaron a la humanidad al avance tecnológico del cual gozamos hoy.
Pero también es de temer la ambición desmedida e incontrolada en donde no se tienen en cuenta las consecuencias para el futuro de la humanidad. El uso indiscriminado de los recursos agotables puede llevarnos a situaciones peligrosísimas que incidirían en la salud y en la economía global.
Usemos esa inteligencia e ingenio que siempre nos caracterizó para prevenir hoy, los males del futuro.
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